Les origines de lamlioration des plantes1ers hybrideurs Knight, Louis de Herbert, Vilmorin Sageret Sources classiques de la variation biologique qui constituent le matriau de lvolution MUTATION

Domestication

-10 000

1700 Sexualit des vgtaux

1800

1900 Redcouverte des lois de Mendel

RECOMBINAISON

Sdentarisation

Hybridations interspcifiques systmatiques Linn

Liaison gntique Morgan

Les sources classiques de la variation biologique : la mutation et la recombinaisonMUTATIONMicropropagation Transgnse Haplodiplodisation Hybridation somatique Polyplodisation Hybridation interspcifique Mutagense Production dhybrides F1 Hybridation puis slection gnalogique 1re stratgie: slection des variations, spontanes ou provoques, et les exploiter autant que possible. 2me stratgie: combiner des caractres dans une perspective de construction de gnotype.

RECOMBINAISONMarquage molculaire

Exploitation et cration de mutantsExploitation des mutants naturelsLes mutations spontanes constituent la base de la variabilit gntique exploite par tous les slectionneurs

A quoi sont dues les mutations ? Prsence dagents mutagnes naturellement prsents, Disfonctionnement des protines impliques dans la rparation et rplication de lADN, Insertion de transposons et de rtrotransposons. Quelques exemples de mutations naturelles importantes 1865, mutation pois rid (Mendel). Voir TD 1 1872, premire varit de haricot avec des grains restant verdtres (flageolet). 1930, mutation permettant dajouter lorang la palette de couleur de la rose. 1948, mutation monogerme chez la betterave. 1986, afila, mutation exploite dans la varit de pois Solara.

Exploitation et cration de mutants (mutation monogerme betterave)Betterave multigerme (fleurs soudes) Betterave monogerme

Savitsky, 1948 GROS PROBLEMES Difficults de semis (utilisation de semoirs impossible) Grosse quantit de semence Ncessit de dmariage travail pnible trs coteux en mains doeuvre Hilleshg cr la premire varit monogerme en 1966. MonoHill

Presque 100% du march Disparition de 90% des entreprises semencires

Exploitation et cration de mutants (mutation afila pois)normal af af et st

Vrilles Folioles Bracte Gros travail de physiologie vgtale pour savoir quelle doit tre la morphologie de la plante pour avoir un bon rendement Rendement bon Rendement mauvais

Stipules

Rendement moyen

Foliole : - capacit photosynthtique trs moyenne occulte la lumire pour les stipules Stipule : - capacit photosynthtique excellente colonise le sol, lutte contre les mauvaises herbes

Exploitation et cration de mutants (Rsistance au Phylloxera Vigne)Femelle gallicole Femelle radicole 1847 pidmie dodium import de vignes amricaines Arriv des EtatsUnis en 1861 1900 : vignoble europen dvast Catastrophe conomique Forme sexu Femelle aile sexupare Espce amricaine Vin pitre qualit Greffage sur espce amricaine Problmes de chloroses Croisement interspcifiques

1973, Fercal

Exploitation et cration de mutants (Autres)Ne pas oublier le nanisme (bl), (Voir TD rvolution verte) le caractre 00 (colza), (voir cours colza) la rsistance au curly-top et rhizomanie ( betterave), etc Les mutations causent une diversit gntique qui est la base du travail du slectionneur mais diversit quelquefois rduite, Cas des espces cres par lHomme rcemment, La variabilit intervaritale dans un pays est rduite (mas, betterave, bl, )

Ncessit de faire des prospections Disparition dcosystmes, instabilit politique, confrences de Rio

Cration de nouveaux mutants

Exploitation et cration de mutants

Mutagense artificielle- Dcouverte des radiations ionisantes au dbut du 20me sicle. - 1927: Les altrations (mutations) provoques par les radiations sont hritables. - Diversification des agents mutagnes Physique: Rayons , Rayons X, Ultraviolets, Chimique: EMS,... Variation somaclonale et slection in vitro.

Impact de la mutagense sur lamlioration des plantesQuelques varits issues de mutagense artificiellePamplemousse Cerisier Riz Forsythia Weigela Couleur rouge de la pulpe Aspermie Autofertilit Qualit du grain Port compact Feuillage panach 1984, 1970, 1985, 1970, 1985, 1979, Ruby Red Star Ruby Stella Delta Courtalyn , Weekend Courtatom , couleur ...

Quelques mutations trs rpandues- Denso, confrant un semi-nanisme, probablement prsente dans plus de 150 varits dorge brasserie. - Mutation riche en acide olique chez le tournesol, obtenue en 1976 par Soldanov est retrouve dans toutes les varits riches en acide olique inscrites en France et aux USA. - illet William Sim cr en 1938 :qualit de fleur et productivit. - Rsistance aux Imidazolinones (crales) et au chlorsulfuron (endive).

2252 varits recenses par la FAO/IAEA en 2000. Stratgie basique facile raliser (donc essaye souvent) norme travail de tri aprs (peu de russite) regain dintrt (TILLING)

Polyplodisation (Auto)La polyplodisation est un phnomne se caractrisant par une multiplication du stock chromosomique qui peut se produire de manire naturelle du fait de la rencontre de gamtes non rduits.

Plantes naturellement autopolyplodesExemple de plantes autottraplodes: dactyle, luzerne, poireau, pomme de terre. Un nombre sans doute important de plantes aujourdhui considres comme diplodes sont probablement danciens autottraplodes. Proportion de plantes cultives polyploides >>> Proportion de plantes sauvages polyploides Augmentation de la vigueur Augmentation de la taille des tissus vgtatifs Plus grande varit alllique Divergence fonctionnelle des gnes dupliqus Diminution de la fertilit Slection plus difficile

Polyplodisation (Auto)La polyplodisation induite- 1937, Blakeslee dcouvre laction de la colchicine : il devient possible dinduire des polyplodisations chez de nombreuses espces. - Dcouverte dautres agents mitoclasiques (ether, NO2,).

Impact de la polyplodisation sur lamlioration des plantesQuelques varits issues de polyplodisation induite1951, 1965, 1966, 1968, 1985, Kihara ralise des pastques triplodes. Voir TD 3 Rveille 1re varit de ray-grass anglais ttraplode. Ttri 1re varit de trfle violet ttraplode. Monohill, une des premires betteraves triplodes. Courtalor Carnaval varit de weigela triplode.

Autre utilisation de la polyplodisationLa polyplodisation est une mthode ncessaire la russite de trs nombreux croisements interspcifiques.

1) et 2) 3) 4)

La polyplodisation a t utilise principalement chez les plantes fourragres ornementales. La triplodie est une stratgie de choix pour introduire une apyrnie. La polyploidisation est utile pour les croisements interspcifiques. 2002 1re autorisation de consommation dhutre triplode.

HaplodiplodisationUne plante haplode est un individu possdant un nombre gamtique de chromosomes. Haplodiplodisation = Haplodisation + doublement (spontane ou induit)

Androgense

Gynogense

Culture danthre(visite chez Seminis)

Culture de microspore isole

Gynogense

in situ

Culture dOvule

Croisements interspcifiques

Pollinisation avec du pollen irradi

Haplodiplodisation

Haplodiplodisation

Bouton floral dont les microspores prsentent un stade uninucl tardif permettant la culture d'anthres

Cette culture d'anthres a produit des cals et des embryons androgntiques AIB - BAP - CHARBON ACTIF

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

les embryons manifestent un blocage d'organogense trs difficile lever. Il existe un effet trs marqu du gnotype sur l'androgense. Tous les gnotypes appartenant la famille des "Delicious Rouge" ont produit des embryons alors que tous ceux appartenant la famille de 'Golden Delicious' n'ont produit que des cals. Cette mthode a permis l'obtention de 4 plantes haplodes in vitro (BOUVIER, 1993).

Haplodiplodisation

Haplodisation spontane- polyembryonie (ex: asperge), androgense in situ (ex: tabac) et gynogense in situ (ex: mas).

Androgense- Culture danthres (1964) : Datura, Tabac ... - Culture de microspores isoles (1973) : Datura, Riz, Colza, Orge, Bl, Pomme de terre, Mas,...

Gynogense- Culture dovaires/ovules (1976) : Orge, Bl, Tabac, Riz, Gerbera, Mas, Betterave, Tournesol,... - Croisements interspcifiques (1964) : Pomme de terre, Orge, Melon, Bl, Luzerne, Allium, ... - Utilisation de pollen irradi (1983) : Orge, Bl, Ptunia, Melon, Carotte, Concombre, Chou,...

De gros efforts de recherche ont t consentisEn 1980, des mthodes dandrogense avaient donn des rsultats sur 153 espces diffrentes !

Haplodiplodisation Dans le cas des varits population, 80 % du rendement est assur par 20% des plantes. Lasperge est une plante dioque (xx, xy) La parthnogense fonctionne bien chez lasperge. Cycle graine graine 4 ans. Lasperge est une plante prenne Il existe un fort effet htrosis (rendement , prcocit, calibre,) Les pieds mles sont plus productifs que les pieds femelles. Les pieds supermales (yy) sont viables. PROPOSER UN MINI-PROGRAMME DE SELECTION

HaplodiplodisationGrosse diversit : 80% des plants assurs par 20% des plantes Les plantes mles sont plus productives que les plantes femelles Lhtrosis est trs fort chez lasperge

XX asperge femelle XY asperge mle Excellent individu mle XY Haploidisation

1)

IDEE Faire des varits en : utilisant comme parents les lignes les plus productives. 2) Qui soient de type hybride F1. 3) Qui soient entirement mle.

X

Y YY (supermale) X XX (femelle)

Doublement colchicine XX YY

XY Hybride F1 (100% mle)

Impact de lhaplodiplodisation sur lamlioration des plantesPrincipale utilisation de lhaplodiplodisationFixation du matriel gntique: - PLUS RAPIDE - PLUS COMPLETE - PERMETTANT LE CONTOURNEMENT DES PROBLEMES DE CONSANGUINITE

Quelques exemples de varits obtenues par haplodiplodisationAnnes 50, DEKALB 640, varit hybride double de mas avec 3 parents haplodes doubls. Annes 70, Maris Haplona, varit de colza. 1974, F211, varit japonaise de tabac. 1978, Lunghua 1, varit chinoise de riz. 1980, Mingo, varit canadienne dorge. 1987, Florin, varit franaise de bl. 1989, Adria et Mgal, varits daubergine. 1990, Andras, varit dasperge hybride F1 100% mle. 1995, Osir, varit de piment.

Lhaplodiplodisation est utilise en routine par certaines socits pour amliorer les espces cites ci-dessus notamment.

MicropropagationMicropropagation = Extension des techniques classiques de division de touffes, de bouturage, de marcottage et de greffage

MicropropagationLa micropropagation sensu stricto est une multiplication clonale in vitro qui sappuie sur : - la production de bourgeons axillaires sur des tissus contenant dj un mristme. - la production de bourgeons axillaires aprs induction de la formation de mristmes adventifs. - lembryogense somatique. - la rgnration dune plante partir dune cellule ou dun protoplaste.

Vers la mise au point de la multiplication vgtative in vitro1939, 1952, 1958, 1960, Gautheret ralise une culture indfinie de cambium. Morel et Martin ralisent le premier assainissement par culture de mristme de dahlia. Reinert et Stewart obtiennent les premiers embryons somatiques de carotte. Morel ralise la premire multiplication vgtative in vitro de lorchide.

En 1988, plus de 450 espces pouvaient tre micropropages

Impact des mthodes de micropropagation sur lamlioration des plantesMultiplication dun gnotype lidentique- Microbouturage : squoia, divers pins, eucalyptus, peuplier, merisier, framboisier, vigne, gerbera, chrysanthme, porte-greffes darbres fruitiers, - Embryogense somatique : cafier, pins, mlzes, picas, douglas, palmier huile,...

Malgr de nombreux efforts : pas de semences artificielles, pb des variantssomaclonaux

Slection sanitaire- Culture de mristmes: pomme de terre, artichaut, dahlia, vigne, ail, fraisier, - Thermothrapie: pcher, agrumes, Allium,... - Microgreffage : agrumes,

Sauvetage dembryons- Rsolution des problmes de dormance pour raliser des gnrations acclres (tournesol), -Russite dun certain nombre de croisements interspcifiques.

Amlioration des plantesVarits clonales, varits hybride de clones, parents dhybride F1