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Les mutations sont au cœur de l’existence même de l’évolution et de l’adaptation des espèces aux variations de leur environnement. Dans la nature, le matériel génétique de tous les êtres vivants est sans cesse l’objet de modifications. L’ADN des génomes mute, d’une part spontanément, au cours de la phase de réplication de l'ADN, et, d’autre part, sous l'effet d'agents naturels physiques, chimiques ou biologiques présents dans l’environnement. Ces agents sont dits "mutagènes".
Les mutations peuvent concerner différents niveaux, soit les bases nucléotidiques, les chromosomes ou l'ensemble du génome. Elles sont qualifiées de "ponctuelles" quand le changement ne porte que sur la nature d'une seule base nucléotidique (substitution, insertion ou délétion). Des inversions ou des duplications de séquences entières peuvent modifier l'ordre de gènes au sein d’un chromosome, voire le nombre de copies de certains gènes dans le génome.
L'apparition d'une mutation n'entraîne pas systématiquement sa fixation au sein d'une lignée d'individus. Il existe en effet des systèmes de réparation de l’ADN. De plus, pour les espèces disséminées par graines, seules les mutations de l'ADN porté par les cellules reproductrices sont héritées. Par ailleurs, la redondance du code génétique fait qu’une part importante des mutations ponctuelles sont silencieuses et par suite n’entraînent pas de modifications phénotypiques. Mais certaines mutations confèrent aux individus un avantage sélectif ou un caractère recherché par l’Homme révélé dans des conditions particulières du milieu.
Origine spontanée de la mutation
Les mutations spontanées responsables de traits agronomiques d'intérêt chez les végétaux - par exemple le nombre de grains présents sur un épi de blé - sont exploitées par l'Homme depuis le début de la domestication . Elles constituent la base de la sélection génétique en agriculture. Pour un gène, la fréquence des mutations spontanées est faible. Pour une espèce donnée, le nombre de mutations spontanées identifiées augmente avec la taille de la population et le nombre d’observateurs susceptibles de les sélectionner. Ceci explique la grande diversité décrite chez les espèces potagères, fruitières et horticoles où les jardiniers se sont attachés à trier et conserver les variations spontanées observées. Tel n’est pas le cas pour d’autres espèces végétales.
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Brocoli, chou-fleur et chou Romanesco sont des mutants spontanés du chou sauvage qui diversifient notre alimentation. Il existe un très grand nombre de mutations spontanées pour toutes les espèces. Le facteur limitant est souvent la capacité des humains à les détecter et à les conserver. Historiquement, les jardiniers ont cherché à conserver et à valoriser toutes les variations qu'ils observaient. C'est pour cela que l'on a aujourd'hui plus de mutations en potagères.
© Inra, B. Nicolas, V. Chable
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Origine provoquée de la mutation
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Variété de Weigela "Courtadur Grenadine" obtention Inra. Cette variété est un mutant de la variété 'Bristol Ruby' obtenu par traitement mutagène aux rayons gamma associés à la culture in vitro.
© Inra, A. Cadic
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Afin d'augmenter le taux de mutations de l'ADN pour obtenir plus rapidement des variétés intéressantes (résistance à la verse ou aux maladies, meilleure qualité boulangère…), des techniques dites de "mutagenèse" sont utilisées. Elles consistent à exposer volontairement la plante à l'action d'un agent mutagène pour induire des mutations, puis à observer leurs effets sur les descendants. De telles techniques sont mises en œuvre depuis un demi-siècle dans les laboratoires de recherche et/ou chez les sélectionneurs.
La mutagenèse physique procède principalement par irradiation des graines ou d’organes végétatifs, les rayons provoquant le plus souvent des cassures dans le brin d'ADN. Il est également possible de provoquer des substitutions de bases en immergeant les graines dans une solution d'agent mutagène chimique, le plus souvent l'éthyl-méthanesulfonate (EMS).
Les graines produisent ensuite des descendants qui sont analysés et évalués pour leur éventuel intérêt. Une fois les descendants d'intérêt sélectionnés, la ou les mutations responsables du caractère d’intérêt sont fixées au sein d'une lignée en procédant à des autofécondations ou des rétrocroisements afin de stabiliser le caractère recherché et assurer sa transmission stable aux descendants. Cette procédure est longue et nécessite le suivi des descendants sur plusieurs générations. Dans le cas des espèces à multiplication végétative, la mutation est propagée en bouturant ou en multipliant le fragment portant la mutation. Actuellement, la mutagenèse est utilisée chez plus de 180 espèces végétales et on estime qu’il y a plus de 2 500 variétés qui sont inscrites dans les catalogues des sélectionneurs et utilisées par les producteurs* dans le monde.
* sources :
(1) http://mvgs.iaea.org
(2) Kharkwal, M.C., Shu, Q.Y., 2009. The role of induced mutations in world food security. Proceedings of an International Joint FAO/IAEA Symposium, Vienna, Austria, 2008. Pages 33-38
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