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Physiologie du stress
Applications
Biotechnologiques
Pr. Mimoun MOKHTARI
[email protected]
Plan
Introduction
Introduction
I- Type de stress
1. Stress abiotique et biotique
2. Stress d’anoxie
3. Stress salin
4. Stress hydrique
II- Les outils de la biotechnologie pour la lutte contre le stress
1. Culture in vitro
2. Tests des caractères cellulaires
3. Tests des caractères liés à l'intégration des fonctions physiologiques
4. De la sélection naturelle à la sélection dirigée
5. Objectifs d'amélioration
6. Les ressources génétiques
7. Etude de ca: Tolérance à la sécheresse du Géranium
introduction
 Les stress biotiques et abiotiques constituent une cause
majeure de perte de rendement, pour tous les types de
culture
 Les plantes poussent et se développent dans un
environnement et subissent ces contraintes et donc elles
doivent s’adapter ou disparaître
 La compréhension des bases physiologiques et
génétiques qui sous-tendent ces stratégies adaptatives est
d'une importance majeure
I- Type de Stress
1
Stress biotique et abiotique
2
Stress d’anoxie
3
Stress de salinité
4
Stress hydrique
Type de stress
Les plantes poussent et se développent dans un
environnement donné dont elles ne peuvent s’échapper. Elles
subissent donc de plein fouet les contraintes liées à cet
environnement et doivent y être adaptées ou disparaître.
La qualité des plantes est donc comprise ici par la
capacité à répondre à ces contraintes, ces réponses se
reflètent rapidement au niveau des signaux lumineux et
thermiques émis par les feuilles.
Type de stress
Stress
Biotique
Les stress biotiques sont nombreux
et ont pour origine les virus, les
organismes phytophages et les
pathogènes
Abiotique
Les stress climatiques : stress
hydrique, fortes températures,
gel.
 Les stress pédologiques :
dégradation de certains sols,
érosion
 Les changements hyperhypoxiques, acido-basiques
 Les stress de nature chimique :
pesticide, contamination des sols
par les métaux lourds
Type de stress
La connaissance des réponses cellulaires et
moléculaires des plantes aux conditions de stress est très
importante afin d’améliorer la réponse des plantes
cultivées aux différents stress environnementaux.
Mécanisme général de réponse des plantes à un stress :
Une perte d’eau dans les cellules peut affecter négativement la
photosynthèse et par conséquence le rendement de la plante. Dans ce cas, La
réponses physiologique à ce stress est la sécrétion de :
 des osmoprotectants.
 des protéines spécifiques.
 des acides gras.
NB:
 Les osmoprotectants, comme la proline ou la glycine bétaïne, permettent de maintenir
l’équilibre en eau entre la cellule végétale et l’environnement extérieur,
 Les acides gras permet la modification de la perméabilité de la membrane plasmique.
Un excès de lumière par rapport à la capacité de photosynthèse
déclenche toutefois une production de radicaux oxygène, nuisibles pour leur
part à la croissance végétale
phénomène appelé photoinhibition.
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Type de stress
La biotechnologie pourrait constituer une solution contre le stress
et l’amélioration du rendements en y intégrant des gènes impliqués
dans la réponse des plantes aux stress.
Actuellement, aucune variété transgénique
tolérante à un stress n’est commercialisée, elles
sont en évaluations
Type de stress
Exemple: Haricot commun
l'équilibre photosynthétique chez l’haricot est très influencé par les
effets cumulés des autres paramètres environnementaux. Par exemple cette
plante est
très sensible à la sécheresse
 aux carences nutritives des sols
le rayonnement ultraviolet
Alors pour survivre a ce déséquilibres environnementaux, la plante
développent des réponses leur permettant de résister sont néanmoins encore
très mal connus au niveau moléculaire.
Type de stress
1) Le stress biotique et abiotique
Type de stress
a) Le stress biotique:
Il est pour origine:
 les virus
 les organismes phytophages
 les pathogènes.
Alors pour faire face, les plantes mettent en place un système de
défense faisant intervenir une chaîne de réaction où Les protéines vont
défendre contre les nuisibles.
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Type de stress
Exemple: du soja
Quand les nuisibles secrètent des protéases, la plante sécrète d’inhibiteurs de ces dernièrs due à un « burst
oxydatif » (BO) qui s’établit et conduisant aux transferts de signaux chimiques notamment par
l’intermédiaire de l’éthylène. diffusion d’éthylène dans la plante permet d’acquérir une résistance globale
face
aux
nuisibles
en
secrétant
des
protéines
de
défense
souvent
allergènes.
Exemple:
il a été montré que la sécrétion de protéine PR–10 SAM22 de la famille « bet v-1 like », est la réponse
d’une attaque d’un nématode.
La sécrétion des inhibiteurs de sérines protéase (STKI) pour se défendre des larves d’insectes.
Type
b) Le stress abiotique
Parmi les stress abiotiques les plus importants, La sécheresse, le froid et la
salinité imposent aux plantes des changements métaboliques globaux
Exemple :
l’induction des acides phosphatases « purple » (PAP) par les stress de la
salinité chez le soja mais La synthèse des protéines PAP ainsi induite
conduit à un stress. En réponse à ce stress oxydatif, le soja forme des
protéines allergènes comme la thiol protéase.
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Type de stress
2) Stress d’anoxie
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Type de stress
une carence aiguë en oxygène = anoxie
le maintien de l’équilibre hydrique est un des défis majeurs chez
les plantes. Par exemple lors des inondations des sols en hiver ou après
irrigation en excès. On provoque chez les racines une anoxie ce qui va
affecté l'absorption d'eau par les racines.
Selon les chercheurs, le blocage complet du transport racinaire
d'eau en condition d'anoxie est strictement lié à une acidification de
l'intérieur des cellules. cette acidification est comme un signal pour
provoquer la fermeture des aquaporines localisées sur la membrane
des cellules. Elle est due à un déséquilibre métabolique engendré par
l'anoxie .
Type de stress
3) Stress de salinité
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Type de stress
La salinité constitue l'un des stress abiotiques les plus répandus au niveau de la
planète et limite fortement les rendements. Le figuier de barbarie, opuntia ficus indica
L, alors pour la valorisation des ressources génétiques de l’espèce, on utilise des
marqueures biochimiques physiologiques et moléculaires comme Les peroxydases (POX)
qui sont des oxydoréductases .
Du point de vue biochimique, l'extraction par solubilisation progressive des
peroxydases a permis de révéler que le stress salin provoque une augmentation des
peroxydases dans les fractions solubles et ioniques préparées à partir d‘écotypes
tolérants. Ces changements sont reflétés au niveau des profils électrophorétiques par
l'apparition d'isoformes acides et basiques chez les écotypes dont la croissance n'est pas
affectée par le sel. Les autres écotypes répondent en majorité par l'activation
d'isoformes préexistants.
Type de stress
Exemple: Effet du stress salin sur
l'accumulation de la proline et des
sucres solubles dans les feuilles de
trois porte-greffes d'agrumes
Type de stress
Au Maroc, les agrumes souffrent de la salinité du sol et de l’eau d’irrigation
ainsi que de la rareté des pluies. Alors il faut choisir un bon porte greffe tolérant à
ce stress abiotique
Vis-à-vis au stress salin, il y a 3 portes greffes introduits au Maroc: cintrage Carazo
et de deux hybrides, H1 et H2, issus du croisement Ponceurs trifoliata et Citrus
sunki
Citrus sunki
Ponceurs trifoliata
Type de stress
D’après les expériences faites sur ces portes greffes, on a conclu
que l'effet des concentrations salines utilisées a pu être compensé par
l'accumulation de sucres solubles dans les feuilles, notamment dans
celles du porte-greffe H1. Celui-ci ayant montré moins de toxicité
foliaire que les deux autres porte-greffes, l'accumulation de sucres
solubles dans la feuille d'agrumes pourrait être un indice de tolérance
à la salinité.
Type de stress
4) Stress hydrique
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Type de stress
A) Définition de la sécheresse pour la plante
La sécheresse est un manque d’eau qui a des effets négatifs sur le développement de la plante
et par conséquence sur le rendement qui diminuera par rapport aux conditions favorables.
L’eau a un rôle énergétique et climatique considérable. elle intervient dans la réaction de la
photosynthèse et donc la formation de la matière sèche
 Elle
a un effet important sur le climat dû à sa capacité de stocker de
l’énergie (80 cal/g)
ce qui permet d’augmenter la température du milieu
ambiant (lutte contre le gel).
Quand elle se transforme du liquide en vapeur elle absorbe de
l’énergie (720 cal/g)
Permet un adoucissement des températures à la surface des
végétaux
b) Les conséquences de la sécheresse sur le fonctionnement des plantes
i.
ii.
iii.
iv.
un échange "eau contre carbone“
un échange "eau contre chaleur"
Limitations de la croissance des organes de la plante
Limitation de l'alimentation minérale par un déficit
hydrique
Type de stress
i.
un échange "eau contre carbone“
Le gaz carbonique (CO2) de la photosynthèse pénètre dans les
feuilles par les stomates, qui contrôlent aussi la transpiration cette dernière
est réglée par l’ouverture et la fermeture des stomates au niveau de la
feuille
la photosynthèse est intrinsèquement liée à la transpiration, car une
diminution de la photosynthèse a des conséquences sur le métabolisme du
carbone, et certaines enzymes impliquées dans la circulation des assimilas
sont régulées en réponse au déficit hydrique
Si l'énergie solaire captée par les photosystèmes de la feuille n'est plus
utilisée entièrement par la photosynthèse, des formes toxiques de l'oxygène peuvent
apparaître, radicaux superoxydes (O2•-), peroxyde d'hydrogène (H2O2) et radicaux
hydroxyles (OH•).
Ces radicaux sont les mêmes que ceux qui causent le vieillissement des
cellules végétales et animales, en provoquant la peroxydation des lipides et la
dénaturation des protéines et de l'ADN
Différents mécanismes permettent de contrecarrer cette accumulation de
radicaux toxiques.
– Un premier consiste à dissiper l'énergie lumineuse sous forme
de chaleur
– Un deuxième mécanisme est la détoxification, qui consiste à
empêcher l'accumulation d'hydroxyles en intervenant à
différentes étapes de leur formation
ii. un échange "eau contre chaleur«
L'échange "eau contre chaleur" est une stratégie
génétique qui consiste à réduire la transpiration par contrôle
stomatique et qui se trouve confrontée au risque de stress thermique.
La transpiration est un phénomène bénéfique à la plante car elle
permet de disperser une partie importante de l'énergie radiative
incidente sinon on aura un échauffement de la feuille.
Le déficit hydrique est souvent associé au stress thermique.
Puisque les périodes sèches sont souvent chaudes donc une réduction
de la transpiration
iii. Limitations de la croissance des organes de la plante
Afin de réduire la transpiration, la plante adopte un mécanisme qui
permet de limiter la croissance. cette limitation se fait soit directement par la
réduction de la vitesse de croissance soit indirectement en réduisant le nombre
d'organes portant des feuilles.
Les mécanismes de La réduction de vitesse de croissance foliaire:
» La vitesse de division cellulaire décroît
» les parois cellulaires deviennent plus rigides
» La turgescence décroît
Un déficit hydrique se traduit par une modification importante de l'architecture
de la plante
iv. Limitation de l'alimentation minérale par un déficit hydrique
La sécheresse peut causer une augmentation de la quantité de l’azote donc le
sol car elle altère les besoins en azote des cultures puisque ceux-ci croissent avec la
biomasse produite. Aussi la mortalité des racines durant la période sèche, peut
libérer encore davantage d’azote dans le sol.
En face à ces contrainte la plante est obligé de se protégé contre le stress mais.
Ca influencera sur la productivité. Par exemple:
Le contrôle stomatique et la réduction de surface foliaire sont nécessaires au
maintien de l'état hydrique des plantes, mais elles se traduisent par une baisse de
photosynthèse.
L'appareil reproducteur réduit le nombre de grains pour maintenir leur
viabilité, mais ceci réduit de façon irréversible le rendement.
c) Conséquences de périodes de déficit hydrique sur la qualité
des produits récoltés
Caractéristiques physique
Les caractéristiques physiques diffèrent d’un produit à un autre
par exemple:
• Chez les fruits et les légumes frais: les propriétés
physiques(taille, forme, couleur...) représentent un
premier critère de
• Chez les espèces à graine: la masse d'un grain de blé et
sa dureté sont des critères importants
Effets de la sécheresse sur la composition primaire des graines et
des fruits
la composition primaire des graines et des fruits est: hydrates de
carbone, lipides et protéines, qui représentent la plus grande partie de la
masse des organes récoltés. Généralement on dit que la sécheresse
augmente la qualité mais ce n’est pas une règle générale par exemple:
 Chez les plantes à graines: les conditions chaudes et sèches causent une
teneur supérieure en protéines chez le blé et une diminution de la teneur en
huile chez le tournesol
 Chez les fruits surtout à consommation frais: Une sécheresse précoce
pendant le développement du fruit induit une amélioration de la qualité par
augmentation de la concentration en sucres et de l’intensité de la couleur
rouge du fruit.
Chez la vigne: La période précoce du développement de
la baie est la plus sensible à la sécheresse en ce qui concerne la
croissance de la baie, sans effet majeur sur la concentration en
sucres qui s'accumulent dans un volume plus faible. Si la
sécheresse est continue depuis la floraison à la maturité, le
rendement baisse mais la concentration en sucre continue de
baisser.
Les effets dépendent très largement du stade pendant
lequel le déficit hydrique se produit
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d) Conséquences en termes de stratégies de tolérance à la sécheresse et de
tolérances relatives de différentes espèces au déficit hydrique
Esquive, évitement et maintien de la croissance
 L'esquive consiste à placer le cycle cultural pendant des périodes où la demande
climatique est faible et/ou pluvieuses.c’est à dire il consiste à éviter les périodes à
forte demande climatique.
Généralement la plus efficace consite à éviter l’été oula demande est deux fois plus
que celle du printemps. Ainsi pour garder les stomates ouverts il faut une grande
quantité d’eau
Par exemple: le blé ait une efficience de l'eau similaire à celle du maïs bien
que ce dernier ait une efficience intrinsèque supérieure à cause de son métabolisme
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Une autre stratégie efficace consiste à implanter des
espèces ou génotypes à cycle cultural court, qui peuvent se
développer avant les périodes les plus stressantes. Ce
raccourcissement du cycle se traduit aussi par une réduction de
la photosynthèse cumulée et donc du rendement potentiel
Inconvénients de l’esquive:
Dans les deux cas, l'esquive ne peut se raisonner qu'à l'échelle de
l'exploitation agricole et des systèmes de culture.
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L'évitement consiste à empêcher que la plante ne soit soumise à un stress
hydrique important.
Génétiquement, il s'agit:
 des limitations de la surface foliaire e
 de la transpiration,
 d'un développement favorisé du système racinaire.
D'une certaine manière, la limitation du nombre de grains peut être considérée
comme un mécanisme d'évitement.
Culturellement, il s'agit :
 d'une irrigation rationnée, qui consiste à apporter la quantité minimale
d'eau pour maintenir une production acceptable.
Le maintien consiste à maintenir les fonctions de la plante malgré le
déficit hydrique. Elle est de nature essentiellement génétique.
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II- Biotechnologie
1
Tests des caractères cellulaires
2
Tests des caractères liés à l'intégration des
fonctions physiologiques
3
4
1
De la sélection naturelle à la sélection dirigée
Objectifs d’amélioration
Les ressources génétiques
Biotechnologie
1. Définition
Ensemble des méthodes ou techniques utilisant des
éléments du vivant (organismes, cellules, éléments
subcellulaires ou moléculaires) pour rechercher, produire
ou modifier des éléments ou organismes d'origine animale
ou végétale.
Biotechnologie
2) Culture in vitro
La culture in vitro offre la possibilité de caractériser, à un niveau
cellulaire, des marqueurs physiologiques associés à la résistance au sel.
Cette technique présente l'avantage d'un meilleur contrôle des
conditions de nutrition, tout en autorisant la manipulation d'un grand
nombre de cellules, ce qui augmente la probabilité d'obtention de
variantes avec les caractéristiques souhaités de résistance au sel.
Biotechnologie
Les cals cellulaires des feuilles, tiges et racines des deux espèces
sauvages de tomate tolérantes au sel (L. peruvianum et L. pennellii) et de
l'espèce cultivée sensible (L. esculentum) présentent les mêmes
caractéristiques de résistance à NaCl que les plantes mères:
les cals provenant des espèces tolérantes se développent mieux
sur NaCl et accumulent plus de Na+ et Cl- que les cals issus de l'espèce
sensible.
Biotechnologie
 La différence de sensibilité au sel de neuf variétés de vigne se retrouve
aussi au niveau de fragments apicaux de tige cultivés in vitro sur des
milieux contenant jusqu'à 100 mM NaCl.
 des cals d'ovaires immatures prélevés sur deux espèces d'orge (Hordeum
vulgare et H. jubitatum) expriment in vitro des degrés de résistance au sel
en rapport avec la résistance relative au sel des plantes entières.
Ces différents exemples montrent bien que le degré de résistance
au sel, exprimé in vitro, ne reflète pas toujours correctement le degré
de résistance au sel de la plante entière
Biotechnologie
Amelioration génétique
La variabilité intraspécifique pour la tolérance aux stress permet
d'envisager une amélioration variétale, or les effets des stress dépendent du
stade de développement de la plante, des techniques culturales et des
conditions climatiques et édaphiques.
Cette création variétale nécessite des tests suffisamment simples et
rapides pour permettre un tri à grande échelle avant les essais de rendement
au champ.
Biotechnologie
Objectifs d'amélioration
Deux types d'objectifs sont le plus souvent recherchés: le rendement et la
qualité.
a- Le rendement
La productivité est la capacité potentielle d'une variété à produire des
rendements élevés quand les conditions optimales sont réalisées.
Les caractères quantitatifs sont sous la dépendance de plusieurs gènes
dont l'hérédité ne peut s'expliquer par l'analyse mendélienne classique. La
vigueur hybride est un bon exemple d'interaction entre gènes qui procure
un supplément de productivité.
Biotechnologie
b- La souplesse d'adaptation
Adaptation au milieu abiotique
On recherchera la résistance au froid, à la sécheresse, à la pluie, pour atténuer les
conséquences agro-climatiques, ainsi que la précocité, la tolérance au sel.
Variabilité génétique et tolérance aux contraintes abiotiques:
Les stress abiotiques constituent une cause majeure de perte de rendement, pour
tous les types de culture, sous toutes les latitudes Les plantes mettent en oeuvre une
grande variété de stratégies de tolérance et de survie. La compréhension des bases
physiologiques et génétiques qui sous-tendent ces stratégies adaptatives est d'une
importance majeure aussi bien pour des objectifs de biologie végétale
fondamentale, que pour une amélioration des plantes cultivées qui participe à la
mise en place d'une agriculture durable.
Biotechnologie
Adaptation au milieu biotique
La création de variétés résistantes aux parasites et aux agents pathogènes
est une solution à certains problèmes de pathologie face auxquels aucun
traitement chimique n'existe pas.
La résistance totale ou absolue, mono génique, est de faible durée car elle
est très vite surmontée par l'agent pathogène: de nouveaux pathotypes
La résistance partielle, polygénique, repose sur de nombreux gènes mineurs
qui, associés, confèrent aux plantes une résistance générale suffisante, non
spécifique. Ce type de résistance est plus durable, car le pathogène doit
s'adapter progressivement aux différents gènes par mutations successives.
Biotechnologie
Variation et tolérance au stress abiotique
Les stress abiotiques constituent une cause majeure de perte de rendement,
pour tous les types de culture, sous toutes les latitudes. Les plantes,
organismes inféodés à leur milieu, ont la capacité de tolérer des variations
climatiques importantes, parfois extrêmes en mettant en oeuvre une grande
variété de stratégies de tolérance et de survie.
La compréhension des bases physiologiques et génétiques qui sous-tendent
ces stratégies adaptatives est d'une importance majeure aussi bien pour des
objectifs de biologie végétale fondamentale, que pour une amélioration des
plantes cultivées qui participe à la mise en place d'une agriculture durable.
Biotechnologie
c- La valeur d'utilisation: la qualité
Les critères de qualité sont étroitement en relation avec l'utilisation du
produit pour la consommation humaine et l'alimentation animale, ou
pour la transformation
le sélectionneur doit tenir compte de l'évolution du goût des
consommateurs, des technologies de la transformation, des techniques
culturales (mécanisation de plus en plus poussée du semis à la récolte)
étant donnée la période qui s'écoule entre le moment où les objectifs
fixés sont atteints (de 6 à 10 ans minimum).
Biotechnologie
Les ressources génétiques
Créer une variété nouvelle consiste à améliorer une variété
existante en transformant son génotype.
La modification d'un génotype peut se faire :
 Qualitativement: Elle porte sur la nature des gènes qui contrôlent les
caractères recherchés et sur leur assemblage
 Quantitativement: Le dosage de l'information génétique étant modifié
en augmentant (ou en diminuant) le nombre des chromosomes de
l'espèce
Biotechnologie
1) Tests des caractères cellulaires
a- Résistance protoplasmique
La résistance protoplasmique permet de définir la capacité de la cellule à
supporter les fortes concentrations internes de sel
Le test consiste à faire séjourner des coupes fines de tiges dans des solutions à
différentes concentrations de NaCl (jusqu'à 1,5 M) pendant 24 h, puis dans une solution
hypertonique de saccharose 1,5 à 2 M pendant encore 24 h. Le taux de cellules
plasmolysées est ensuite déterminé après examen en microscopie optique
Le test plasmolytique donne une bonne indication de la résistance des plantes
entières au sel.
Biotechnologie
b- Perméabilité cellulaire
L'augmentation de la perméabilité cellulaire sous l'effet d'un stress salin ou
hydrique peut être estimée par la fuite d'électrolytes hors de la cellule.
Le principe du test est d'immerger des disques foliaires à basse température
dans une solution dont le potentiel osmotique a été abaissé par du
polyéthylèneglycol. La perte d'électrolytes est mesurée par l'augmentation de
la conductivité électrique du milieu d'exsorption.
Appliqué à la tomate, ce test révèle curieusement une meilleure stabilité
membranaire chez l'espèce sensible, Lycopersicon esculentum, que chez les
espèces tolérantes au sel
Biotechnologie
c- Marqueurs moléculaires
Synthèse de protéines
Le sel induit des modifications qualitatives et quantitatives dans la
synthèse des protéines, détectables par électrophorèse sur gel de
polyacrylamide

Au niveau des feuilles, le sel induit la synthèse de cinq nouvelles
protéines de Mr 20 à 40 Kd et de pl 6,3 à 7,2.Trois d'entre elles
sont spécifiques de la variété sensible et les deux autres
communes aux deux variétés.

Au niveau des racines, six nouvelles protéines sont synthétisées
par les deux variétés.
Biotechnologie
Fragments de restriction (efficience de l'eau)
L'efficience de l'eau est une composante importante de la
résistance à la salinité et à la sécheresse.
Elle est définie par la quantité de biomasse produite (ou de moles
de C incorporées dans la matière sèche) par gramme d'eau
absorbée.
Il existe une variabilité considérable entre espèces et variétés
pour ce paramètre, mais l'amélioration pour l'efficience de l'eau
n'a pu être réalisée en raison de la difficulté de son évaluation en
conditions de plein champ
Biotechnologie
Accumulation de proline
L'accumulation de proline est l'une des manifestations les plus remarquables
du stress salin et hydrique
Le rôle de la proline dans la résistance au stress salin n'est pas encore élucidé. Il
peut s'agir d'un osmoticum dont l'accumulation cytoplasmique permet de neutraliser
les effets ioniques et osmotiques de l'accumulation du sel dans la vacuole. Selon un
autre point de vue, l'accumulation de proline n'est pas une réaction d'adaptation au
stress, mais plutôt le signe d'une perturbation métabolique.
Biotechnologie
Accumulation de sucres
Les teneurs en saccharose et en amidon des racines et des feuilles semblent
indicatrices du degré de résistance des espèces à la salinité.
Une étude comparative a été menée sur le haricot (très sensible), le riz (sensible), le
soja (moyennement résistant) et le cotonnier (tolérant).
Les analyses de sucres ont été faites sur des plantes de 21 à 35 jours, cultivées
pendant sept jours sur des solutions contenant 40 à 60 mM NaCl.
Biotechnologie
Les résultats révèlent que la teneur en saccharose des feuilles:
 Augmente considérablement chez le haricot et plus faiblement chez le
riz.
 Diminue légèrement chez le soja et plus fortement chez le cotonnier.
 La teneur des racines en saccharose augmente en relation inverse avec
la résistance au sel:
 l'espèce la plus sensible est celle qui présente la plus forte
accumulation racinaire de saccharose.
 La teneur en amidon des feuilles est augmentée chez le haricot, alors
qu'elle diminue chez le cotonnier
Biotechnologie
Biotechnologie
2) Tests des caractères liés à l'intégration des fonctions
physiologiques
a- Germination et émergence
La germination et l'émergence des plantules en conditions de stress salin sont révélatrices d'un
potentiel génétique de tolérance à la salinité, au moins à ce stade de développement de la plante
Des différences marquées dans la capacité à émerger en milieu salé apparaissent à l'examen de
quatre variétés de triticale. Mais l'étude du comportement de ces variétés au champ ne révèle aucune
relation claire entre la performance au stade jeune et la résistance au sel au stade adulte
Dans le cas de l'orge, la comparaison du test d'émergence des plantules en présence de 400 mM NaCI
avec le rendement au champ des plantes donne un coefficient de corrélation de 0,12 [, ce qui met en
cause la validité de ce test chez les espèces dont la sensibilité au sel varie avec le stade de
développement
Biotechnologie
b- Croissance, développement et survie
La tolérance au sel s'exprime habituellement en termes de croissance,
de rendement ou de survie.
Pour la plupart des plantes étudiées, elle peut être définie par une équation
linéaire simple du type YR = 100 - B (Ke - A), où Yr représente la
croissance ou le rendement, Ke la conductivité électrique du sol, A le seuil
de conductivité électrique à partir duquel on observe une baisse de
croissance, et B le pourcentage de réduction de croissance par unité
d'augmentation de conductivité électrique au-delà du seuil A.
Dans les tests de survie, le taux de mortalité est mesuré en fonction de la
concentration de sel dans le milieu. Il permet de définir le paramètre Dso,
qui est le temps nécessaire pour observer 50 % de mortalité.
Biotechnologie
3) De la sélection naturelle à la sélection dirigée
a) Évolution des populations naturelles : sélection naturelle
Une population génétique est constituée par l'ensemble
des individus se reproduisant librement entre eux et vivant
dans un même milieu.
Un équilibre s'établit entre le milieu biologique et la
population dont l'effectif est stable de génération en
génération.
Biotechnologie
b) Hérédité non chromosomique (hérédité cytoplasmique)
Le patrimoine héréditaire d'une plante ne comprend pas
uniquement les gènes de l'ADN chromosomique, mais
également les gènes de l'ADN mitochondrial et de l'ADN
chloroplastique.
On désigne par hérédité non chromosomique ou hérédité
cytoplasmique l'information génétique située dans les
mitochondries et les chloroplastes.
Biotechnologie
c) Exemples d'hérédité non chromosomique
 Hérédité d'origine chloroplastique
La résistance à certains herbicides est localisée dans les chloroplastes.
 Hérédité d'origine mitochondriale
Le cas d'hérédité cytoplasmique située dans les mitochondries qui ouvre les
perspectives les plus intéressantes, est celui de la stérilité mâle cytoplasmique.
En effet, l'existence de types mâles stériles (pollen avorté) permet la
production d'hybrides en évitant la castration manuelle.
Biotechnologie
d) La pression de sélection
Elle élimine, bien que non totalement, les génotypes incapables de
produire des descendants adaptés à leur milieu ou à un nouveau milieu.
Remarque: les allèles mutés récessifs ou létaux à l'état homozygote sont
maintenus en proportion notable et constituent une réserve de variabilité pour
les populations hétérozygotes susceptibles de s'adapter à un nouveau milieu.
Biotechnologie
f) L'amélioration méthodique des plantes
L’apparition d'une nouvelle variété n'est plus le fruit du
hasard de l'hybridation ou des mutations.
L'améliorateur ne se limite plus à exercer une seule pression
de sélection, il crée une variété mieux adaptée aux besoins de
l'agriculture, il dirige l’évolution en orientant la pression de
diversification.
Etude de cas
La tolérance à la sécheresse du Géranium
Le Géranium (Pelargonium x hortorum) est une espèce ornementale qui s'adapte à
diverses utilisations. Vu le contexte mondiale de l'eau, l'enjeu de créer des variétés
résistantes à la sécheresse est devenue une priorité
La culture in vitro se pratique pour assurer la multiplication clonale des
génotypes élites et se considère comme une technique alternative efficace pour la
recherche de nouvelles variétés qui s'utilise pour l'induction de la résistance aux agents
biotiques (bactéries et virus pathogènes) et abiotiques (sécheresse, salinité) par
hybridation somatique, variation somaclonale ou par transformation génétique.
Variétés de géranium tolérantes
Les techniques de régénération de plantes à partir des disques
foliaires ont été largement utilisées en sélection, cependant il
existe une grande variabilité de milieux selon le génotype et les
objectifs de la culture.
Variétés de géranium tolérantes
La culture des protoplastes est aussi un outil potentiel pour
développer des clones. Cette technologie est utilisée pour la création des
variétés par mutagenèse, fusion somatique variation soma-clonale, et
transformation génétique. Pour le pélargonium, le tissu mésophylien des
jeunes feuilles est le matériel qui donne les meilleurs résultats
Variétés de géranium tolérantes
Pour tester la réaction du cal issues de disques foliaires et des
protoplastes à la sécheresse induite, différentes concentrations
d‘osomoticum (Saccharose, Mannitol et Sorbitol de 0,2 jusqu'à 1,2M) ont
été ajoutées au milieu pour augmenter la pression osmotique du milieu afin
de créer les conditions de stress.
Deux génotypes de Pelargonium x hortorum ('Deep Salmon' et 'Panaché
Sud') ont été utilisés dans ce travail. La variété 'Deep Salmon' a été obtenue par
semis suivi de repiquage et par micro bouturage in vitro alors que la variété
'Panaché Sud' a été multipliée par micro-bouturage de pousses terminales in
vitro.
Variétés de géranium tolérantes
a- Effet du milieu sur la croissance des disques foliaires et
leur callogenèse
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Au début de la culture des disques foliaires, il n' y a pas eu de différence
significative entre les 2 types d'agar et c'est seulement à la fin de la 3ème
semaine que le Phytagel a fini par avoir un effet meilleur que le Gelrite sur la
croissance des disques foliaires et sur le développement du Cal (Fig. l-A).
Après 21 jours, la croissance des disques ainsi leur callogénèse ont été
favorisées par la dilution du milieu MS de base. Le milieu dilué MS/2 a causé
une formation de cal égale au double de celle mesurée dans le milieu MS
normal (Fig. I-B).
Le taux de croissance des disques et des cals a été favorisé par l'obscurité (Fig.
l-C): La lumière a partiellement inhibé la croissance des cals.
La meilleure croissance a été réalisée en présence de la combinaison (C2) la
plus riche en cytokinines (contenant Img/l de BAP et de Zéatine au lieu de 0,5
mg/l chacune, Fig. I-D).
Variétés de géranium tolérantes
Fig.1: Effet du type d'agar (A), de la concentration du milieu (B), de la lumière (C) et de la
combinaison en hormones (D) sur la croissance des disques foliaires et leur callogénèse
Variétés de géranium tolérantes
b Effet d'une sécheresse induite par les agents osmoplasmolysants
(sucres) sur la survie et croissance des cals
Le taux de croissance des cals (évolution du poids du cal néoformé)
chez la variété 'Deep Salmon' est inversement proportionnel à la
concentration en agent plasmolysant (sucres).
Après 3 semaines, les cals ont pu résister à des concentrations inférieures à
O,58 M pour le Saccharose et 0,32M pour le Mannitol et Sorbitol. (Fig.2).
Variétés de géranium tolérantes
Fig.2: Effet des concentrations d'agents plasmolysants (Saccharose, Mannitol et Sorbitol)
sur la callogénèse chez 'Deep Salmon' (expriméeen grammede cal produit après 21 jours).
Variétés de géranium tolérantes
c- Isolation et purification des protoplastes
Le pourcentage de viabilité et le rendement des protoplastes ont
augmenté après rinçages successifs Le maximum de viabilité et de
rendement ainsi que le plus grand diamètre des protoplastes sont
obtenus chez 'Panaché' Sud' après deux rinçages avec les valeurs
respectives de 90,6%, Il.3 5.106 P/g MF et 40,75mm.
La callogénèse (à partir des disques foliaires) et la culture de
protoplastes peuvent permettre dans un temps relativement rapide (21
jours) d'accéder à la mutagenèse in vitro chez le Pelargonium x
hortorum. La technique des disques foliaires, même s'elle ne permet
pas une maîtrise de la fusion directe des cellules, elle est cependant
considérée la plus simple techniquement car elle ne fait pas appel à du
matériel sophistiqué.
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