Fiche de révision : Amélioration et transgénèse végétales

📋 Plan du Cours

1. Bases de l’amélioration des plantes
2. Domestication et sélection agricole
3. Hybrides F1 et biotechnologies
4. Construction génétique du transgène
5. Transformation des cellules végétales
6. Sélection et régénération des plantes
7. Objectifs et applications de la transgénèse
8. Bilan mondial et débat sur les OGM

📅 Repères chronologiques

1. fin du 19eLa maîtrise de la reproduction sexuée des plantes permet de réaliser des croisements dirigés.
2. 25 juillet 2018La Cour européenne de justice classe les organismes issus de CRISPR parmi les OGM.
3. 24 mars 2024Le Parlement européen approuve le règlement, qui n’est pas encore approuvé par le Conseil.

📖 1. Bases de l’amélioration des plantes

🔑 Notions clés & Définitions

• Idéotype : La combinaison de caractères recherchée par le sélectionneur pour atteindre ses objectifs de sélection.

📝 Points essentiels

• L’amélioration des plantes repose sur la gestion de la biodiversité, la combinaison d’allèles différents par reproduction sexuée, puis la sélection et la multiplication des combinaisons qui réalisent les objectifs recherchés, appelées idéotypes.

💡 Astuce mémo

Biodiversité → combinaison des allèles → sélection et multiplication

📖 2. Domestication et sélection agricole

📝 Points essentiels

• L’agriculture commence il y a environ 10 000 ans avec la domestication des espèces sauvages et la sélection massale par les cultivateurs.

• La domestication modifie profondément le génome et le phénotype des plantes cultivées et produit des variétés population adaptées à un milieu donné.

💡 Astuce mémo

Domestication → sélection massale → variétés adaptées

📖 3. Hybrides F1 et biotechnologies

🔑 Notions clés & Définitions

• Hétérosis : La vigueur souvent supérieure d’un hybride F1 par rapport à ses parents.
• Plante transgénique : Une plante dont un ou plusieurs gènes ont été acquis par génie génétique et non par reproduction sexuée.

📝 Points essentiels

• Au milieu du XXe siècle, les premiers hybrides F1 de maïs sont obtenus par croisement de deux lignées élite, et leur hétérosis accroît les rendements.

📌 L’hybride F1 est homogène après le croisement de deux lignées, tandis que l’autofécondation F1 × F1 produit une génération F2 hétérogène.

💡 Astuce mémo

F1 homogène et vigoureuse, F2 hétérogène

📖 4. Construction génétique du transgène

🔑 Notions clés & Définitions

• Transgène : Le gène transféré à la plante dans une construction génétique.

★ À maîtriser

• Pour être exprimé dans une cellule végétale, un gène d’intérêt est associé à un promoteur et à un terminateur adaptés à la plante.

• Le gène d’intérêt peut provenir d’un organisme procaryote ou eucaryote, car le code génétique est universel, mais les signaux de transcription ne le sont pas.

Compléments

• Le gène marqueur, souvent procaryote, confère une résistance à un antibiotique ou à un herbicide toxique pour les cellules végétales et permet de sélectionner les cellules transformées.

💡 Astuce mémo

Un transgène encadré par un promoteur et un terminateur

📖 5. Transformation des cellules végétales

★ À maîtriser

• La biolistique transforme des cellules végétales en associant la construction génétique à des microparticules bombardées sous pression, qui traversent la paroi et peuvent permettre l’insertion du transgène dans le génome.

• Agrobacterium transfère l’ADN-T vers le noyau d’une cellule végétale, où il peut s’insérer dans le génome après reconnaissance d’exsudats racinaires, activation des gènes de virulence, excision et transfert de l’ADN-T.

Compléments

• Pour la transformation végétale, le plasmide Ti d’Agrobacterium est désarmé en retirant son ADN-T, puis la construction génétique est insérée à sa place avant l’infection des cellules végétales.

💡 Astuce mémo

Biolistique : bombardement ; Agrobacterium : transfert biologique

📖 6. Sélection et régénération des plantes

★ À maîtriser

• Lors de la sélection, l’antibiotique ou l’herbicide élimine les cellules non transformées, tandis que les cellules transformées se développent et peuvent régénérer une plantule.

• L’insertion de la construction génétique se fait au hasard dans le génome, elle est rare, et chaque cellule transformée régénérée produit une lignée différente selon le site d’insertion.

Compléments

• La régénération d’une plantule constitue souvent l’étape limitante, car certaines espèces végétales sont récalcitrantes à la régénération.

💡 Astuce mémo

Gène marqueur → sélection des cellules transformées → régénération d’une plantule

📖 7. Objectifs et applications de la transgénèse

🔑 Notions clés & Définitions

• CRISPR-Cas9 : CRISPR-Cas9 est une méthode de transformation génétique qui reconnaît une séquence d’ADN grâce à un ARN guide, coupe le double brin avec Cas9 et permet une mutation ciblée après réparation.

★ À maîtriser

📌 La surexpression endogène augmente la production d’une protéine de la même espèce, tandis que l’expression hétérologue fait produire à la plante une protéine provenant d’une autre espèce.

• La stratégie anti-sens inhibe un gène endogène en produisant un ARN complémentaire de son ARNm, ce qui forme un ARN double brin dégradé et empêche la synthèse de la protéine.

• Les applications agronomiques et sanitaires comprennent: résistance aux herbicides, résistance aux pathogènes, amélioration de la maturation et de la conservation, modification de la composition, modification de la couleur, production de molécules pharmaceutiques, production de vaccins oraux

Compléments

• Le maïs Bt exprime des toxines insecticides codées par les gènes CRY de Bacillus thuringiensis et devient résistant aux insectes comme la pyrale.

• Le maïs RoundUp Ready exprime une EPSP synthase modifiée, moins sensible au glyphosate mais toujours fonctionnelle, ce qui le rend résistant à l’herbicide RoundUp.

💡 Astuce mémo

Exprimer, inhiber, modifier puis produire un caractère d’intérêt

📖 8. Bilan mondial et débat sur les OGM

📝 Points essentiels

• Les cinq espèces majoritaires sont:

  • coton
  • betterave à sucre
  • soja
  • maïs
  • colza

• En 2018, les cultures de plantes génétiquement modifiées couvrent 198,1 millions d’hectares dans le monde, contre 185,1 millions en 2016 et 189,8 millions en 2017. — ISAAA Briefs

• L’Europe cultive moins de 0,1 % des plantes génétiquement modifiées, tandis que pratiquement 100 % du soja cultivé au Brésil est OGM.

📌 Les bénéfices avancés des OGM comprennent la diminution des intrants, la lutte contre les pathogènes, l’adaptation à la sécheresse ou à la salinité et la création de produits nouveaux, tandis que les risques évoqués comprennent les résistances, la dissémination des transgènes et les difficultés de traçabilité.

💡 Astuce mémo

Bénéfices agronomiques et sanitaires face aux risques écologiques et réglementaires

📊 Tableaux de synthèse

Méthodes de transformation végétale