cour 1 de multiplication in vitro
TRANSCRIPT
Multiplication in vitro des planes
Introduction
La multiplication végétative est le moyen de reproduire un être vivant
sans passer par la voie sexuée (graine). Certaines plantes se
reproduisent naturellement par multiplication végétative grâce à une
série de mécanismes adaptatifs (stolons, tubercules, ...). Pour d'autres
espèces, l'homme a développé depuis des siècles, des techniques de
multiplication végétative telles que le bouturage, le marcottage ou le
greffage. Ces pratiques, aujourd'hui largement utilisées en horticulture
et arboriculture, ne peuvent toutefois être appliquées avec la même
efficacité à toutes les espèces végétales.
Par contre, il est aujourd’hui possible de pratiquer la reproduction
végétative en conditions artificielles pour un nombre sans cesse
croissant d'espèces à travers la culture in vitro.
Le concept de multiplication in vitro des plantes comprend un
ensemble de technologies (micropropagation , embryogenèse
somatique, germination in vitro,….) qui permettent de reproduire un
individu donné à partir d'un fragment plus ou moins grand de ce
végétal placé en condition d'asepsie sur un milieu nutritif synthétique.
DEFINITION
Les cultures in vitro végétales sont des cultures d' explants
de plantes, sur un milieu synthétique, dans des conditions
stériles, dans un environnement contrôlé et dans un espace
réduit.
HISTORIQUE des CULTURES IN VITRO
1902, G.HABERLANDT un autrichien, énonce le concept de la totipotence
cellulaire végétale. Il réussit à faire survivre in vitro, quelques mois, mais sans
multiplication, de petits amas cellulaires.
1922 Aux Etats-Unis, W.J. ROBBINS et en Allemagne : W. KOTTE,
obtiennent la croissance de pointes de racines pendant quelques mois seulement.
1926 E. KUROSAWA découvre l'action de la gibbérelline sur la croissance,
c'est la première fois qu'une substance hormonale est extraite d'une plante.
1934 P.R. WHITE (U.S.A.) réussit une culture de racines de tomates.
1935 Le Professeur R.J. GAUTHERET, en France, cultive et multiplie des
cellules cambiales de saule en introduisant des auxines dans le milieu.
1939 R.J. GAUTHERET réussit des cultures indéfinies de tissus végétaux
normaux de carotte. Aujourd'hui la souche est toujours entretenue et les cellules
continuent à proliférer.
1954 W.H. MUIR et col. obtiennent les premières cultures de cellules isolées à partir de cals friables cultivés en milieu liquide agité. 1955 C.O. MILLER et col. découvrent que les cytokinines induisent des divisions cellulaires dans des cultures de tissus de tabac. 1957 F. SKOOG et C. MILLER régénèrent des racines et des tiges à partir de cals sous influence d'auxine et de cytokinine. 1962 T. MURASHIGE et F. SKOOG mettent au point pour des cultures de tissus de tabac le fameux milieu de culture M.S. utilisé largement en culture in vitro . Il s'agit d'un milieu contenant des éléments minéraux, des vitamines du groupe B, du sucre, auxine et cytokinine.
Totipotence chez le végétal
La totipotence implique des processus
de dédifférenciation et différenciation
Une cellule différenciée:
► perte de la capacité mitotique
► maturation des organites
► augmentation de volume
la totipotence peut se définir comme la propriété qu’ont certaines
cellules de pouvoir régénérer un individu lorsqu’elles sont placées dans
des conditions appropriées, en passant éventuellement par une étape de
dédifférenciation
Les cellules végétales, prélevées sur un organe quelconque d'une plante, possèdent la
capacité de régénérer un individu complet identique à la plante mère.
Conditions de dédifférenciation:
► rompre les corrélations physiques et
physiologiques avec les cellules voisines
► culture en milieu artificiel
► addition d’activateurs de croissance
dédifférenciation
différenciation
La dédifférenciation cellulaire : on voit les grandes cellules différenciées
(dans les feuilles, tiges, pétales,...) perdre leurs vacuoles, leur noyau se
diviser activement, et de nombreuses et très petites cellules
méristèmatiques apparaître. Une cellule dédifférenciée peut alors
évoluer dans toutes sortes de directions.
Exemple : microbouturage du Saint Paulia
2 mois plus
tard
Meristème
Apex caulinaire
Culture de
méristème
Enracinement Plantules
Tige feuillée
Principales méthodes de micropropagation
Explants divers (racines, tige,
feuilles…)
Morphogenèse
directe
Caulogenèse
directe
Embryogenèse
somatique
directe
Semences
artificielles
Morphogenèse
indirecte Callogenèse
ca
l
Suspensions
cellulaires
Caulogenèse
indirecte
Embryogenès
e somatique
indirecte
Nœud
Les méristèmes :
•un réservoir de cellules totipotentes
Les autres types cellulaires :
• une totipotence plus ou moins facile à exprimer
•Utilisation de substances de croissance exogènes
•Régénération directe
•Régénération en passant par un stade de cal Variabilité
interspécifique
Des cellules plus ou moins totipotentes
Limites de la totipotence :
impossibilité technique
Différentiation irréversible : xylème (!)
En fonction de la méthode de préparation des protoplastes,
récalcitrance à la régénération
Pour beaucoup d’espèces d’intérêt agronomique, les
protoplastes ne sont pas totipotents (récalcitrants) ex : Vitis
vinifera
Variation somaclonale
Les plantes régénérées présentent souvent des problèmes
Perte de caractères chimériques
Aneuploïdies , délétions chromosomiques
Modification du caractère juvénile
Impact sur la fertilité
Pourquoi les cellules végétales sont totipotentes : Arguments classiques
Petit nombre de types cellulaires
Seulement 3 ou 4 types d’organes fondamentaux
(racine, tige, feuilles) dont les fleurs, vrilles, épines,
fruits et tubercules sont des dérivés
Grande plasticité génomique
la croissance peut rester presque normale malgré
de profonds remaniements chromosomiques
Etapes liées à la totipotence
Etape 1 :
Cellules différentiées : dédifférenciation nécessaire
Cellules souches méristématiques
Etape 2 : mise en route de l’activité mitotique utilisation
de substances de croissance
Etape 3 : autonomie de la croissance tissulaire vis-à-vis
des substances de croissance exogènes
Enjeux scientifiques actuels:
Comprendre les mécanismes de dédifférenciation
Comprendre la nature des cellules souches
Comprendre les mécanismes de dédifférenciation
Comprendre la nature des cellules souches
Notion de cellule souche en biologie végétale
Notion de niche de cellule souche en biologie
végétale
Signification de la totipotence
F. Hallé : la totipotence est une spécificité des
organismes autotrophes fixés
On retrouve la totipotence des cellules chez les coraux
quels sont les autres points communs coraux / plantes ?
Croissance indéfinie
Zones méristématiques
Morphologie type « fractales »
Autotrophie, faible flux énergétique
Vie fixée
Durée de vie potentiellement illimitée
Squelette de nature excrémentielle
Autotrophie :
Faible flux
énergétique
Deux contraintes :
•maximisation de la surface
dans l’espace
•croissance verticale
Lutte contre la
croissance
homothétique
Développement indéfini
à partir des méristèmes
Totipotence des
cellules
méristématiques
Développement
en axes
ramifiés
Fonctions biologiques de la totipotence
•Architecture adaptée à l’autotrophie
•Réactivité du développement dans un contexte
de vie fixée
•Multiplication végétative