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Les Protoplastes
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13-Introduction de matériel génétique

Lorsqu'on provoque la fusion de protoplastes d'origines différentes, la première étape est la fusion des membranes plasmiques et par voie de conséquence, des cytoplasmes. Dans le cas recherché pour l'hybridation somatique,on obtient une cellule hybride contenant à la fois les gènes nucléaires et les organites cytoplasmiques des deux partenaires. Pour que le résultat soit cncluant, il faut que les noyaux fusionnent et que le noyau hybride (contenant les chromosomes des deux partenaires) de divise et que ceci soit conservé au cours de la formation d'un cal puis d'une plante. Ce cas est assez rare et n'a pas donné de résultats très généraux.
Bien souvent, un des noyau est éliminé mais les constituants cytoplasmiques des deux partenaires sont conservés. La plante régénérée appelée "cybride" sera conforme sur le plan nucléaire à l'un des deux "parents" mais elle contiendra les organites cytoplasmiques des deux "parents". Ceci pouvait parraître à priori un résultat médiocre mais en fait, on sait que mitochondries et chloroplastes possèdent des gènes intéressants.
En effet, au cours de l'hybridation par la reproduction sexuée d'une plante Angiosperme, le gamète mâle véhiculé par le pollen n'apporte que son génome nucléaire alors que le gamète femelle apporte à la fois son génome nucléaire et les génomes mitochondriaux et chloroplastique. On parle alors d'hérédité maternelle. C'est le cas très général aussi bien chez les plantes que chez les animaux, espèce humaine comprise.
De nombreuses résistances d'origine chloroplastique ou mitochondriale, sont difficilement transférables par la voie sexuée. Ainsi, l'hybridation somatique a permis de transférer des résistances d'une espèce sauvage à une espèce cultivée.

hybrides et cybrides
Fusion de protoplastes de deux espèces A et B.
La division indépendante des deux noyaux peut aboutir à une plante "chimère".
La fusion nucléaire complète produit un hybride somatique (AB).
L'élimination d'un noyau permet l'obtention d'un cybride contenant un noyau A ou B et les mitochonries et chloroplastes A et B.

La production de cybrides peut être obtenue par la fusion de protoplastes mais aussi plus directement par l'introduction de chloroplastes.

L'introduction de modifications génétiques dans le patrimoine d'une plante (fabrication d'OGM) a été réalisée par l'utilisation de plasmides modifiés de certaines bactéries comme Agrobacterium tumefaciens. Cette bactérie est responsable du Crown-gall, une tumeur cancéreuse qui se développe au niveau des blessures chez certaines plantes. C'est un plasmide de cette bactérie qui entre dans les cellules de la plante, s'intègrent à son génome et provoque la cancérisation. On peut modifier ce plasmide en enlevant les gènes responsables de la cancérisation et en ajoutant des gènes intéressants. L'infection sera alors sans danger mais permettra le trnsfert des gènes choisis. Cette méthode a permis de crééer de nombreux OGM.

La première étape est l'identification d'un caractère que l'on veut introduire dans la plante, comme par exemple des caractères de qualité nutritionnelle, la résistance à certains insectes, à certaines maladies, à des herbicides, etc. puis d'isoler le gène correspondant. Ce gène sélectionné peut provenir de tout organisme vivant, plante, animal ou bactérie puisque le code génétique est universel. Il doit ensuite être isolé de l'organisme donneur. Il est intégré dans une construction génétique associant souvent un gène marqueur. Ce gène marqueur permet de sélectionner les cellules qui ont intégré le gène intéressant. La construction est ensuite multipliée afin de disposer d'une quantité suffisante d'ADN pour son introduction dans les cellules végétales que l'on veut transformer.

Cependant, toutes les plantes ne sont pas sensibles à l'Agrobacterium. Dans ce cas, c'est en utilisant des protoplastes que l'on a pu transférer des gènes étrangers.
Il est possible de transférer des gènes par l'utilisation d'un canon à particules qui projette dans les cellules des microparticules enrobées d'ADN soit en fragilisant la membrane du protoplaste chimiquement ou par l'utilisation d'un champ électrique.

Les techniques appliquées aux protoplastes végétaux sont applicables uniquement aux les espèces dont on maîtrise la mise en culture et la régénération des plantes à partir des protoplastes.

C'est grâce à ces techniques sur la transformation des protoplastes que des céréales de grande culture, monocotylédones, insensibles à Agrobacterium, telles que le riz, le maïs ou l'orge ont été transformées pour la première fois. Effectivement, ces plantes étaient  réputées insensibles à Agrobacterium.


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