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Mutation Research, 42 (1977) 235-248© Elsevier/North-Holland Biomedical Press

SYSTE~iES INSTABLES INDUITS CHEZ LE PETUNIA

ANDRE CORNU

Laboratoire de Mutagenese , I.N.R.A., B.V. 1540, 21034-Dijon (France)

(Received June 18th, 1976)(Revision received September 10th, 1976)(Accepted September 24th, 1976)

Summary

Induced unstable systems in PetuniaFive unstable systems, all involved in anthocyanin production in flowers of

Petunia, have been obtained by mutagenic treatments. The instability is charac­terized by the presence of variant sectors on petals and controlled by a specificunstable allele that had arisen either at locus A or at locus R (A -;. aX or R -;. r").The somatic variations observed are due to frequent genetic events that occurat the locus of the unstable allele and yield a new allele (aX -;. anor r" -;. rn

) ; thisnew change usually restores stability and seems to take place in any tissue ofthe plant. Each of the unstable systems can be characterized by: (1) the abilityof allele a" or rX to synthesize anthocyanins in given proportions; (2) the kindsof variation produced, the phenotypes of which depend upon the action ofalleles an or r"; and (3) its "frequency profile" that allows comparisons amongcellular reversion rates observed at each cell cycle during morphogenesis ofpetals.

The instability is transmissible to subsequent generations. The specific un­stable allele must be present for this instability to be expressed. The variationsproduced can be transmitted both vegetatively and sexually. Alleles an and r"are dominant over the natural recessives a and r; moreover, they usually havesynthetic abilities different from those of A and R.

Introduction

De nombreux cas dinstabilite genetique ont ete decrits chez les plantes afleurs. Ils concernent tres souvent la pigmentation chlorophyllienne ou antho­cyanique. Des etudes genetiques plus poussees ant montre l'existence, a cer­tains loci, d'alleles dits instables (ou mutables), tels que a, P" ou R st chez Iemais [1,141, Pal'"' chez Aniirrhinum majus 1111 ou Sulf chez la tomate [101.Tres frequernment, le comportement instable de ces alleles specifiques peut etre

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modifie, amplifie ou supprime par Ie jeu d 'un ou plusieurs " facteurs" modifica­teurs ou elements de controle, fixes ou non sur Ie genome. C'est cet ensembled 'elements genetiques (allele specifique d'un locus donne + facteurs rnodifica­teurs) que nous appelons "systerne instable".

La plupart des systernes instables observes sont apparus spontanement. Ce­pendant, certains d 'entre eux sont attribues a l'action de traitements rnutage­nes: on peut citer: Ie "pale green mutable" du mars , consequence de I'explo­sion atomique de Bikini [17], Ie systems "w mutable " obtenu chez Drosophilamelanogaster apres exposition aux rayons X [9] ou l'instabilite de certains mu­tants chlorophylliens, apparus chez le tabac apres traitement au methyl sulfo­nate d'ethyle ou M.S.E. [5].

Chez Ie Petunia, des cas d'instabilite ont ete etudies [15,19, Bianchi, comm.personnelle], mais n'ont pas fait l'objet d'analyses genetiques publiees. Lesprogres recents acquis dans la connaissance des gimes regulateurs de la biosyn­these des anthocyanes chez Ie Petunia [13,16,21] permettent une meilleure ana­lyse des systemes instables concernant ces loci. Les effets memes de i'instabilitesur ces loci peuvent conduire a une connaissance plus precise de leur structureou de leur fonctionnement.

Le Petunia presente, en outre, deux avantages particuliers pour ce type d 'e­tude: (1) il est possible au moyen de techniques de culture in vitro * d'obtenirla regeneration de plantes a partir de secteurs floraux d 'origine epidermiquedont la nature genetique serait differente de celle du reste de la plante; on peutainsi isoler un seeteur variant issu d 'un systeme instable et etudier son compor­tement genetique; (2) les loci A et R, qui ont un role bien particulier dans labiosynthese des anthocyanes florales, sont etroiternent lies, Ie taux de recombi­naison meiotique etant de I'ordre de 10/00. Cette particularite est evidemmentd 'une grande utilite dans I'analyse de la transmission hereditaire des alleles mu­tes [3]. Or, certains de ces alleles au locus A et au locus R, obtenus apres destraitements mutagenes varies , peuvent etre consideres cornme les alleles speci­fiques de systemes instables differents et bien caracterises.

C'est l'analyse de ces systemes instables induits qui est presente dans cetarticle.

Materiel et methodes

Materiel genetique et traitements mutagenesLe gene A du Petunia, precedemrnent decrit [16] a un effet tres important

sur la quantite d 'anthocyanes synthetisees dans les petales; il est tres probable­ment identique au gene An2 de Wiering [21]. Le gene R, assimilable au geneRt [21] conditionne, en presence des genes dominants G], Mt et Hfl (ce qui estle cas general dans le materiel que nous avons utilise), la synthese de petunidinealors que seule la delphinidine est produite dans les genotypes rcessifs rr.

On a utilise dans toutes les experiences de traitements mutagenes un hybrideentre deux lignees, l'une homozygote pour les genes A et r, l'autre homozygotepour les genes a et R. Les traitements mutagenes on ete appliques soit sur lesgametes provenant des lignees , soit sur les zygotes hybrides, suivant des metho-

• Rapport dacttvite, Station d 'Amelioration des Plantes, Dijon , France. 1968-1972.

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des decrites precedemment [6]. Les stades zygotiques (G, ou G2 ) precises dansla Tableau III, sont determines en fonction du temps ecoule entre le momentde la pollinisation et celui du traitement applique dans des conditions de tem­perature et declairement bien definies [20]. Les mutagenes chimiques mention­nes au Tableau III ont ete utilises en solution aqueuse impregnant un morceaude coton hydrophile avec lequel on enveloppe l'ovaire pendant une ou deuxheures a 20°C. La solution aqueuse, non tamponnee, est preparee immediate­ment avant l'emploi et on utilise environ 2 cc de solution par ovaire.

Les irradiations 'Y sont faites au moyen d 'une source de 60Co, dont le debitau moment du traitement etait de 1250 RJh ala distance d'un metre (tempera­ture de la salle: 18° C).

Les mutations des genes A et R sont reperables des la premiere generation(M,), Ie genotype de l'hybride etant heterozygote pour les deux loci: Ar/aR.

Les mutations de A entrafnent une diminution de la production globaled 'anthocyane, qu 'on peut controler par une analyse quantitative. Les mutationsde R entrafnent l'apparition d'une quantite plus ou moins importance de del­phinidine, dont on peut verifier la presence par analyse chromatographique. Lesmutants obtenus peuvent etre en chimera ou non. Dans le cas ou ils sont enchimere pericline, on peut isoler le secteur mute a partir de bourgeons neo­formes sur des cultures de pedoncule in vitro *.

Les mutants instables isoles ont tous ete recroises par la lignee DL-a5, reces­sive pour les genes a et r, dans le but de (1) confirmer la localisation des muta­tions induites aux loci A et R, par la mesure du taux de linkage avec le genevoisin recessif r ou a. (2) analyser la transmission de l'instabilite dans la des­cendance. (3) isoler les variants eventuels induits par les systemes instables auxloci A et R.

Mesure des [requences cellulaires de variationsOn a tente de mesurer les frequences cellulaires de variations produites par

les differents systemes instables par la methode suivante: les plantes a etudiersont placees en chambre climatisee (temperature constante de 20°C, eclaire­ment de 16 h par jour) au moins deux semaines avant la floraison; on recueille12 fleurs par plante; sur chaque fleur, on preleve dans la partie centrale d'unpetale a l'aide d'un emporte-piece un echantillon circulaire de 6 mm de dia­metre; les rondelles ainsi prelevees sont examinees au microscope apres mon­tage it sec entre lame et lamelle. La coloration des cellules est aisement obser­vable et l'on peut distinguer (Fig. Ld) celles qui font partie d'un secteur"variant" issu d'un evenement genetique dli a I'instabilite. On peut ainsidenombrer tous les secteurs variants d 'une rondelle et compter le nombre decellules par secteur. Le nombre moyen de cellules par unite de surface est obte­nu par le comptage des cellules dessinees ala chambre claire Wild et contenuesdans un carre de 36 mm. de cote, le grossissement du dessin, apprecie par laprojection d'un micrometre objectif Nachet etant de 144. On obtient ainsi al'interieur d 'une population cellulaire (qui est de l'ordre de 1 million de cellulespar plante etudiee), des donnees concernant la frequence et l'etendue des dif­ferents types de secteurs variants.

* Rapport d'activite, Station d'Amelioration des Plantes, lNTA, 1968-1972.

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\

Fig. 1. (a) Expression de J'Instabihte sur une f1eur du mutant 1473 E (svsterne a J 4). (b) Expression deI'Instahilite sur une f1eur du mutant 4C-38 B (system e r3 8 ). (c) Expression de Pinstabttite sur une fleur dumutant G4-171 B (svstern e al). Noter les secteurs variant d'intensite de coloration differente, (d) Micro­phorographie d'epiderme de petale du mutant G4-171 B (system e a 1 ) . Secteur variant comportant troiscelluies Intensement colorees,

L 'estimation du taux moyen p de reversion se fait apartir de Ia frequenceobserves des cellules reversees [7]:

(1 - p)t = (N - Ng)/N

ou N est Ie nombre de ceIIules observees, Ng Ie nombre de ceIIules reversees, t lenombre de cycles ceIIulaires necessaires pour produire N ceIIules.

En ce qui conceme cette etude, nous avons adopte t = 10 qui est le nombre

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maximum de cycles correspondant ades tailles de secteurs observables dans lesechantillons utilises.

Cependant, cette formule ne rend compte que d'un phenomena moyen. Ellene reflete pas la realite particuliere a chaque cycle si le taux n'est pas le memepour tous les cycles cellulaires consideres.

Nous avons done ete amenes amesurer les taux de reversion Ph P2, ..., PIOrelatifs a chaque cycle cellulaire. Nous avons pour cela classe les secteursvariants d'apres leur nombre de cellules, ce qui permet d'estimer le nombre decycles cellulaires intervenus depuis le moment ou l'evenement genetiqueresponsable de la reversion s'est produit. Le Tableau I presents les correspon­dances entre ces deux sortes de nombres. On peut ainsi obtenir une estimationr], r2, ... , rIO du nombre de reversions par cycle cellulaire.

Pour evaluer un taux Pi (i == 1, 2, ... , 10), il est necessaire de connaitre lenombre total de cellules N, pour le cycle cellulaire correspondant. On peut cal­euler N, sur la base de I'equation suivante:

N ==Nk-i1

ou i == 1, 2, ... , 10, Ni = nombre total de cellules presentes dans la population, k= coefficient de multiplication exponentielle specifique de la population decellules observee.

Si les divisions cellulaires etaient synchrones, le coefficient k serait egal a2;en fait, il est toujours inferieur a2, puisqu'on trouve des secteurs variants con­tenant des nombres de cellules differents de ceux de la serie exponentielle 2i

.

La maniere la plus simple d'evaluer k est d 'utiliser les nombres n3 et n4 de sec­teurs variants comportant respectivement 3 et 4 cellules; dans ces conditions, lecoefficient de multiplication exponentielle est:

3n3 + 4n4k=-----:-

2(n 3 + n4)

Cette estimation ne constitue, bien entendu, q'une approximation facilepuisque: (1) elle porte sur un seul cycle cellulaire et (2) eUe concerne les cellules

TABLEAU I

CORRESPONDANCE ENTRE L'ETENDUE DES SECTEURS VARIANTS ET LE NOMBRE DE CYCLESNECESSAIRES ALEUR FORMATION

Nombre de cellulesobservees par secteurvariant

I2

3 et 45 Ii. 89 a 16

17 Ii. 3233 a 6465 Ii. 128

129 Ii. 256257 a 512

Nombre de cycles cellulaires intervenus depuisI'evenernent genetique responsable de lareversion

1 a

23456789

10

a On admet qu'une replication de DNA a ete necessaire pour qu'un phenotype variant puisse s'ex­primer.

TABLEAU II

PLANTE 1473-CB5 (SYSTEME a I 4 ) : OBSERVATIONS DES SECTEURS VARIANTS ET EVALUATIONS DES TAUX DE REVERSION

Nombres de cycles cellulaires anterieurs

2,3 2,6 3,5 4,0 3,7 4,6 5,0

Nombre de cellules observees: N = 1,340,000n3 = 52; n4 =41

3n3 + 4n4k = = 1.72 Nl = N X 1.72-1 > 779070; N2 = N X 1.72-2 = 452 948: etc.

2(n3 + n4)

Nombre de secteurs (ri)Estimation du nombre de

cellules (Ni)Ni-riTaux de reversionPi X 10-4

Donnees nurneriques etestimation de k

1

180

779070778890

2

118

452948452830

3

93

263342263249

4

61

153106153 045

5

33

8901588982

6

24

5175351729

7

15

3008930064

8

8

1749417486

4,6

9

7

1017110164

6,9

10

3

59135910

5,1

241

des secteurs variants; ceci implique qu'on admet que la division des cellulesreversees et celle des cellules non reversees se font de la rneme facon.

Un exemple de calcul fait d'apres les donnees observees sur les fleurs de laplante 14 73-CP5 (systeme a14) est presente au Tableau II. On peut etablir apar­tir de ces resultats un graphique montrant les fluctuations du taux Pi au coursdes cycles cellulaires successifs; ce graphique, reporte sur la Fig. 2, est appele"profil de frequence".

Resultats

Caracteristiques des systemes instables obtenusA la suite des divers traitements mutagenes effectues, cinq cas d'instabilite

ont ete observes sur les plantes MI' Trois d'entre eux portent une mutation dugene A, les deux autres une mutation du gene R (Tableau III). On parlera danschaque cas de systeme instable, posant en principe que l'instabilite observee estdue a la fois a la presence d'un allele mute qui lui est specifique (ex: I'allele a l

pour le systeme a l) et ason background genotypique.

Chaque systeme instable peut etre caracterise par son phenotype de base (oucoloration de fond) et par les types de variations qui se produisent. Tres genera­lement, ces secteurs variants apparaissent stables.

Le phenotype de base, qui situe le niveau d'expression phenotype de I'alleleinstable (aX ou r") est souvent celui du double recessif aa ou rr; c'est le cas pourles systemes a14, a l 6 et r3

• Par contre, dans les systemes al et r3 8, la coloration de

fond est nettement differente de celles de l'homozygote recessif et de l'hybrideternoin.

Dans tous les cas, on observe, sur cette coloration de fond, des variations quisemblent correspondre a un retour au fonctionnement normal de I'allele domi­nant. On les appellera "reversions", sans prejuger de leur nature genetique. Cesreversions peuvent aussi correspondre a des phenotypes nouveaux, le plus sou­vent intermediaires entre le phenotype de base du systems et Ie phenotype nor­mal de l'hybride; c'est Ie cas pour les systernes a l et r', II apparait aussi dans laplupart des cas, mais avec une frequence moindre (sauf pour a I4), des secteursstables de phenotype semblable acelui du genotype aa.

Le taux cellulaire de reversion indique dans le Tableau III, constitue uneautre caracteristique du systems instable. II a ete mesure dans les conditionsgenotypiques du mutant d'origine; on peut dire qu'il n'est valable que pour unesituation heterozygote particuliere et qu'il peut done etre largement modifiedans d'autres conditions genetiques. Cependant, il est certain que ce taux n'estqu'une estimation moyenne et qu'il est preferable pour caracteriser un syste­me instable, d'utiliser les profils de frequence definis plus haut (cf. Materiel etmethodes).

Les profils de frequence ont ete etablis eux aussi dans le contexte genotypi­que du mutant d'origine. A l'interieur de chaque systeme instable, on a choisiun profil de frequence moyen, representatif des familles de profil obtenues. Lescinq profils choisis sont rassernbles dans les Figs. 2 et 3. IIs font apparaitre, enpremier lieu, une grande variabilite (significative dans les cinq systemes) dutaux de reversion au cours des cycles cellulaires qui precedent la differenciationdes cellules epidermiques des petales. Generalement, Ie taux de reversion

TABL EAU III

CARACTERISTIQUES DES S Y S T E M ES IN STABLES CHEZ LE P ETU NI A

Nurnero T raitement rnutagene Mut a tion induite V aria t io n s p r odu it esd ' origine dumutant Agent D o se Stade Evenement Phenotype T ypes de variat i o n s d

m utagene ap p li q uee traite genetique b anthocyanique c

G4-1 71- B R ay ons 'Y 1 kR Zygote au A ~a l Irr terrnediaire Gammes de phenotypesstade GI stables Ii differents

niveaux d 'intensiteanthocvanloue

1473 -E NGa 0 .2 g Zygote au A ~ a 14 Equivalent au Retour au phenotypep ar litre st ad e GI recessif aa dominant o u Ii un phenotype

recessif stableE-1246-e Hv dr aztne 4g Zygote au A _ a 16 Equivalent au Retour au phenotype

par litre stade G z recessif aa d o m in a n tN 137-a Rayon s 'Y 0 .5kR Zygote au R ~ r 3 E q u ival en t au G amme d e phen o t y p es

stade GZ reces sif rr stable s Intermedtaires entreIe flheno t ype rec essif et Iephenotype dominant.

4C-38B Rayons 'Y 20 k R P ollen mar R. - r 3 8 Irrterrnedtaire Retour au phenotype dominant,rarement au phenotype recessif

Taux m oyen c ellulaired e reversion e

2 .5 X 10- 4

5.0 X 10-4

3 .0 X 10 - 4

2.0 X 10- 3

a N G, N-met hy l-N' -nitro-N-nitrosogu a ni dine.b Evenernent app arent interprete comme la mutation de l 'all iHe domina nt e n u n n ouvel al le le " instab le". En ge nerali sant, c e t t e muta tion peut s ' ecrir e A - aX

o u R -10 rX •

C Colora t ion de fond , app reciee vis uellement sur les fleurs d es h etero zy gotes a X [a o u r X /r.

d Co lo ration des secteurs st able s a p paraissa n t su r les fleurs d es h e t c r ozv go tes a X[a 0 ;" rX l r , Cette coloratio n est mesurable p a r chro rn a t ograp b ie l orsque cessecte urs atteignen t au m o ins la t aille d 'un p e tale .

e Taux m o y en de re version (vers I'allel e d ominant) par ce llu le h e t er ozy gote (a x [a ou r X [ r ) , Pour Ie mode de calcu l, d. Ma t eriel et methodes. Etant d onne sava riab iltte d 'un cycl e c ellula ire Ii I ' a utre, ce taux m o yen ne donne qu 'un o r d re de gr andeu r.

S? 6X

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243

Cycles cellulaires

Fig. 2. Exernples de profils de frequence de reversion dans les petales pour les svstemes instables au locusA. Les cycles cellulaires indiques en abscisse sont ceux qui precedent la differenciation des cellules epider­miques des petales. Les tests dhomogeneite (X2 ) entre les taux successifs de reversion sont significatifs(P = 0.01) dans les trois cas. (e- - - - . -e) a l 4 la; (6--_6) alia; (X, .... 'X) a l 6 /a.

45

35

//

40

..5!xc:.; 30

a;...~Q) 25..,~'iii] 20

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Cycles cellula iresFig. 3. Exemples de profils de frequences de reversion dans les petales pour les svstemes instables au locusR. Les cycles cellulaires mdtques en abscisse sont ceux qui precedent la differenciation des cellules epider­miques des petales. Les tests d 'homogeneite (x2 ) entre les taux successifs de reversions sont significatifs(P = 0.01) dans les deux cas. (_e) r3 8 /r; (X, .... 'X) r3/r.

TABLEAU IV

ANALYSE DES DESCENDANCES DES MUTANTS INSTABLES AU LOCUS A

aX, terme general qui designe tout allele instable au locus A; an, terme general qui designe tout allele stable issu d'un alliHe instable au locus A o

TABLEAU V

ANALYSE DES DESCENDANCES DES MUTANTS INSTABLES AU LOCUS R

r X , terme general qui designe tout allele instable au locus R; rn, terme general qui designe tout allele stable issu d'un allele instable au locus R,---------------

aR arx arn Arx

Stables Inst. Stables Inst. Stables Inst. Stables----------

Mutant 4C 38B = ar38/Ar 783 0 0 694 74 0 0

Mutant N 137a; ar3/Ar 79 0 0 80 1 0 0

Testcrosses(arx/Ar) X ar

Phenotypes des descendants

Inst.

oo

Total

1551160

Test X2 pour lasegregation A : a ; 1 1Degre de Iiberte ; 1Probabiltte P ; 0.05

x2 ; 0.13 NoS.X2; 0.01 N.S.

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decro it lors des deux derniers cycles cellulaires, quels que soient les systemesenvisages. On note, dans l'ensemble des cas, des taux qui sont, pour le demiercycle, de l'ordre de 10-4 a3 x10-4

, et qui ne sont pas tres differents des taux demutations spontanees observes anterieurement au locus A et au locus R [6]. Lestaux maxima apparaissent tres souvent dans une periode qu'on peut situeravant les trois derniers cycles cellulaires. Le profil de frequence du systeme ,-38(Fig. 3) est particulierement caracterise par un maximum (pour les cycles cellu­laires 7, 6 et 5) de l'ordre de 4 X 10-3 a5 X10- 3

, done environ 20 fois superieurau taux observe lors du dernier cycle.

Transmissibilite des systemes instablesLes resultats des testcrosses par la lignee double recessive DL-a5 sont resumes

aux Tableaux IV et V. De l'analyse de la repartition des phenotypes dans lesdescendances, on peut tirer les conclusions suivantes.

(1) L'instabilite est transmise aune partie des descendants.(2) L'etat instable est lie ala presence de l'allele specifique aX ou rX, normale­

ment transmis avec le gene recessif voisin r ou a. Les taux de recombinaisonmeiotique observes (d. Tableau IV: phenotypes instables en presence de R)sont du meme ordre que ceux obtenus generalement entre A et R.

(3) On note la presence dans presque toutes les descendances, de phenotypesstables dont les niveaux anthocyaniques du type "dominant" ou intermediaire,correspondent a ceux observes dans les secteurs variants des plantes meres.Dans les systemes a", ces types stables sont toujours lies a r (Tableau IV: phe­notypes anr); dans les systemes rX, ils sont lies al'allele a (Tableau V: phenoty­pes a~). On peut done considerer que dans le premier groupe, des alleles detypes an sont issues de l'allele instable aX et que dans Ie second groupe, des alle­les fl sont issus de I'allele instable r", L'analyse statistiques des segregationspour le couple d'alleles voisin du site dinstabilite (Tableaux IV et V), confirmecette interpretation. On peut done en deduire que les variations produites parles systemes instables sont dues a un evenement au locus A (forrnule aX -+ an)

ou au locus R (formula rX-> r"), evenement qui peut avoir lieu aussi bien dans

les tissus somatiques que dans les tissus sporogenes,(4) Le phenotype anthocyanique propre aux alleles mutes, specialement

reconnaissable dans le cas de alleles a 1 et r 3 8, n'est jamais dissocie de I'etat insta­

ble, meme dans les recombinants de type aXR.(5) Dans tous les cas le phenotype est determine par la presence de I'allele

instable, ou de l'allele stable qui en est issu. Ces alleles aX au an, r" ou r" sontdone dominants par rapport aleurs alleles respectifs a et r.

Discussion et conclusions

Les systemes instables analyses presentent chacun des caracteristiques parti­culieres telles qu'on peut les distinguer facilement les uns des autres, soit parleur phenotype de base, soit par les types de variations praduites ou leurs fre­quences. L'isolement somatique ou sexue des genotypes variants, l'etude deleur heredite et l'analyse quantitative de leurs capacites de synthese anthocyani­que (specialement celles des series alleliques produites par les systernes a1 et r3

)

confirmeront probablement l'originalite de chaque systeme.

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Cependant, ils presentent aussi des caracteristiques communes qu'on peutresumer de la maniere suivante.

(1) L'instabilite apparaft en meme temps que la mutation induite au locus Aet au locus R; elle est transmissible aux generations ulterieures, mais unique­ment aux individus porteurs de I'allele instable (aX ou r" pour le Petunia). Lephenotype des descendants porteurs de I'allele recessif a ou r n'est apparem­ment pas modifie (Tableaux IV et V); les alleles instables du Petunia ne sem­blent done pas avoir d'effet paramutagene comparable, par exemple, it celui del'allele Rst du mais [2].

(2) Les variations, issues de l'etat instable, semblent se produire it n'importequel moment du developpement de la plante, et ne sont pas localisees aun seultype de tissu: on rencontre, par exemple, des secteurs variants etendus atou­tes les fleurs d'un rameau et l'on peut, dans ce cas, localiser leur origine dans lemeristeme apical ou meme dans le cours du developpement embryonnaire. Dememe, dans les petales, on observe des secteurs de toute taille (Fig. la et c).Des variations nees dans les tissus sporogenes sont aussi transmises par les game­tes. II semble done que les evenements genetiques conduisant it la variationpuissent avoir lieu dans des tissus ou il n'y a normalement pas de synthaseanthocyanique. Par consequent, on peut supposer que ces evenements nedependant pas de la regulation de la fonction anthocyanique de l'allele instable.

(3) Dans tous les profils de frequence obtenus (Figs. 2 et 3), on observe desdifferences significatives entre les taux de reversion mesures pour chaque cyclecellulaire. On peut difficilement relier cette fluctuation dans les taux de rever­sion a l'influence de facteurs exterieurs, puisque les observations sont faites itpartir de plantes cultivees en conditions controlees constantes (temperature de20°C, eclairement de 16 h par jour). Des phenomenes de meme ordre ant etedecrits a propos d 'un mutant chlorophyllien de tabac [4]; dans ce cas precis,l'auteur fait appel it des changements d'etat physiologique de la plante. Dans unautre cas d'instabilite interessant la pigmentation florale, toujours chez Ie tabac[18], Sand observe des changements dans les niveaux d'instabilite suivant laposition des fleurs dans !'inflorescence. II semble que dans les cas d'instabiliteetudies chez le Petunia, on ne puisse evoquer des changements d'etat physiolo­gique general ou des stades ontogeniques differents, puisque ces fluctuationsont lieu a l'interieur de la meme fleur. Le fait que les taux de reversion decrois­sent assez regulierernent lors des derniers cycles cellulaires peut suggerer uneinfluence des phenomenes de differenciation des cellules epidermiques des peta­les sur les mecanismes responsables de l'instabilite.

(4) La variation produite est due it un evenement genetique qui concerne Ielocus de l'allele instable. Cet evenement conduit it la naissance d 'un nouvelallele, generalement stable. Ce nouvel allele peut avoir une activite comparableit celIe de I'allele dominant original, mais il peut avoir aussi une activite diffe­rente de celles des alleles connus jusqu'ici au merne locus. Cet evenement geneti­que est, dans tous les cas etudies ici, en tant qu'evenement soudain et heredi­taire, assimilable aune mutation [8,9,11,12,17].

Les systemes instables du Petunia presentent beaucoup d 'analogie avec ceuxqui ont ete decrits au locus Pal d'Antirrhinum majus [8]. Chez les deux especes,la presence d'un allele specifique, dit instable, est indispensable a l'expressionde 1'instabilite, Cet allele possede apparemment deux proprietes: (1) i1 a une

247

capacite de synthese anthocyanique differente de celle du gene sauvage, (2) ilest capable de varier Irequemment vers une autre forme allelique. Cependantsi la presence de cet allele est necessaire, dans les cas etudies chez le Petunia, iln'est pas possible d'affirmer qu'elle est suffisante pour provoquer un etat insta­ble. Harrison et Fincham [12J ont montre l'existence d'un gene ("stabilizer")modifiant la frequence de variation. Des donnees recentes acquises chez lePetunia permettent de penser que des facteurs "modificateurs" de ce type peu­vent intervenir dans Ie declenchement du mecanisme genetique responsable deI'apparition des variations.

Remerciements

L 'auteur remercie tout particulierernent les Drs. M.A. Dalebroux, Fonction­naire Scientifique de la C.C.E., et H.L. Dulieu, Maitre de Recherche auC.N.R.S., pour leurs critiques et suggestions, et Mr. A. Pelletier pour sa pre­cieuse aide technique.

Resume

Cinq systemes instables affectant la production d'anthocyanes dans les fleursde Petunia ont ete obtenus apres traitements mutagenes. L'instabilite, caracteri­see par la presence de secteurs variants sur les petales, est liee ala presence aulocus A ou au locus R d'un allele specifique dit instable, issu par mutation dugene A ou du gene R (A -+ aX ou R -+ 1""). Les variations somatiques produitesresultent devenements genetiques frequents qui concernent le locus de I'alleleinstable et qui conduisent 11 l'obtention d'un nouvel allele (aX -+ an ou rX

-+~);

ce phenomena s'accompagne generalement d'une perte de l'instabilite et semblepouvoir se produire dans tous les tissus de la plante.

Chacun des systemes instables peut etre caracterise par: (1) l'aptitude deI'allele specifique aX ou r" 11 synthetiser des anthocyanes dans des proportionsdeterminees; (2) les types de variations produites, dont le phenotype depend dufonctionnement des alleles an ou ~; (3) le profil de frequence qui permet decomparer les taux cellulaires de reversion au cours des cycles cellulaires interve­nant dans la morphogenese des petales,

L'instabilite est transmissible aux generations ulterieures; la presence de l'al­lele specifique instable est indispensable 11 son expression. Les variations pro­duites par l'etat instable sont hereditaires et transmises par multiplication vege­tative ou par reproduction sexuee. Les alleles an et ~ sont dominants par rap­port 11 a et r, alleles recessifs natureIs respectivement de A et R; de plus, ils ontsouvent des capacites de synthese anthocyanique differentes de celles des genesA etR.

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