TD_Haploïdisation

Haploïdisation (vient du Grec : « simplification »)

I. Les différentes techniques ’ II. L’utilisation des haplométhodes en génétique et en amélioration des plantes III. Différents cas


I. Les différentes techniques ’

I. Les différentes techniques d’haploïdisation définitions

- Androgenèse in vitro : développement sporophytique par culture in vitro des

gamétophytes mâles (culture d'anthères ou de microspores isolées).

- Gynogenèse in vitro : développement sporophytique par culture in vitro des gamétophytes femelles (culture d' ovaires ou d'ovules non pollinisés.). - Parthénogenèse in situ : développement sporophytique in situ du sac embryonnaire. - Ceci est permis par l'utilisation de gamétophytes mâle inactivés par traitement physique ou chimique pour empêcher la double fécondation. - Elle peut aussi être induite lors de croisements entre parents génétiquement éloignés (hybridation interspécifique ou intergénérique entraînant l'élimination de chromosomes due à des interactions cytoplasme-génome). - Son induction peut aussi se faire lors d'un apport retardé de pollen par rapport au moment où le stigmate est réceptif. - Elle peut aussi résulter d'une sélection génétique : il existe des génotypes qui favorisent l'apparition d'haploïdes.

I. Les différentes techniques d’haploïdisation (androgenèse – culture de microspores isolées)

embryons

pollen

CAS DU COLZA In vivo

In vitro

I. Les différentes techniques d’haploïdisation (androgenèse – culture de microspores isolées)

CAS DE L’ ORGE

(a) Microspores uninuclées obtenues à partir d’épis. (b) Obtention de microspores embryogènes grâce à un traitement à la 2-HNA et une haute température pendant 65 h. (c) Des structures embryoïdes se développent à partir des microspores cultivées en milieu liquide pendant 18 jours. (d) 21 jours après, une production continue d’embryon mature est obtenue. (e) Les embryons sont ensuite placés sur milieu solide en boite de Pétri pendant 10 jours. (f) Obtention de milliers de plantes à partir des microspores présents dans un seul épis.

I. Les différentes techniques d’haploïdisation Parthénogenèse


. ’ haplométhodes en génétique et en amélioration des plantes

II. L’utilisation des haplométhodes en génétique et en amélioration des plantes

La création de plantes haploïdes et ensuite de diploïdes homozygotes par doublement chromosomique devrait permettre 1. Progresser plus rapidement dans la connaissance génétique 2. Faciliter l'amélioration génétique. 3. Améliorer l’efficacité de la mutagenèse. Le plus important

II. L’utilisation des haplométhodes en génétique et en amélioration des plantes Démarche du sélectionneur

Définition d’un idéotype

ermp asme disponible

caractère à introduire (mono, oligo ou polygénique)

reproduction de l’espèce (allogame – autogame)

structure variétale souhaité

Choix d’un programme de sélection

otec no og es disponibles

II. L’utilisation des haplométhodes en génétique et en amélioration des plantes • Germplasme disponible.

Démarche du sélectionneur

– Le caractère que l’on suite introduire est-il présent dans notre pool génétique ? (prospection, biotechnologie) – La valeur agronomique générale du germplasme est –elle suffisante ? (possibilité d’amélioration)

• Caractère travailler – Certains schémas sont plus adaptés que d’autres à la sélection de caract res ai e rita i it eaucoup e g ne . – Dispose t’on des bons outils de mesure pour travailler le caractère ?

• Biologie de la reproduction – type de variété – Allogame variété hybride F1 (synthétiques, population) – Autogame variété lignée pure (population) – Reproduction végétative clonale (population)

• Biotechnologie – Méthode pour introduire de la variabilité – Méthode pour faciliter la sélection

II. L’utilisation des haplométhodes en génétique et en amélioration des plantes Génétique = base de l’amélioration des plantes définitions

• Cas des plantes diploïdes. Dans un individu, chaque gène peut être sous le forme de 2 allèles. – Gène a – Gène b

2 allèles : a1 et a2 2 allèles : b1 et b2

• Pour chaque gène, une plante peut potentiellement avoir 3 associations d’allèle (génotype). – a1a1, a2a2 (homozygotes) et a1a2 (hétérozygotes). – Une lignée pure est une variété où tous les gènes sont à l’état homozygote. – Les variétés clonales et hybride sont constituées de plantes identiques. Pour chaque gène, toute les plantes ont l’un des trois génotypes.

II. L’utilisation des haplométhodes en génétique et en amélioration des plantes Génétique = base de l’amélioration des plantes - définitions

• Pour deux gènes différents, une plante diploïde peut avoir 9 génotypes. – a1a1 b1b1, a1a1 b2b2, a2a2 b1b1, a2a2 b2b2 (homozygotes) – a1a1 b1b2, a2a2 b1b2, a1a2 b1b1, a1a2 b2b2, a1a2 b1b2 (hétérozygotes) Certains caractères travaillés en amélioration des plantes ren e en , s ress a o que,… son con onn s par un gran nombres de gènes Nbre gènes

1

2

3

10

100

n

Nbre génotypes

3

9=32

27=33

310=59049

3100

3n

En plus en amélioration des plantes, on travail sur de très nombreux caractères Dans un programme de sélection, des millions de génotypes différents sont crées Seuls quelques génotypes deviendront des variétés

II. L’utilisation des haplométhodes en génétique et en amélioration des plantes Sélection pour les plantes autogames

• Création de variabilité génétique généralement croisement entre deux lignées pures complémentaires. • Recombinaison entre les gènes des parents. • Consanguinisation : autofécondation (haplodiploïdisation) • . consanguinisation Méthodes La sélection généalogique La méthode généalogique différée La méthode généalogique par filiation monograine Les haplodiplométhodes



COMPARAISON AVEC LES HAPLOMETHODES

Sélection pendant fixation Sélection généalogique Hybridation de 2 parents complémentaires Autofécondation et sélection simultanées pendant 4 à 5 générations Autofécondation et essais de rendement pendant 4 ans Dépôt au CTPS.

II. L’utilisation des haplométhodes en génétique et en amélioration des plantes Haploïdisation spontanée - polyembryonie (ex: asperge), androgenèse in situ (ex: tabac) et gynogenèse in situ (ex: maïs).

Androgenèse - Culture d’anthères (1964) : Datura, Tabac ... - Culture de micros ores isolées 1973 : Datura Riz Colza Or e Blé Pomme de terre Maïs ...

Gynogenèse - Culture d’ovaires/ovules (1976) : Orge, Blé, Tabac, Riz, Gerbera, Maïs, Betterave, Tournesol,... - Croisements interspécifiques (1964) : Pomme de terre, Orge, Melon, Blé, Luzerne, Allium, ... - Utilisation de pollen irradié (1983) : Orge, Blé, Pétunia, Melon, Carotte, Concombre, Chou,...

De gros efforts de recherche ont été consentis En 1980, des méthodes d’androgenèse avaient donné des résultats sur 153 espèces différentes !

II. L’utilisation des haplométhodes en génétique et en amélioration des plantes Principale utilisation de l’haplodiploïdisation Fixation du matériel génétique: - PLUS RAPIDE - PLUS COMPLETE - PERMETTANT LE CONTOURNEMENT DES PROBLEMES DE CONSANGUINITE

Quelques exemples de variétés obtenues par haplodiploïdisation Années 50, DEKALB 640, variété hybride double de maïs avec 3 parents haploïdes doublés. Années 70, Maris Haplona, variété de colza. 1974, F211, variété japonaise de tabac. 1978, Lunghua 1, variété chinoise de riz. 1980, Mingo, variété canadienne d’orge. 1987, Florin, variété française de blé. 1989, Adria et Mégal, variétés d’aubergine. 1990, Andréas, variété d’asperge hybride F1 100% mâle. 1995, Osir, variété de piment.

L’haplodiploïdisation est utilisée en routine par certaines sociétés pour améliorer les espèces citées ci-dessus notamment.


III. Quelques exemples Cas du pommier - historique

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Les deux premiers haploïdes de pommier (EINSET en 1945). Ils provenaient de la fécondation libre d'une variété triploïde. Ces deux plantes n'ont pas survécu. Années 1970 : culture in vitro d'anthères. – NAKAYAMA et al. (1971, 1972) ont induit des cals avec formation de racines ; – KUBICKI et al. (1975, 1976), des embryoïdes mais pas de plantes – La première plante haploïde viable (LESPINASSE & GODICHEAU, 1979).

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• • •

Effet génétique. FEI & XUE 1981 étendent l’obtention de plantes androgénétiques à 6 variétés (Malus Xdomestica Borkh) : 'Delicious', 'Ralls', 'Rainier', 'Golden Delicious', 'American Summer Pearmain' et 'Jonathan‘ b : mixoploïdes). WU (1980, 1981) a régénéré des haploïdes (pb aneuploïdes) à partir de variétés chinoises de pommier à cidre (espèce Malus prunifolia Borkh) ; tous les haploïdes obtenus se seraient par la suite doublés spontanément. 1990, XUE et al. ont obtenu des plantes androgénétiques sur ces mêmes variétés ainsi que sur 'Fuji' et 'Starkrimson'. Ces plantes ont été enracinées ou greffées et survivent en verger sauf celles issues de 'Golden Delicious'. Extension de l’obtention d’haploïde à d’autres génotypes notamment grâce à une longue période d'embryogenèse secondaire (18 mois) (HÖFER et al, 1999 ; HÖFER, 2004)

III. Quelques exemples

Cas du pommier – culture d’anthères

Bouton floral dont les microspores présentent un stade uninucléé tardif permettant la culture d'anthères

Cette culture d'anthères a produit des cals et des embryons androgénétiques AIB - BAP - CHARBON ACTIF

PRETRAITEMENT AU FROID BOURGEONS (2°C) PUIS AU CHAUD DES ANTHERES (35°C)

les embryons manifestent un blocage d'organogenèse très difficile à lever. Il existe un effet très marqué du génotype sur l'androgenèse. Tous les génotypes appartenant à la famille des "Delicious Rouge" ont produit des embryons alors que tous ceux appartenant à la famille de 'Golden Delicious' n'ont produit que des cals. Cette méthode a permis l'obtention de 4 plantes haploïdes in vitro (BOUVIER, 1993).


Cas du pommier – parthénogenèse (pollen irradié)

•

Ceci permit l'observation de semis d'origines diverses. Le rendement est très variable et génotype dépendant : de 1 pour 1000 semis à plus de 5 pour 1000.


Cas du pommier (détection des haploïdes) caryotype

Cytométrie de flux

Vigueur des plantes Morphologie des plantes Taille des stomates Taille des embryons repérées sont effectivement haploïdes Ruse génétique (parthénogenèse)

R R Mâle anthocyané

Haploïde ou non haploïde ? Femelle Non anthocyanée r r Plante non anthocyanée Plante anthocyanée

(haploïde) (diploïde)

III. Quelques exemples Cas de l’asperge

• Dans le cas des variétés population, 80 % du rendement est assuré par 20% des plantes. • L’asperge est une plante dioïque (xx, xy) • La parthénogenèse fonctionne bien chez l’asperge. • Cycle graine à graine 4 ans. • L’as er e est une lante érenne • Il existe un fort effet hétérosis (rendement , précocité, calibre,…) • Les pieds mâles sont plus productifs que les pieds femelles. • Les pieds supermales (yy) sont viables. PROPOSER UN PROGRAMME DE SELECTION

III. Quelques exemples Cas de l’orge

Etude de l’article de vulgarisation de haploide chou-fleur et brocoli •Trouver un titre •Faire un résumé de 200 mots •Trouver 4 mots clé

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