Les applications de la culture in vitro

Les applications de la culture in vitro
INTRODUCTION
La multiplication in vitro est un mode de reproduction asexuée (reproduction végétative
artificielle). Elle comprend un ensemble de méthodes faisant intervenir, d'une part des éléments
d'asepsie, et d'autre part la mise en place d'un environnement parfaitement contrôlé (milieux
définis pour chaque type de plante, conditions optimales de température, de lumière,
d'humidité,...).
Ces méthodes s'appliquent autant à des plantes entières qu'à des fragments de plantes (tissus ou
organes),
et
aussi,
bien
entendu,
à
des
cellules
isolées.
On peut mettre en culture in vitro tout individu du règne végétal pratiquement sans exception.
La culture in vitro représente sans conteste un outil puissant aux perspectives industrielles et
économiques importantes. De même, diverses techniques dérivées de la culture in vitro ont un
rôle important à jouer pour l'amélioration des performances agronomiques ou horticoles des
plantes
cultivées.
Alors que la micropropagation traditionnelle est largement utilisée par les producteurs,
pépiniéristes et PME, d'autres aspects de la culture in vitro restent peu employés. Par exemple,
les technologies permettant la sélection de plantes indemnes de parasites ou de plantes résistantes
à divers stress ou parasites, la création de nouvelles combinaisons génétiques par l'hybridation
somatique ou la production d'embryons en fermenteurs... sont autant d'applications peu
transposées
dans
l'industrie
de
la
production
végétale.
Ce dossier présente les applications les plus importantes dans le domaine. Les techniques
envisagées sont :
1.
2.
3.
4.
5.
La micropropagation.
La culture de méristème et la production de plantes saines.
L'embryogenèse somatique.
L'haplodiploïdisation
La culture de protoplastes et l'hybridation somatique.
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1- MICROPROPAGATION
La micropropagation consiste à multiplier un individu donné à partir d'un fragment, plus ou
moins grand, de végétal placé sur un milieu nutritif synthétique. Cette technique constitue une
des premières applications des biotechnologies modernes.
La micropropagation in vitro peut suivre deux voies très différentes :
1. En provoquant le développement de bourgeons axillaires présents naturellement à la
base des feuilles (multiplication par bourgeonnement axillaire). Le même développement
peut être provoqué à partir de tiges ou d'inflorescences pour autant qu'ils comportent des
noeuds,
et
par
conséquent
des
bourgeons
axillaires.
Cette technique ne fait donc qu'accélérer in vitro le fonctionnement normal des
méristèmes de bourgeons déjà formés sur une plante.
2. En provoquant l'apparition de bourgeons adventifs en des endroits inhabituels
(multiplication
par
bourgeonnement
adventif).
L'initiation de tels bourgeons peut être en principe induite sur n'importe quel type
d'organe ou de tissu (feuille, tige, racine...).
De nombreuses plantes peuvent aujourd'hui être multipliées par culture in vitro selon les
principes décrits brièvement ci-dessous :
1. Après repérage d'individus performants et stérilisation de l'explant, des bourgeons sont
prélevés ou induits sur l'explant (stade de mise en culture).
2. Cultivé sur un milieu approprié contenant une hormone végétale particulière (cytokinine),
le bourgeon se développe en une petite tige feuillée, développant de nouveaux bourgeons
à la base de chaque feuille. Ces bourgeons pourront se développer en autant de petites
tiges qui, à leur tour, initieront de nouveaux bourgeons (stade de multiplication).
3. Cette aptitude peut être entretenue indéfiniment par un transfert régulier des jeunes tiges
feuillées sur un milieu frais. Plusieurs centaines de tiges peuvent être obtenues dans une
seule boîte de culture.
4. Les tiges feuillées sont repiquées sur un milieu contenant une autre hormone (acide
gibbérellique) qui provoque l'allongement des pousses (stade d'élongation).
5. Lorsqu'elles atteignent une taille de quelques centimètres, les pousses feuillées sont
individualisées sur un milieu additionné d'une hormone (auxine) favorisant le
développement des racines (stade de l'enracinement).
6. La dernière étape consiste à adapter progressivement les microplants aux conditions
auxquelles ils seront exposés à l'extérieur (stade de l'acclimatation).
Après leur transfert dans un substrat horticole, les parties aériennes sont recouvertes d'une
bâche en plastique pour maintenir une atmosphère saturée en eau, afin d'éviter une
déshydratation trop rapide. Cette bâche est enlevée progressivement après deux à trois
semaines.
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L'application principale de la micropropagation consiste en la multiplication rapide de plantes
"élites". Grâce à cette technique, le producteur peut produire les plantes sélectionnées rapidement
en quantité suffisante pour avoir un impact sur le marché.
Parmi les autres avantages de cette technique, citons l'homogénéité génétique des plantes
produites (les vitroplants sont des copies conformes, ou clones) et une production continue
indépendante
des
saisons.
2- CULTURE DE MÉRISTÈME ET ASSAINISSEMENT DES SOUCHES
La culture de méristèmes constitue une autre application importante de la technologie in vitro,
notamment pour l'éradication de nombreuses maladies (viroses - mycoses - mycoplasmoses bactérioses).
Les méristèmes représentent des petits massifs de cellules indifférenciées (0,1 mm) qui
conservent la capacité de se diviser activement. Ces zones méristématiques jouent un rôle capital
dans
le
développement
végétal
puisqu'elles
édifient
tous
les
organes.
Ce sont les travaux de White (1934) sur la répartition des virus dans les racines de tomates qui
ont ouvert la voie de l'utilisation de la culture de méristèmes pour l'assainissement des souches
végétales. Cet auteur a observé que dans les racines isolées provenant de plantes infectées, le
nombre de particules virales décroît régulièrement des parties anciennement formées vers les
parties apicales.
Par ailleurs, Linasset et Cornuet (1949) ont observé le même phénomène dans les tiges. Le dôme
apical était la seule partie de la plante indemne de virus.
Ces résultats ont conduit Morel (1960) à utiliser la culture in vitro de méristèmes pour obtenir
des plantes indemnes de virus.
De nombreuses variétés de plantes cultivées étaient, il y a quelques années, dans un état sanitaire
tel que leur disparition était proche. Ces plantes ont pu être débarrassées de leurs virus par la
mise en culture et la multiplication de méristème. La culture de méristèmes a ainsi été utilisée
avec succès pour l'assainissement de plantes telles que la pomme de terre, la canne à sucre, la
tomate...
3- EMBRYOGENÈSE SOMATIQUE
Classiquement, on définit l'embryon comme étant une plante au stade initial de son
développement. Il s'agit en fait d'une structure bipolaire qui, suite au processus de germination,
donne naissance à une nouvelle plante.
Habituellement, l'embryon s'édifie à partir d'une cellule initiale, le zygote, formé lors de la
reproduction sexuée (embryon zygotique). Cependant, des embryons peuvent également être
induits en culture in vitro sur un milieu approprié (embryon somatique). De tels embryons se
développent directement à partir de cellules méristématiques ou plus souvent sur des cultures de
cals.
L'embryogenèse somatique présente plusieurs avantages par rapport à la micropropagation
conventionnelle :
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
Les embryons somatiques peuvent être induits à partir de cellules cultivées en
suspension, ce qui rend possible une production en fermenteur et réduit considérablement
le coût de production.

Les taux de multiplication sont généralement importants et chez certaines espèces, les
embryons peuvent être encapsulés et traités comme des graines artificielles.

Des plantes complètes sont obtenues directement suite au processus de germination. Les
manipulations sont donc simplifiées par rapport à la micropropagation traditionnelle qui
nécessite plusieurs milieux différents pour le développement des tiges et des racines et
l'obtention de plantules complètes.
Cependant, plusieurs difficultés subsistent en embryogenèse somatique :

L'induction du potentiel embryogène et la régénération restent souvent difficiles.

Les cultures de cals, et plus encore les cultures de cellules isolées, sont propices à
l'apparition de mutations géniques pouvant être responsable d'une variabilité des plantes
issues de la culture.
Toutefois, dès que cette variabilité sera maîtrisée, l'embryogenèse somatique permettra de
produire des quantités très élevées de plantes à faible coût. Certaines espèces, telles que
le palmier dattier ou certains conifères font déjà l'objet d'une production industrielle par
embryogenèse somatique.
4- L'haplodiploïdisation
La mise en culture des organes reproducteurs consiste à faire se développer des individus à partir
des cellules reproductrices ou gamètes. Ces cellules contiennent une copie de l'information
génétique qui est normalement présente dans une cellule sous forme de deux copies, les deux
chromosomes homologues. Au cours de la régénération, on peut réussir à doubler à l'identique
cette copie.
Les individus obtenus sont des lignées pures, car ils ont la même information sur les deux
chromosomes, ils sont homozygotes.
5- CULTURE DE PROTOPLASTES ET HYBRIDATION SOMATIQUE
Les protoplastes sont des cellules végétales débarrassées de leur paroi pecto-cellulosique. Ils
peuvent être obtenus à partir de tissus foliaires par digestion des parois à l'aide de mélanges
enzymatiques.
Maintenus sur un milieu approprié, ces protoplastes peuvent régénérer leur paroi et se diviser
pour donner naissance à un cal puis à une plante entière.
L'absence de paroi permet d'induire des fusions entre protoplastes appartenant à des espèces
différentes sexuellement incompatibles grâce à des traitements favorisant les fusions. Cette
hybridation somatique n'est pas sujette aux problèmes d'incompatibilité qui limitent souvent les
croisements traditionnels.
La possibilité d'induire la fusion de protoplastes d'espèces éloignées, porte la création de
nouvelles variétés par les techniques de la culture in vitro aux limites de l'imagination. Citons
l'exemple de la pomate, hybride de la pomme de terre et de la tomate.
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