Gros plan sur du petit matériel de laboratoire.. © Inra, BEAUCARDET William

 Les biotechnologies vertes, nouvelles pistes pour l’agriculture

La mutation

Les mutations sont sources de diversité génétique. Certaines apparaissent spontanément. La mutagénèse est un outil pour créer de nouvelles variétés et pour décrypter le fonctionnement du génome.

Mis à jour le 31/01/2013
Publié le 18/10/2012

La mutation pour créer de nouvelles variétés

La mutagénèse permet d’obtenir une variabilité génétique nouvelle dans une espèce. Elle accélère un processus naturel, La  collection  de tomates mutantes de Bordeaux permet d'utiliser le  Tilling  pour étudier la biologie du fruit.. © inra
La collection de tomates mutantes de Bordeaux permet d'utiliser le Tilling pour étudier la biologie du fruit. © inra
en augmentant la fréquence des mutations. La plupart des mutations du génome passent inaperçues (mutations synonymes) et certaines sont immédiatement écartées du processus, parce qu’elles sont inexploitables ou délétères (albinisme par exemple). La mutagénèse a été utilisée à très grande échelle dans les années 1950-1980 pour générer de la diversité au sein de nombreuses espèces. Plus de 2 000 variétés ont été créées à partir de mutations naturelles ou induites (source : FAO/IAEA, 2000).

La mutation, moyen d’étude du génome

En provoquant une mutation dans un gène, on peut inhiber sa fonction. L’observation du comportement du mutant permet d’identifier cette fonction. Maintenant que le génome de plusieurs plantes est entièrement connu (Arabidopsis thaliana, riz, peuplier, Medicago truncatula, vigne), le défi à relever est d’attribuer un rôle à ces gènes et d’identifier ainsi les gènes d’intérêt agronomique.
Une grande collection de mutants d’Arabidopsis thaliana a été créée à l’Inra de Versailles. Avec 55 000 mutants indépendants, elle couvre statistiquement tout le génome de la plante : un gène a de 75 à 80 % de chances d’être touché par une mutation. De plus, le mode de mutation choisi se fait par insertion d’une étiquette (un ADN-T), qui permet de « marquer » le gène touché et de l’isoler par les méthodes de génétique moléculaire. (Voir la vidéo)

L'Arabette à la découverte des gènes

Une découverte majeure à partir des mutants d’Arabidopsis : mimer l’apomixie

En combinant plusieurs mutations, une équipe de l’Inra de Versailles a montré qu’il est possible d’amener une plante sexuée à produire des graines génétiquement identiques à leur mère, processus qui existe naturellement chez  certaines espèces végétales.
Cette découverte s’est faite en deux étapes : d’abord, l’obtention d’un mutant combinant trois mutations d’Arabidopsis, capables de produire des grains de pollen à 2n chromosomes identiques aux cellules de la plante mère (le mutant MIME, (1,2)). Deuxième étape, l’identification d’un mutant capable de développer un embryon à partir de ces grains de pollen à 2n, sans fécondation (3,4).
Ces résultats, publiés dans la revue Science (4), montrent que la reproduction clonale peut être introduite dans une plante sexuée en ne modifiant que quelques gènes.

Schéma : premier pas vers l'apomixie

L’introduction de l’apomixie chez les plantes cultivées serait une véritable révolution car elle permettrait la multiplication de n’importe quelle variété élite, y compris des hybrides. Pour Raphael Mercier : «  Malgré leurs performances agronomiques, les hybrides présentent un inconvénient majeur, pour l’agriculteur, du fait qu’il doit racheter les semences chaque année.  Il ne peut pas ressemer les graines qu’il récolte, car si les hybrides se croisent entre eux, du fait du brassage génétique, on ne reproduit pas le même hybride mais on obtient une descendance hétérogène qui perdra les propriétés initiales au fil des générations. Un hybride qui se multiplie tout seul permettrait de lever toutes ces barrières. C’est un objectif poursuivi depuis des décennies par de nombreuses équipes scientifiques dans le monde. Des  hybrides adaptés à toutes sortes de milieux pourraient être produits plus rapidement et plus économiquement. L’apomixie est souvent présentée comme une technologie de choix pour les pays en développement. »

Cette découverte est un prolongement inattendu d’une recherche fondamentale :
« Au départ, nous cherchions à décortiquer le mécanisme de la méiose, en utilisant des mutants pour identifier les gènes impliqués. L’idée de chercher à mimer l’apomixie n’est venue qu’après ».

(1) d’ Erfurth, I. et al. 2009. Turning meiosis into mitosis. PLoS biology 7, e1000124
(2) Ravi, M., Marimuthu, M.P. a, Siddiqi, I. 2008. Gamete formation without meiosis in Arabidopsis. Nature 451, 1121-4.
(3) Ravi, M., Chan, S.W.L. 2010. Haploid plants produced by centromere-mediated genome elimination. Nature  464, 615-8.
(4) Marimuthu, M.P. a et al. 2011. Synthetic  clonal reproduction through seeds. Science (New York, N.Y.) 331, 876.

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