Haploïdes doublés : les méthodes d’induction in vitro
Les méthodes les plus répandues pour obtenir des plantes haploïdes doublées consistent à mettre en culture les gamètes mâles ou femelles en laboratoire. Ces techniques in vitro, appelées respectivement androgenèse in vitro pour les gamètes mâles et gynogenèse in vitro pour les gamètes femelles, interrompent le développement normal de ces cellules pour les réorienter vers la formation d’embryons sans avoir besoin de fécondation, ce qui permet le développement d’individus haploïdes ou haploïdes doublés.
Dans un précédent article, nous vous avions présenté les dessous de la création de plantes haploïdes doublées par diverses approches. Nous approfondirons ici sur les méthodes in vitro
L’Androgenèse
Les méthodes basées sur l’androgenèse in vitro sont les plus répandues. Elles exploitent la capacité d’un grain de pollen immature, la microspore, à réorienter son développement et à s’engager dans la voie de l’embryogenèse. Deux méthodes d’androgenèse existent.
La culture d’anthères
La culture d’anthères (sacs contenant le pollen) a été la première voie d’obtention d’haploïdes in vitro. Elle implique les étapes suivantes : la collecte de boutons floraux, l’isolement des anthères, leur culture in vitro dans un milieu gélosé ou liquide, l’isolement des embryons, la régénération des plantules et l’analyse du niveau de ploïdie de ces plantules.
La présence des parois des anthères pendant la culture peut avoir un certain impact. Elles peuvent sécréter des molécules bénéfiques ou inhibitrices pour le développement des microspores. Elles peuvent également être à l’origine de la production de cals cellulaires nécessitant de vérifier l’origine des plantes obtenues (HD issu des microspores ou clone de la mère issu des tissus de l’anthère).
La culture de microspores
La culture de microspores est une alternative plus complexe à la culture d’anthères mais qui offre certains avantages. Elle implique l’isolement des microspores et leur mise en culture dans un milieu liquide, éliminant ainsi la contribution incontrôlée des parois des anthères et la potentielle toxicité des produits de dégradation des parois. Les cultures de microspores sont généralement plus rapides que les cultures d’anthères et évitent la nécessité de vérifier systématiquement l’origine haploïde des plantes diploïdes obtenues, car seules les microspores sont mises en culture. Cependant, cette méthode présente un risque accru de contamination par rapport aux cultures d’anthères en milieu gélosé. Dans l’ensemble, la culture de microspores isolées est préférée dans les cas où des protocoles efficaces sont bien établis pour cette technique.
Embryons de colza âgés d’environ 1 mois
Quels sont les facteurs influençant la réussite d’un protocole d’androgenèse ?
La réponse à l’androgenèse varie selon les espèces. Certaines espèces, comme le colza, le piment et l’orge, montrent de bonnes réponses, tandis que d’autres, comme la tomate, ont encore besoin de protocoles d’induction efficaces. Pour une même espèce végétale, la réponse dépend fortement du génotype, indiquant une régulation génétique, bien que les gènes spécifiques impliqués restent à élucider.
Trois facteurs majeurs jouent sur la réussite de ces techniques :
- le stade de prélèvement des microspores, qui est très précis ;
- le choc inducteur de la réorientation du développement, qui peut avoir lieu avant ou après l’introduction in vitro ;
- la composition du milieu de culture in vitro, souvent spécifique à une espèce.
D’autres facteurs moins évidents à caractériser en conditionnent aussi la réussite, en particulier les conditions de culture des plantes mères.
La Gynogenèse
Le processus de mise en œuvre de la gynogenèse in vitro implique la culture d’ovules, d’ovaires ou même de fleurs immatures jusqu’à ce que le sac embryonnaire atteigne la maturité et que l’embryon gynogénique se développe.
La gynogenèse est préférée lorsque l’androgenèse est difficile à réaliser ou lorsque des obstacles majeurs se posent. Cependant, elle présente plusieurs limites, notamment une forte dépendance au génotype, une efficacité moindre par rapport à l’embryogenèse des microspores, des taux de régénération embryonnaire peu élevés et une faible duplication spontanée du génome.
Embryon haploïde d’oignon sortant de l’ovaire de la fleur cultivée in vitro
Le choix de la technique est propre à chaque espèce, selon la réactivité de l’espèce à la technique.
Ces méthodes in vitro ne sont pas les seules à permettre l’induction de plants haploïdes ou haploïdes doublés. Il existe également des méthodes d’induction in vivo réalisées notamment par le biais de croisements interspécifiques ou entre genres.
Celles-ci feront l’objet d’un prochain billet.
Sources
- Niazian, M., & Shariatpanahi, M. E. (2020). In vitro-based doubled haploid production : Recent improvements. Euphytica, 216(5), 69. https://doi.org/10.1007/s10681-020-02609-7
- Segui-Simarro, J. M. (Éd.). (2021). Doubled Haploid Technology : Volume 1 : General Topics, Alliaceae, Cereals (Vol. 2287). Springer US. https://doi.org/10.1007/978-1-0716-1315-3
Crédits Photos
- Image à la une : ©Œil de Paco
- Embryons de colza et embryon d’oignon : ©Vegenov
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