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