Amélioration des plantes à multiplication végétative Introduction – Biologie de la reproduction – Cas de l’apomixie Schémas de sélection INTRODUCTION SCHEMAS SELECTION

Amélioration des plantes à multiplication végétative INTRODUCTIONSCHEMAS SELECTION Plantes ornementales : tulipe, chrysanthème, dahlia, weigela, forsythia,iris, glaïeul,… Espèces potagères : artichaut, pomme de terre, fraisier, manioc… Portes-greffes : de Prunus, de vigne… Espèces industrielles : vigne, hévéa, peuplier, merisier, cacaoyer, canne à sucre…. Espèces fruitières : abricotier, bananier, pêcher, prunier, pommier, poirier, noisetier, figuier, olivier Quelques plantes à multiplication végétative

Amélioration des plantes à multiplication végétative INTRODUCTIONSCHEMAS SELECTION La reproduction végétative est une multiplication perpétuelle, par série de mitoses suivie de fragmentations individualisant des organes de multiplication. Elle conserve l’intégrité génétique de la plante ( différence avec méiose sauf dans le cas des lignées pures)

Amélioration des plantes à multiplication végétative INTRODUCTIONSCHEMAS SELECTION 9-Protogyny 9-Protogyny 9-Protogyny 9-Protogyny Multiplication végétative les plantes peuvent former des stolons, rhizomes, tubercules, cormes, bulbes,… Ce sont des exemples de reproduction asexuée. Bouturage : artichaut (œilleton),bananier (Rejet), caféier, cassissier, forsythia, fraisier (stolon), hortensia, luzerne, merisier (drageon), noisetier (drageon, marcottage), peuplier (drageon), pin maritime, pomme de terre (tubercule), tulipe (bulbe), weigela Greffe : abricotier, hévéa, pêcher, poirier, pommier, amandier, prunier Division de touffe : dactyle, fétuque, ray-grass, trèfle violet Culture in vitro : artichaut, bananier, caféier, cassissier, endive, chicorée industrielle, chou, fraisier, hévéa, noisetier, pomme de terre

Amélioration des plantes à multiplication végétative INTRODUCTIONSCHEMAS SELECTION 9-Protogyny 9-Protogyny 9-Protogyny 9-Protogyny Viviparité (oignon sauvage)— Les fleurs sont remplacées par des petites plantes qui se détachent et forment une nouvelle plante.

Amélioration des plantes à multiplication végétative INTRODUCTIONSCHEMAS SELECTION 9-Protogyny 9-Protogyny 9-Protogyny 9-Protogyny Apomixie — agamospermie C’est la production de graines en absence de méioses et de fécondations. L’embryon produit est génétiquement identique à la mère.

Amélioration des plantes à multiplication végétative INTRODUCTIONSCHEMAS SELECTION DiplosporieAposporie Embryons adventifs APOMIXIE Apomixie sporophytique Apomixie gamétophytique 3- Embryons adventifs. En plus d’une fécondation normale des cellules somatiques se développent en embryon 1 – diplosporie : pas de réduction chromosomique dans l’oosphère (mitose ou méiose restitutionnelle). 2 – aposporie : l’oosphère dégénère et c’est une cellule du sac embryonnaire (2n) qui se développe en embryon PARTHENOGENESE Pas de fécondation Cas de l’apomixie autonome : l’albumen se développe sans fécondations (rare Asteracées). Pseudogamie : nécessité d’une pollinisation et d’une fécondation pour le développement de l’albumen

Amélioration des plantes à multiplication végétative INTRODUCTIONSCHEMAS SELECTION Nombreuses tentatives pour réaliser des plantes apomictiques par sélection classique et transgenèse 1.Cas des plantes à multiplication sexuée. 1.N’importe quel génotype hétérozygote peut devenir une variété 2.Fixation de la vigueur hybride y compris chez les espèces où le contrôle de la fécondation croisée est imparfaite. 3.Fixation des ressources génétiques. 4.Si plusieurs constructions transgéniques, pas de risques de perte d’un construits par ségrégation en méiose. 2.Cas des plantes à multiplication végétative 1.Production de vraies graines (petite et bonne conservation) chez les plantes à multiplication végétative non-apomictique ou multipliée in vitro. 2.Passage par graine = élimination des problèmes de virus Intérêts de l’apomixie en amélioration des plantes Introduire l’apomixie dans le riz : économie de 2.5 milliards de dollard par an (Mc Meniman et al., 1997) Belllagio Apomixis declaration Pas de blocage IP pour le développement de l’apomixie pour les pays du tiers-monde

Amélioration des plantes à multiplication végétative INTRODUCTIONSCHEMAS SELECTION SELECTION CLASSIQUE L’apomixie existe chez 400 espèces mais malheureusement assez peu chez les plantes d’intérêt agronomique Les citrus, les manguiers, le pâturin des prés, le framboisier et les mangoustans,… L’apomixie existe quelquefois dans des espèces voisines aux espèces cultivées : essais d’introduction par croisement interspécifique. Cas du maïs (Tripsacum), du blé, du manioc,….

Amélioration des plantes à multiplication végétative INTRODUCTIONSCHEMAS SELECTION Poa pratensis = pâturin des près = Kentucky blue grass Herbe vivace, vert foncé, dressée, ténue, à longs rhizomes traçants formant un gazon épais - Pâturages, prés, pelouses, bords des chemins, préfère les bons sols modérément humides. Seul cas de création d’une variété apomictique par sélection classique SELECTION CLASSIQUE

Amélioration des plantes à multiplication végétative INTRODUCTIONSCHEMAS SELECTION Warren’s A-25 x Blacksburg Vigueur Couleur vert moyen Bonne capacité en pelouse Résistance à Drechslera poae et Ustilago striiformis Apomictique Vert foncé compact 1979 X X X X X 1980, identification des hybrides prometteurs 1980, test des descendants des hybrides en valeur pelouse Premier pied de blackstone Autres tests (production de graine + valeur en pelouse) en 1984,1991, 1992 Inscription 2002 Multiplication Tests officiels Blackstone – apomictique 95% – vert foncé – résistance maladie -pelouse Rose-Fricker et al., 2002 SELECTION CLASSIQUE

Amélioration des plantes à multiplication végétative INTRODUCTIONSCHEMAS SELECTION TRANSGENESE SUPPRIMER LA MEIOSE INDUCTION DU DEVELOPPEMENT DES CELLULES DU SAC EMBRYONNAIRE EN EMBRYON DEVELOPPEMENT AUTONOME DE L’ALBUMEN

Amélioration des plantes à multiplication végétative INTRODUCTIONSCHEMAS SELECTION Les risques potentiels des plantes transgéniques apomictiques Si mâle fertile possibilité de transmission aux espèces sauvages Un gène d’apomixie dans les espèces sauvages : formation de clones et diminution des recombinaisons. Grand risque de perte de biodiversité. 1.Ne pas faire des plantes apomictiques dans des espèces qui peuvent se croiser avec des plantes voisines indigènes. 2.Création de plante apomictique mâle stérile Solutions : Pb : impossibilité d’introduire le caractère par croisement TRANSGENESE

Amélioration des plantes à multiplication végétative INTRODUCTIONSCHEMAS SELECTION Les variétés cultivées sont presques toujours des clones Une variété clone est un ensemble de plantes génétiquement identiques, issues d’une même plante mère par une succession de cycles de reproduction végétative.

Amélioration des plantes à multiplication végétative INTRODUCTIONGERMPLASMSCHEMAS SELECTION AVANTAGES Variétés parfaitement homogènes et stables (plantes hétérozygotes) Variétés facilement reproduites (pas besoin d’isolement – de plants de croisements,…) INCONVENIENTS Les organes de multiplication sont plus volumineux et se conservent moins que les graines. Le coefficient de multiplication est souvent plus faible (ex pomme de terre : 8 à 10; espèces florales à bulbes 4 à 10). Conséquence 1 : une partie importante de la production est gardée pour la multiplication. Conséquence 2 : les délais entre la création de la variété et son commerce effectif peut être long (8 à 15 ans). Dégénérescence possible par mutation Dégénérescence à cause de maladies à virus

Amélioration des plantes à multiplication végétative INTRODUCTIONGERMPLASMSCHEMAS SELECTION Autres cas : le merisier Variété de population (noyaux issus des confiturerie et distilleries) Peuplement de portes-graines sélectionnés (graines récoltées sur les meilleurs peuplements forestiers d’une région) Verger à graines de clones non testés (les graines sont récoltées sur un peuplement de clones) Vergers à graines de clones testés (équivalent d’une variété synthétiques de clones) les valeurs individuelles et en croisement (polycross) des clones sont testées. Variétés clones utilisées en mélange. Commercialisation d’un mélange de 5 variétés clonales. INTRODUCTION MULTIPLICATION VEGETATIVE

Amélioration des plantes à multiplication végétative INTRODUCTIONSCHEMAS SELECTION A X B A X A A Mutagenèse Parfois difficile Voir impossible Comme les clones sont très hétérozygotes le simple passage par la méiose créé une grande diversité Sélection des meilleurs clones – multiplication et poursuite des tests

Amélioration des plantes à multiplication végétative INTRODUCTIONSCHEMAS SELECTION Exemple d’un programme de sélection de pomme de terre