Contexte
La création de lignées pures et stables qui seront les futurs parents d’une plante hybride commerciale est une condition nécessaire pour créer des variétés hybrides homogènes et reproductibles exprimant un haut niveau d'hétérosis. La production de lignées pures implique l’autofécondation d’une plante afin d'obtenir des lignées uniformément homozygotes, fixées pour tous les caractères recherchés de qualité, de résistance aux maladies, de productivité, de régularité de rendement, etc. Inversement et de façon toute aussi importante, il peut être nécessaire d’empêcher complètement l'autopollinisation lors du croisement entre les lignées parentales pour la création de semences hybrides commerciales.
Divers approches génétiques, chimiques et mécaniques sont actuellement utilisées pour contrôler l'autopollinisation ou supprimer les fleurs mâles (création d’une stérilité mâle transitoire), mais elles restent limitées par des facteurs de coût, d'efficacité, de durée d’action ou des effets phytotoxiques.
Pour aider la production contrôlée de lignées pures et d’hybrides, il y a donc un besoin pour un système qui permettrait le contrôle du développement floral, et l’obtention d’une plante d'un type sexuel floral déterminé. Les plantes femelles sont associées à une augmentation de rendement, et, si elles sont associées à des mutations conduisant à la parthénocarpie, peuvent conduire à des plantes femelles qui produisent des fruits sans pépins.
Description de l’innovation
Des chercheurs de l'Institut National de Recherche Agronomique -INRA- dirigés par le Dr Abdelhafid Bendahmane ont analysé les déterminants génétiques impliqués dans le type floral de Cucumis melo (melon).
Ils ont identifié deux éléments génétiques A/a ("andromonoïque") et G/g ("gynoïque") contrôlant le développement floral des Cucurbitacées. Ces gènes comprennent un polynucléotide de régulation et un acide nucléique codant pour la protéine A/a (1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid synthase, “CmACS-7”) ou la protéine G/g (protéine CmWIP1, "C. melo Zinc Finger Protein"). Les allèles dominants A et G conduisent à une augmentation de la production de leur protéine respective dans les plantes par rapport aux allèles récessifs a et g.
Les chercheurs ont démontré que la combinaison des deux éléments génétiques A/a et G/g contrôle entièrement le développement floral aboutissant à la diversité des phénotypes sexuels, potentiellement chez un large éventail d'espèces dicotylédones.
| Phénotype |
Génotype |
Type floral |
| monoïque |
(A / A or a) - (G / G or g) |
mâle et femelle |
| andromonoïque |
(a / a) - (G / G or g) |
mâle et bisexuel |
| hermaphrodite |
(a / a) - (g / g) |
bisexuel |
| gynoïque |
(A / A or a) - (g / g) |
femelle |
Applications industrielles et transfert technologique
Cette innovation concerne la sélection de variétés végétales, particulièrement la sélection du type sexuel des fleurs de plantes dicotylédones, dont de préférence les Cucurbitacées.
Elle fournit aux sélectionneurs de nouvelles méthodes pour :
- la sélection de plantes d'un phénotype sexuel déterminé via la détection des allèles A, a, G et g.
- la création de plantes ayant un type floral modifié par mutagenèse chimique des éléments de contrôle A/a et G/g, aboutissant au génotype a/a - g/g et au phénotype hermaphrodite.
- la création de plantes transgéniques ayant un type floral déterminé, notamment mais pas exclusivement le type féminin ou bisexuel, grâce à la transformation avec la combinaison souhaitée des allèles requis des éléments de contrôle A/a et/ou G/g.
Ces résultats sont protégés par deux demandes internationales de brevet (WO2010/012948; WO2007/125264) déposées au nom de l’INRA. INRA Transfert est en charge de la concession de licences pour des applications commerciales.
Publications
- Martin A, Troadec C, Boualem A, Rajab M, Fernandez R, Morin H, Pitrat M, Dogimont C, Bendahmane A., A transposon-induced epigenetic change leads to sex determination in melon, Nature. 2009 Oct 22;461(7267):1135-8
- Boualem A, Troadec C, Kovalski I, Sari MA, Perl-Treves R, Bendahmane A., A conserved ethylene biosynthesis enzyme leads to andromonoecy in two cucumis species, PLoS One. 2009 Jul 3;4(7):e6144
- Boualem A, Fergany M, Fernandez R, Troadec C, Martin A, Morin H, Sari MA, Collin F, Flowers JM, Pitrat M, Purugganan MD, Dogimont C, Bendahmane A., A conserved mutation in an ethylene biosynthesis enzyme leads to andromonoecy in melons, Science. 2008 Aug 8;321(5890):836-8
Schéma récapitulatif des interactions entre les gènes A et G à l’origine de la formation des organes sexuels mâle ou femelle dans les fleurs de melon.
- Dans le premier cas, le gène G inhibe l’expression du gène A permettant le développement des organes mâles, et empêche le développement des organes sexuels femelles. Il se forme alors une fleur mâle.
- Dans le second cas, la non expression du gène G permet l’expression du gène A. Celui-ci n’étant pas muté, il empêche le développement des organes mâles. Il se forme une fleur femelle.
- Dans le troisième cas, le gène A est muté. Il ne s’oppose donc plus au développement des organes sexuels mâles. De plus, le gène G ne s’exprime pas, ce qui conduit au développement d’organes femelles. Il se forme donc une fleur hermaphrodite.
contacts :
Responsable scientifique
Abdelhafid BENDAHMANE
Unité de recherche
UMR1165 Génomique Végétale
INRA
2 rue Gaston Crémieux,
91057 EVRY,
Chargée de Valorisation
Claire LEMONTEY
INRA Transfert
28 rue du Docteur Finlay,
75015 Paris,
Tél : +33 (0) 1 55 35 26 38
Fax: +33 (0) 1 55 35 26 46
Email: claire.lemontey@paris.inra.fr
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