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L'Homme créateur de nouvelles plantes

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Objectifs

Comprendre l’intérêt des lignées pures en agronomie.
Comprendre les contraintes liées à l’utilisation des lignées hybrides.
Comprendre le principe de la transgénèse végétale.
Comprendre l’intérêt de la transgénèse végétale.
Définir la notion d’OGM.

Points clés

Les paysans ont toujours cherché à modifier les plantes cultivées, grâce à des croisements entre variétés présentant des caractères à intérêt : plus résistants, produisant plus de matière, etc.
Depuis le milieu du 20^e siècle, on peut également améliorer les variétés végétales grâce à des manipulations génétiques. Le but est de créer des plantes ayant un intérêt remarquable d'un point de vue agro-alimentaire.
La sélection génétique des espèces végétales va permettre à l'Homme de créer de nouvelles plantes qui n'existeraient pas naturellement, en utilisant des techniques lui permettant de s’affranchir du temps nécessaire au cycle de vie de la plante.
L'Homme influe donc de cette manière sur la biodiversité spécifique végétale.

Pour bien comprendre

Maîtriser les notions de génétique (gène, allèles, croisement test, etc.).
Maîtriser les notions de biologie moléculaire (séquençage, clonage, enzymes de restriction, etc.).
Savoir construire une matrice de croisement.

On cherche à savoir comment obtenir de nouvelles variétés de plantes qui n'existent pas dans la nature.

1. La sélection génétique des espèces par croisement

Le but est d'obtenir une vigueur hybride : des races pures aux performances remarquables.

a. Principes de la sélection génétique

Les variétés végétales diffèrent par de nombreux caractères. Chaque caractère est déterminé par un gène et chaque gène peut exister sous plusieurs versions appelées : allèles.

Plusieurs combinaisons sont possibles, pour deux allèles considérés :

lorsque les deux allèles du gène sont identiques : l’individu est dit « homozygote » pour ce gène ;
lorsque les deux allèles sont différents : l’individu est dit « hétérozygote » pour ce gène.

Dans le cas des hétérozygotes, si un seul allèle s’exprime, on dit que cet allèle est dominant, l’autre, celui qui ne s’exprime pas, est dit récessif.
Si les deux allèles s’expriment, ils sont codominants.

Pour faire de la sélection génétique par croisement, il faut que le caractère désiré soit de préférence dominant et que l'individu utilisé pour le croisement soit de lignée pure, c'est-à-dire homozygote pour ce caractère.

b. Obtention des hybrides par croisement

Lors de la sélection génétique par croisement, on utilise des individus parents de lignée pure, qui présentent chacun un caractère d'intérêt, d'un point de vue agro-alimentaire.
On espère ainsi obtenir des descendants, appelés génération F1, des hybrides ayant hérités des caractères de chacun des deux parents ; on parle de « vigueur hybride ».
Ces hybrides n'existent pas naturellement.

Exemple des tomates
Certaines variétés sont petites (g), mais résistantes aux attaques des champignons (R) et d'autres sont grosses (G), mais sensibles aux attaques des champignons (r).

On veut obtenir une variété de tomates hybrides qui soit à la fois grosse (G) et résistante aux champignons (R).

Pour cela, on croise nos deux variétés naturelles, à conditions qu'elles soient de lignée pure et que les caractères d'intérêt soient homozygotes dominants.
On obtient une génération hybride F1 homogène, c'est à dire que 100 % des F1 présentent la vigueur hybride attendue.

Obtention d'une nouvelle variété de tomate

On obtient donc un hybride très intéressant d'un point de vue agro-alimentaire.

L'inconvénient est que ces hybrides sont des hétérozygotes, ce ne sont pas des lignées pures.
Si elles sont utilisées pour la reproduction, la probabilité d’obtenir un plant possédant les caractères est de ½ et un plant homozygote pour les allèles recherchés de 1/16.
Pour conserver ces caractères d'intérêts, l'agriculteur est donc obligé d'acheter des nouveaux plants tous les ans.
Par contre, ces manipulations ont permis de multiplier les rendements par 6 en 60 ans.Toutefois, il est nécessaire pour l’agriculteur d’avoir accès à des graines issues du croisement des lignées pures. L’obtention de ces lignées pures nécessite un grand nombre de manipulations.

2. La sélection génétique des espèces par manipulations génétiques

L'utilisation de ces techniques a révolutionné le 20^esiècle. Elles permettent d'obtenir des variétés génétiquement identiques, qui possèdent les mêmes propriétés d'intérêt à partir d'un seul individu sélectionné pour ses qualités remarquables.

Ces techniques permettent de s'affranchir de la reproduction sexuée et donc des croisements sélectifs, c'est donc un gain de temps (plus besoin d'attendre la formation des appareils reproducteurs, fécondation etc.).
De plus, cela permet le partage de caractères entre des variétés qui naturellement ne pourraient pas se croiser.

Exemple : des variétés qui seraient séparées géographiquement.

C'est une technique moderne qui permet essentiellement de modifier des plantes de cultures.
Elle consiste en un transfert d'un gène d'intérêt (végétal ou bactérien) dans le génome de l'espèce végétale que l'on va cultiver.
On obtient ainsi des OGM (Organismes Génétiquement Modifiés) produisant un nouveau caractère.

Il existe plusieurs techniques pour l’obtention d’OGM végétaux.
Dans un premier temps, les techniques de biologie moléculaire permettent d’isoler un gène d’intérêt et de le multiplier à grande échelle grâce aux plasmides, petits chromosomes bactériens nécessaires au transfert des gènes entre cellules.
Ces plasmides peuvent ensuite être transférés aux cellules végétales grâce à une bactérie (agrobactérie) ou être mécaniquement injectés dans la cellule végétale grâce à des billes d’or.
Une fois injectés, les gènes portés par le plasmide vont s’exprimer dans la cellule : le gène d’intérêt et un gène de résistance à un antibiotique permettant de sélectionner en culture les cellules ayant intégré le plasmide.
Les cellules végétales ont la propriété de pouvoir régénérer un plant entier si elles sont cultivées en présence d’une balance bien dosée d’hormones végétales (auxine/cytokinine). À l’issue du développement, toutes les cellules du plant possèdent le gène d’intérêt. Il pourra donc être transmis à 100% de la descendance dès le premier cycle de reproduction.

Exemple du maïs
On voudrait créer une variété de maïs pouvant lutter naturellement contre les insectes, pour éviter l'ajout manuel de pesticides, couteux et polluant.
Pour cela, on a récupéré le gène permettant la synthèse d'une protéine pesticide chez une bactérie, puis on l'a inséré par transgenèse dans le génome d'une variété de maïs.
On a ainsi pu créer une nouvelle variété de maïs produisant ses propres pesticides.

Obtention d'un Maïs OGM par transgenèse

On pourrait également produire des plantes moins couteuses en eau ou encore avec des qualités alimentaires remarquables.

Exemple : du riz produisant du bêta-carotène, précurseur de la vitamine A.

En revanche, nous n'avons pas encore assez de recul sur ces manipulations génétiques pour affirmer ou non si elles ont un impact sur la santé humaine. Donc, même si les potentialités sont infinies et permettraient de grandes avancées en matière d'agriculture, il faut rester prudent sur leur utilisation.