Fiche de révision : Biotechnologies végétales

📋 Plan du Cours

1. Définition et histoire des biotechnologies
2. Domestication et sélection végétale
3. Fondements scientifiques modernes
4. Applications des biotechnologies vertes
5. Création de lignées végétales pures
6. Haplodiploïdisation et totipotence
7. Culture in vitro et multiplication
8. Diversité génétique et mutagénèse

📖 1. Définition et histoire des biotechnologies

🔑 Notions clés & Définitions

• Biotechnologies : Karl Ereky, 1913 — Processus utilisant ou transformant biologiquement des matières premières en produits socialement utiles.
• Biotechnologies contemporaines : OCDE, 1980 — Les biotechnologies contemporaines sont des technologies innovantes fondées sur les connaissances scientifiques du vivant, impliquant d’importants investissements en recherche et développement et une ambition commerciale étendue.

★ À maîtriser

• En 1854, Louis Pasteur met en évidence les micro-organismes et leur action dans les fermentations.

Compléments

• La sédentarisation, les premières cultures de céréales et les premiers élevages apparaissent au Néolithique, entre 12 000 et 3 000 ans av. J.-C.

💡 Astuce mémo

Néolithique → fermentation → Pasteur → biologie moléculaire

📖 2. Domestication et sélection végétale

🔑 Notions clés & Définitions

• Domestication : Modification d’une espèce sauvage en espèce cultivée ou élevée par sélection humaine délibérée, avec acquisition, perte ou développement de caractères morphologiques, physiologiques et héréditaires.

📝 Points essentiels

• La sélection massale repose sur une variation initiale, la conservation de quelques individus présentant des caractères intéressants, des croisements naturels dans la population cultivée et l’augmentation progressive de la fréquence des allèles intéressants.

📌 La sélection massale exige que le caractère soit extériorisé et héritable, mais elle conserve une hétérogénéité et ne forme pas une variété ou une lignée pure.

💡 Astuce mémo

Sélection des caractères intéressants → augmentation de leurs allèles

📖 3. Fondements scientifiques modernes

★ À maîtriser

• Les deux bouleversements à l’origine de l’essor de la biologie moléculaire sont le développement d’outils moléculaires performants et l’accumulation de données biologiques issues des programmes internationaux de séquençage des génomes.

Compléments

• Les principales étapes citées sont:
  • Découverte de la structure de l’ADN en 1953
  • Découverte du code génétique en 1960
  • Découverte des enzymes de restriction en 1965
  • Clonage de l’ADN en 1973
  • Premier OGM bactérien en 1985
  • Premier OGM végétal en 1996
  • Séquençage du génome humain en 2003
  • Biologie de synthèse en 2010
  • Découverte de CRISPR-Cas9 en 2012

💡 Astuce mémo

Reproduction → génétique → ADN → génomique

📖 4. Applications des biotechnologies vertes

★ À maîtriser

• Les biotechnologies vertes trouvent des applications dans l’alimentation, la santé, l’industrie et l’agronomie.

Compléments

• Neoplants utilise la biologie de synthèse pour développer des plantes capables d’éliminer les principaux polluants de l’air.

• Le projet Glowing Plant visait à créer des arbres lumineux grâce à des gènes de luminescence de luciole et constituait la première campagne de financement participatif pour une application de biologie synthétique. — Antony Evans

• Les miPEPs sont de petits peptides produits naturellement par les plantes qui régulent l’expression de certains gènes et peuvent servir à produire des biostimulants ou des herbicides naturels. — Jean-Philippe Combier

📖 5. Création de lignées végétales pures

🔑 Notions clés & Définitions

• Lignée pure : Population dont les descendants restent semblables entre eux et aux géniteurs pour une caractéristique donnée, avec des individus génétiquement identiques et homozygotes pour tous leurs caractères.

📝 Points essentiels

• 🔄 La création d’une lignée pure suit cette séquence:

  1. Choisir des individus pour leurs caractères intéressants
  2. Les croiser
  3. Fixer les caractères dans la descendance
  4. Obtenir une variété génétiquement homogène et stable

• Chez le pois, l’allèle R confère la forme lisse dominante et l’allèle r la forme ridée récessive, tandis que l’allèle Y confère la couleur jaune dominante et l’allèle y la couleur verte récessive.

📌 Après de multiples autofécondations, les caractères deviennent stables et fixés au fil des générations, et environ 7 à 8 générations sont nécessaires pour obtenir des individus suffisamment homozygotes.

💡 Astuce mémo

Croisement → autofécondations → homozygotie → lignée pure

📖 6. Haplodiploïdisation et totipotence

🔑 Notions clés & Définitions

• Haplodiploïdisation : Consiste à obtenir une plante haploïde à partir d’un gamète puis à doubler son stock chromosomique avec de la colchicine pour produire une plante diploïde homozygote.
• Totipotence : Capacité théorique des cellules végétales à régénérer des tissus ou un organisme entier, spontanément sous l’effet de stress ou artificiellement sous l’effet de traitements hormonaux comme l’auxine et la cytokinine.

★ À maîtriser

• L’haplodiploïdisation suit la formation d’une plante haploïde, le doublement chromosomique par colchicine et l’obtention de plantes diploïdes fixées en une seule génération.

Compléments

• Les méristèmes sont des réservoirs de cellules souches indifférenciées capables de se différencier en tout type cellulaire et de régénérer un individu entier.

💡 Astuce mémo

Haploïde → doublement chromosomique → diploïde fixé

📖 7. Culture in vitro et multiplication

🔑 Notions clés & Définitions

• Culture in vitro : Culture de fragments végétaux sur un milieu synthétique, dans des conditions stériles et dans un environnement contrôlé de température et de lumière.
• Micropropagation : Production rapide d’un grand nombre de plantes génétiquement homogènes par culture in vitro.

★ À maîtriser

• À partir d’un seul apex de framboisier, la micropropagation permet théoriquement de produire plus de 50 000 plants en un an, contre 50 plants par les méthodes traditionnelles.

• La culture de méristème est une culture aseptique du dôme apical sans ébauche foliaire et permet d’assainir des espèces végétatives virosées, car les méristèmes de tabacs virosés étaient dépourvus de virus. — Pierre LIMASSET et P. CORNUET, 1949

📌 La balance hormonale entre la cytokinine BA et l’auxine 2,4-D détermine le devenir des cellules végétales et oriente notamment la caulogénèse ou la callogénèse.

Compléments

• Un milieu de culture in vitro contient:
  • De l’eau
  • Des macroéléments et des microéléments
  • Des phytohormones et des vitamines
  • Du sucre
  • Un agent gélifiant pour les milieux solides
  • Un pH généralement ajusté entre 5 et 6

💡 Astuce mémo

Un explant placé sur un milieu stérile devient une plantule

📖 8. Diversité génétique et mutagénèse

🔑 Notions clés & Définitions

• Mutation : Modification du génome pouvant résulter d’erreurs de copie ou de réparation, de coupures de l’ADN ou de conditions environnementales.

★ À maîtriser

📌 Seules les mutations portées par les cellules reproductrices sont héritées, la plupart des mutations sont neutres et les mutations défavorables sont éliminées par la sélection naturelle.

• La mutagénèse chimique ou physique utilise notamment l’EMS, les rayons gamma et les rayons X, et l’EMS augmente de plus de 500 fois le taux de mutation chez Arabidopsis.

Compléments

• La création de diversité végétale peut associer une diversité existante, des croisements entre espèces, le prélèvement précoce d’embryons et leur culture sur un milieu artificiel nutritif.

• Plus de 3 200 variétés végétales ont été identifiées par la FAO comme issues de mutagénèses spontanées ou induites.

• La variété de pomme Belrene, approuvée en 1970, a été obtenue par traitement avec l’EMS et présente une maturité précoce ainsi que des fruits plus colorés et plus gros.

💡 Astuce mémo

Mutation ou croisement distant → diversité génétique → sélection variétale

📊 Tableaux de synthèse

Biotechnologies végétales et objectifs