Régénération
de plantes entières et multiplication végétative
Après la mise en évidence
de l'auxine dans les années 30, l'étape scientifique décisive
a été la découverte, dans les années 50,
de l'existence et des propriétés d'autres hormones de
croissance végétales, qui contrôlent la rhizogenèse
(formation des racines) et le développement des parties aériennes
des plantes. Indispensables à la multiplication et à la
différentiation cellulaires, ces hormones doivent être
fournies aux cellules en culture. L'autre facteur déterminant
pour la réussite de la culture in vitro a été
la mise au point de l'asepsie des techniques de prélèvement
et des milieux de culture.
Guérison
des plantes par culture de méristèmes
La première application agronomique
de ces connaissances en physiologie végétale date des
années 1950. Elle est liée à la démonstration
du fait que, même lorsqu'une plante parait totalement infestée
par un virus ou une bactérie, les méristèmes (extrémités
des bourgeons - et des racines -) sont indemnes ; d'où l'idée
de régénérer une plante à partir de ces
cellules embryonnaires saines.
Ces travaux, menés à l'INRA,
ont abouti en 1952 à la "guérison" d'une première
plante, un dahlia. La technique, toujours utilisée actuellement,
a permis depuis de sauver de nombreuses espèces ou variétés
(oeillet, pomme de terre...) atteintes de viroses graves.
L'objectif initial de la culture de méristème
était d'obtenir une petite plante saine transplantable
dans un sol, qui était ensuite multipliée par des techniques
traditionnelles.
Multiplication
végétative
Ce n'est que dans les années 60 et
70 que fut exploité le potentiel de multiplication exponentielle
de la culture in vitro. Il est en effet possible, en modifiant
le milieu de culture, de faire produire au méristème,
non pas une tige, mais un buisson comportant de nombreux bourgeons que
l'on peut facilement séparer les uns des autres et repiquer dans
d'autres tubes. Répétable toutes les 3 ou 4 semaines,
cette opération permet théoriquement de produire, à
partir d'un seul bourgeon, plusieurs millions de nouvelles plantes en
un an.
Cette technique a progressivement été
appliquée à de nombreuses espèces et elle est passée
au stade de l'exploitation industrielle. Elle a de plus permis la multiplication
végétative d'espèces dont le bouturage était
peu performant ou impossible : c'est le cas par exemple des orchidées,
dont la production s'est considérablement développée
grâce à la culture in vitro.
La mise en oeuvre de ce mode de multiplication
nécessite toutefois, pour chaque nouvelle espèce ou variété,
l'élaboration de milieux de culture particuliers... et certaines
plantes restent en fait très difficiles à cultiver in
vitro.
La maîtrise du micro-bouturage a également
permis l'élaboration d'une nouvelle technique de greffage :
la greffe bouture herbacée. L'INRA, en collaboration avec le
groupe champenois MUMM, a ainsi mis au point la production de plants
de vigne greffés par assemblage de deux boutures herbacées.
Cette méthode présente de nombreux avantages : le taux
de réussite du greffage est supérieur, la "soudure"
entre greffon et porte-greffe est améliorée, le système
racinaire est mieux développé et la qualité sanitaire
des plants est meilleure.
Production de plantes
génétiquement nouvelles
Progressivement, diverses techniques de
culture in vitro ont été élaborées.
Elles permettent la création et le développement d'individus
génétiquement originaux, support d'analyse scientifique.
Culture d'embryons
La culture d'embryons immatures permet de
raccourcir la durée du cycle végétatif (de l'embryon
à la floraison) et de réduire fortement les phénomènes
de dormance. Mais son principal intérêt est en fait d'autoriser
le "sauvetage" et le développement d'embryons peu viables
dans des conditions naturelles (issus de certains croisements interspécifiques)
ou d'embryons obtenus en laboratoire (à partir de cellules somatiques
ou de gamètes non fécondés par exemple).
Obtention d'haploïdes
Les individus haploïdes (possédant
un seul jeu de chromosomes) constituent un matériau privilégié
pour l'étude de l'expression des gènes ; ils permettent
également de produire rapidement, par doublement chromosomique,
des individus totalement homozygotes (dont tous les gamètes porteront
les mêmes gènes). Des haploïdes peuvent apparaître
naturellement, par parthénogénie spontanée ou lors
d'hybridations interspécifiques. Le phénomène est
toutefois peu fréquent, et des méthodes de production
d'haploïdes ont été recherchées. Les plus
employées sont les techniques de culture in vitro d'organes
reproducteurs mâles ou femelles immatures, voire même de
cellules sexuelles : pollen, ovules.
Culture et fusion de
protoplastes
Les protoplastes sont des cellules végétales
débarrassées, par un traitement enzymatique, de leur paroi
pecto-cellulosique et qui peuvent ainsi être fusionnées
entre elles. Cette fusion permet la création d'hybrides interspécifiques
qui ne peuvent être obtenus par fécondation. Ces hybrides
présentent de plus la particularité de posséder
à la fois les noyaux et les cytoplasmes des deux cellules initiales
(lors d'une fécondation, seul le noyau de la cellule mâle
passe dans l'ovule). Il est ainsi possible d'associer transitoirement
dans une même cellule des organites (mitochondries et chloroplastes
notamment) de deux origines, porteurs de caractéristiques différentes
et donc de favoriser la recombinaison des génomes de mitochondries.
Tout récemment, une équipe
INRA est par exemple parvenue à obtenir la première fécondation
in vitro chez une plante, opération rendue complexe par
l'existence d'une double fécondation (l'une donnant l'embryon
et l'autre les tissus nourriciers de l'albumen).
Culture d'individus
transgéniques
La culture in vitro permet de manipuler
des végétaux à l'état unicellulaire et notamment
de transformer le génome d'une seule cellule pour obtenir une
plante uniformément modifiée génétiquement.
L'introduction du gène utile (et des séquences qui contrôlent
son expression) est réalisée par l'intermédiaire
d'un plasmide (molécule circulaire d'ADN d'origine bactérienne)
selon diverses techniques.
Le transfert de gènes d'origines
variées (végétale, animale, bactérienne,
virale ou construite au laboratoire) dans des cellules végétales
ouvre de nouvelles et importantes perspectives pour l'amélioration
des plantes. Le transfert de gènes de résistance aux insectes,
aux virus ou aux herbicides est en cours de validation agronomique.
A plus long terme, l'introduction de gènes modifiant la qualité
des produits ou codant pour des molécules d'intérêt
pharmaceutique est en projet.
Exemple d'application
Le cas du colza illustre l'utilisation de
ces diverses techniques dans les programmes d'amélioration génétiques
actuels (voir Fiche Variétés de colza). La création
d'une lignée mâle-stérile, indispensable à
la production à grande échelle de semences hybrides, a
ainsi nécessité le sauvetage des embryons issus du croisement
avec le radis porteur de la stérilité recherchée,
puis le recours à des fusions de protoplastes. Les techniques
de transgenèse ont ensuite été utilisées
pour introduire chez le colza des gènes dont les produits modifient
la composition en huile des graines.
Pour en savoir plus :
1997. Biofutur. Dossier plantes
transgéniques. février.
Laboratoires :
INRA - Versailles : Biologie
cellulaire
Route de Saint-Cyr, 78026 Versailles cedex
INRA - Versailles : Génétique
et amélioration des plantes
Route de Saint-Cyr, 78026 Versailles cedex
INRA - Dijon : Génétique
et amélioration des plantes
17 rue de Sully, 21034 Dijon cedex
INRA - Avignon : Amélioration
des plantes maraîchères
Domaine de Saint-Paul, BP 91 ; 84143 Montfavet cedex
INRA - Rennes : Amélioration
de la pomme de terre et des plantes à bulbes
Domaine de Keraiber, 29260 Ploudaniel
