La sélection des végétaux (Exposé – SVT – Collège/Lycée)

« LA REPRODUCTION DES VtGtTAUX La réalisation des croisements dirigés implique une connaissance et une maîtrise de la reproduction des végétaux.

Les plantes se reproduisent selon deux grands modes : la reproduction végétative et la reproduction sexuée .

Reproduction végétative La première donne naissance à des clone s, des plantes en tout point identiques à la plante mère, et ne permet pas d'obtenir de nouvelles variétés.

Reproduction sexuée La reproduction sexuée fait intervenir une cellule reproductrice femelle, l'oosphère , et une cellule reproductrice mâle , le pollen, situées au niveau des fleurs des végétaux .

Quand un grain de pollen, emporté par le vent ou par des insectes pollinisateurs, atteint un oosphère, un embryon se forme, protégé par la graine .

Seuls les individus de la même espèce , ou d'espèces proches , peuvent se reproduire.

La fécondation croisée se produit entre deux plants différents, elle s'oppose à l'autofécondation qui rassemble deux cellules reproductrices , les gamètes , d'un même végétal.

La fécondation croisée donne lieu à un brassage génétique car toutes les cellules reproductrices d 'une plante présentent une combinaison unique d'allèles.

Lors de la fécondation , tout grain de pollen d'une plante peut rencontrer tout oosphère d'une autre .

Ainsi, le croisement de deux individus génère une descendance aux caractères très variables.

Il existe deux grandes catégories de végétaux : les végétaux autogames et --==-1:'~ ~- allogames.

Les végétaux :.J-.~ 11'"....,'""'111 autogames présentent sur le même pied des fleurs mâles ~;;._~~)..J et f emelles ~~~t=l~~:] sé par ées t- (comme le E~~~k;1~~ maiS ) ou rassemblées dans une fleur hermaphrodite .

Les végétaux allogames présentent des pieds portant soit des fleurs femelles , soit des fleurs mâles .

APPLICATION Choix des parents Pour améliorer les espèces , les sélectionneurs choisissent parmi des collections végétales les individus aux caractères intéres sants, et les croisent pour obtenir , parmi les multiples descendants , des plante s rassemblant les caractéristiques recherchée s.

~autofécondation des végétaux doit donc être empêchée .

Fécondation croisée Dans le cas des espèces allogames , rien de plus simple, puisque les fleurs mâles et femelle s sont portées par des plants différents .

En revanche , pour les plantes autogames, on doit user de différents stratagèmes .

Pour les espèces comme le maïs , qui portent à la fois des fleurs mâles et des fleurs femelles, on commence par retirer les fleurs mâle s.

Il suffit ensuite de prélever le pollen d'une variété de maïs , et le déposer sur l'ovule de la variété dont on a enlevé la fleur mâle.

Ensuite , on dépose un petit sachet autour de la fleur femelle , pour l'isoler de l'environnement.

Pour les espèces à fleurs hermaphrodites , comme le tournesol , la tâche est plus compliquée : les organes mâle et femelle sont très proche s, il est impossible d 'enlever la partie mâle sans causer de dommages .

Il faut donc créer des végétaux «mâles stériles», par des techniques de croisements particul iers ou par un travail en laboratoire néce ssitant plusieurs années.

Fixation du caractère ~autofécondation fait également partie du processus de sélection .

Quand on autof éconde une plante hétérozygote , comme l'a fait Mendel avec sa première génération de pois , une multitude de combinaisons de caractères apparaît, parmi lesquelles le sélectionneur choisit les plus intéressantes.

Le sélectionneur pratique des séries d'autofécondations pour obtenir des plantes homozygotes , ce qui permet de fixer les caractères dans la descendance et ainsi avoir des plantes présentant toujours les m êmes avantages .

En revanche, l'accroissement du niveau d'homozygotie engendre une dégénérescence des plantes .

QUELQUES TECHNIQUES DE SÉLECTION Diverses méthodes de sélectio n ont été mises au point , comme la sélection généalogique, le rétro-croisement et la création d'hybride s.

StLECTION GtNtALOGIQUE La sélection généalogique débute par le croisement de deux plantes m ères aux caractères intéressants et complémentaires .

La descendance issue de ce croisement présente une grande variabilité et elle est hétérozygote pour la plupart de ses gènes .

Le sélectionneur réalise ensuite une série d'autofécondations , sur plusieurs générations, et choisit les indivi dus corre spondant aux critères recherchés .

li les autoféconde à nouveau , et aboutit à la création de lignées pures , homozygotes.

Les caractères sont alors fixés , ils se retrouveront à chaque génération .

RtTRO·CROISEMENT Le retro-croisement assure également la création de nouvelles variétés de végétaux .

Il permet d'introduire un caractère intéressant possédé par une plante sauvage ou une espèce proche , dans une plante cultivée.

Le sélectionneur pratique le croisement entre les plantes mères , et conserve les hybrides présentant le caractère qu'il veut introduire dans l'espèce à améliorer .

Le sélectionneur réalise ensuite une série de croisements entre les hybrid es et la variété à améliorer , en conservant à chaque génération les plante s qui présentent le caractère d'intérêt.

Peu à peu, il obtient une variété qui ressemble beaucoup à la variété de départ , mais qui possède en plu s un nouv eau c aractère , emp runté à une autre espèce .

Cette méthode est celle utilis ée pour réaliser des variétés de tournesol «mâle stérile ».

CRtATION D'HYBRIDES La création d'hybrides est une des techniques très utilisée pour améliorer les variétés de plantes cultivées.

La première étape consiste à créer deux lignées de plantes rassemblant des caractères d'intérêt.

À partir d'une collection de plantes , on réalise des croisements pour donner aux futures plantes mères de l'hybride de multiples caractères d'intérêt.

On fixe ensuite les caractères de chaque parent par une série d'autofécondations .

Une fois les lignées pures obtenues , le sélectionneur réalise le croisement qui donne naissance à l'hybride .

Celui -ci est ensuite testé , on le cultive en champ afin d'étudier ces caractéristiques.

S 'il s'avère prometteur , il est à l'origine d 'une nouvelle variété.

Les hybrides sont caractérisés par une vigueur très supérieure à celle de leurs parents, connue sous le nom d'hétérosis .

Par contre, les grains qu'ils portent donnent naissance à des plantes très hétéro gènes, peu vigoureuses, ce qui contraint l'agriculteur à acheter des nouvelles semences chaque année .

La sélection classique possède des limites impo sées par les lois de la nature : temps de développement des végétaux , règles de la reproduction sexuée.

Ces techniques sont très longues, elles ne permettent pas de créer des variétés cumulant les caractéristiques d'espèces éloignées, et les résultats des croisements sont difficile s à prévoir .

Les biotechnologies regroupent un ensemble de techniques qui permet de s'affranchir de ces contraintes , elles se développent dans la seconde moitié du xX' siècle.

MARQUAGE MOLtCULAIRE Le marquage moléculaire facilite et accélère la sélection des végétaux.

Il consiste à établir une carte génétique d es diffé­ rentes espèces cultivées, et d'associer des parties de l'ADN, les marqueurs, à la présence de gènes à l'origine d'un caractère r---------------L-------------"--------------1 intéressant.

Après avoir croisé les deux Les rétro-croisements symbole du génome des lignées caractère intéressant lignée donneuse élimination des descendants n'ayant pas le caractère intéressant ' lignée receveuse ' ' lignée convertie possédant le caractère intéressant plantes mères , on cherche à déterminer dans la descendance les plantes qui ont acquis le gène d'intérêt.

Pour cela, on prélève à un stade précoce du développement de la plante des cellules, pour étudier leur ADN et identifier la présence ou l'absence des marqueurs .

Après avoir extrait l'ADN , on le met en contact avec des éléments qui repèrent les marqueurs .

Si les marqueurs sont présents, une réaction se déclenche, elle témoigne de la présence du gène d 'intérêt; il n'est plus nécessaire d'attendre le développement des plantes .

HAPLODIPLO'iSATION La technique d'haplodiploïsation permet également de diminuer le temps de création d'une nouvelle variété.

Le sélectionneur commence par croiser les deux parents aux caractères complémentaires ; il obtient une première géné ration de plantes aux caractéristiques homo gènes.

Il autoféconde ces plantes et obtient une nouvelle génération hétérogène , présentant une multitude de caractères.

Il sélectionne les plantes prometteuses .

Au lieu de pratiquer une longue succession d 'autofécondations, comme c'est le cas en sélection classique , pour fixer les caractères , il prélève les cellules reproductrices munies d'un seul exemplaire de chaque chromosome.

Les plantes entières sont régénérées en laboratoire , par culture in vitro .

Pour retrouv er leur nombre normal de chromosomes, on utilise un produit chimique , la colchicine.

Le sélectionneur parvient ainsi à obtenir des plantes homozygotes et tous leurs descendants par autofécondation seront strictement conformes.

SAUVETAGE D'EMBRYON S Le sauvetage d'embry ons, comme la transgénèse , permet de croiser des espèces éloignées .

Grâce à la technique de sauvetage d'embry ons, il devient possible pour des embryons normalement non viables , issus d 'un croisement entre espè ces trop différentes, de se développer.

Ils sont prélevé s à un stade précoce de développement et placés sur un milieu nutritif en culture in vitro.

La transgénèse , quant à elle, autorise le transfert de caractères entre végétaux et animaux ou bactéri es.

Cette méthode est possible car tous le s êtres vivants , de la plus minuscule bactérie au mammifère le plus évolué, sont régis par une information génétique portée par les gènes, composée d 'un code à quatre lettre s : le code génétique.

Le gène à transférer est la plupart du temps inséré dans un intermédiaire (souvent une bactérie ).

Cet interméd iaire est ensuite mis au contact des cellules végétales, et va injecter ce gène dans l e patrimoine génétique de la plante .

Les cellules végé tales sont ensuite cultivées in vitro, et une partie d 'entre elles donnent naissa nce à un organisme génétiquement modifié (OGM ).

Une plante génétiquement modifiée peut acquéri r la capacité de résister à la sécheresse, de sécréter une substance la protégea nt des insectes ou d'intérêt pharmaceutique.

Dans le cas du maïs , la résistance à la pyrale (insecte ravageur ) est conférée par un gène appelé communément Bt.

Ce gène permet dans les cellules du maïs , la production d'une protéine qui se transforme en toxine dans le tube digestif de la pyrale.

Par contre, cette protéine est simplement digérée sans aucun effet toxique chez les autres animaux et chez l'homme .. »