Amélioration des Plantes par les Biotechnologies

Amélioration des Plantes par les Biotechnologies.
Au début de l’agriculture on choisit les graines de façon empirique. Au début du 19e on améliore les
plantes par sélection et croisements. Depuis une dizaine d’années on pratique une sélection raisonnée.
Les biotechnologies végétales sont des techniques de laboratoire qui permettent l’optimisation et la
diversification des végétaux ou de leur composants. Ces techniques reposent sur de la biologie cellulaire,
de la biologie moléculaire et la culture in vitro. L’exemple le plus connu est les OGM.
Pour améliorer un caractère il faut connaître les gènes. On parle de génomique. Il faut introduire le
caractère d’intérêt dans la plante, la régénérer et la multiplier. C’est la culture in vitro. Cette régénération
est basée sur la teneur en hormones du milieu et sur la totipotence.
Hormones et totipotence
Les hormones constituent des facteurs internes de première importance pour la croissance et le
développement : auxine, cytokinines, ABA, gibbérellines, éthylène.
Les auxines et les cytokinines sont les plus importantes, elles assurent le grandissement et l’activité
mitotique.
La totipotence est la capacité d’une cellule à régénérer une plante entière. En effet, à partir d’un
morceau de la plante, on peut régénérer une plante entière. Les cellules vont redevenir des cellules
indifférenciées et c’est la composition du milieu qui va orienter les cellules vers la formation de tiges ou de
racines.
L’organogenèse est la refabrication d’organes
On peut aussi réorienter les cellules vers la formation d’un embryon somatique (issu d’une cellule).
La génomique
C’est la connaissance des gènes. On isole les gènes, on les séquence et on fait de la génomique
fonctionnelle pour connaître leur fonction.
Les plantes modèles sont : arabinopsis, le maïs, le riz.
On peut faire de la surexpression ou une stratégie anti-sens.
On introduit dans la plante le même gène A mais en orientation anti-sens. On obtient alors deux ARN
complémentaires. On va avoir une reconnaissance, ils vont s’hybrider et il n’y aura pas de transcription
donc pas de protéine et le gène A est éteint.
Il existe une autre méthode, la mutagenèse insertionnelle.
On va apporter dans l’ADN des séquences connues de façon aléatoire. Pour une plante normale on a
l’ARNm mais pour la plante transformée l’ARN sera interrompu et non fonctionnel donc pas de protéine.
La régénération
Elle repose sur la culture in vitro, dans un tube à essai, en conditions stériles sur des milieux de
culture connus et contrôlés, constitués de macroéléments (des sels minéraux essentiels), d’oligoéléments
(faibles quantités) qui servent de cofacteurs, des vitamines, une source de carbone (le saccharose), les
hormones et de l’agar pour la solidification du milieu.
Le plus simple pour la culture in vitro est la graine.
Avec les morceaux de tissus on obtient des plantes diploïdes, avec des grains de pollen ou l’ovaire on
obtient des plantes haploïdes.
La cellule la plus simple et la plus petite utilisée est le protoplaste. C’est une cellule sans paroi contenant
les chloroplastes. N’ayant pas de paroi la pénétration de l’ADN est facilitée.
La transgenèse
C’est l’introduction d’un gène dans un tissu végétal par différentes méthodes :
- Transfert direct : on prend le gène, on va fixer la préparation d’ADN sur des billes en or et au
tungstène et, à l’aide d’un canon à particules on va propulser ces billes sur un tissu végétal. C’est la
technique de biolistique.
Les billes vont pénétrer les tissus et les noyaux des cellules mais la probabilité de réussite est
faible.
On peut aussi faire de la fusion de protoplastes de façon chimique avec le PCG (Poly Ethylène
Glycol) ou électrique par électroporation (on fait passer un courant électrique dans une suspension
de protoplastes).
-
La transformation biologique : on introduit l’ADN à l’aide d’une bactérie agrobacterium tumefaciens.
Elle infecte les plantes et forme une tumeur. La bactérie possède un plasmide où l’on a une zone
qui peut s’intégrer dans l’ADN dans la plante par transfert, l’ADN T. On va éliminer l’ADN T avec
des enzymes de restriction, on parle de plasmide désarmé et, on va introduire le gène d’intérêt. On
remet le plasmide d’intérêt dans la bactérie et par transfert le gène va se retrouver dans la plante.
La construction génique
On va ajouter au gène, un gène de sélection pour repérer les plantes qui ont intégrer le gène
d’intérêt et les sélectionner. C’est un gène de résistance à un antibiotique à un herbicide.
Il faut aussi cibler le gène à cause des problèmes de pollinisation (contamination d’un autre champ
à cause des grains de pollen). On utilise donc les chloroplastes car il n’y en a pas dans le pollen.
La mutagenèse
Par rayons X ou rayons gamma.
La variation soma clonale
C’est la disparition ou la modification de caractères au cours de multiples repiquages.
Le sauvetage d’embryons
On cherche à récupérer des caractères spécifiques à une plante par croisements.
L’haplo diploïdisation
On fait un croisement entre deux plantes et on veut sélectionner un caractère. On fait deux générations, on
laisse pousser et on récupère les gamètes. On double les chromosomes par de la colchicine. On aura des
plantes homozygotes pour le gène.
Les plantes transgéniques
Maïs BT :
Expression d’une toxine pour tuer les larves de pyrale. La toxine n’est pas toxique pour l’homme ni les
animaux.
Riz Jaune :
Les asiatiques sont déficients en vitamine A quand ils mangent beaucoup de riz. On introduit donc un gène
pour transformer le Geramyl Geramyl Pyro Phosphate en βcarotènes qui est le précurseur de la vitamine
A.
On ajoute aussi des protéines pour fixer le fer.
Fabrication de vaccins à base de plantes :
Contre le choléra, l’hépatite B.
La phytoremédiation
Détoxification des sols pollués : les bactéries poussent sur des sols chargés en mercure et
transforment le mercure Hg2 toxique en Hg0 non toxique. On a introduit la bactérie dans des peupliers
que l’on met à pousser sur les sols pollués.