L'apomixie, ou reproduction clonale par graines, est le résultat de la modification de deux étapes de la reproduction sexuée : la formation de gamètes contenant la totalité de l'information génétique maternelle au lieu de la moitié (2n chromosomes au lieu de n), puis l'initiation de l'embryogénèse sans pollinisation (c'est-à-dire sans apport de l’information génétique paternelle).
La première étape de l'apomixie peut être induite chez la plante Arabidopsis grâce aux mutants MiMe ou dyad, obtenus précédemment par les équipes de Raphaël Mercier (INRA, France) et Imran Siddiqi (CSIR, Inde). Les gamètes à 2n chromosomes produits par ces mutants participent normalement à la reproduction sexuée. La descendance qui en résulte par fécondation présente un doublement du nombre de chromosomes (4n au lieu de 2n) et est donc différente de la plante mère qui a 2n chromosomes.
L’obtention d’une descendance parfaitement identique à la plante mère nécessite la deuxième composante de l’apomixie : le développement d’embryons sans fécondation par des gamètes paternels. Cette propriété a été identifiée récemment dans le mutant d'Arabidopsis GEM1 par l'équipe de Simon Chan (Université de Californie, Davis, Etats-Unis). Les chromosomes de GEM ont tendance à être éliminés lors d'un croisement. Ainsi, lorsque GEM est utilisé en croisement comme parent mâle, une partie des descendants ne possède que des chromosomes maternels, et lorsque GEM est utilisé comme parent femelle, une partie des descendants n'ont que des chromosomes paternels.
Schéma simplifié représentant à gauche les étapes de la reproduction sexuée et à droite celles de la reproduction clonale par apomixie.
Les chercheurs de l’INRA Versailles-Grignon et du CSIR ont combiné ces deux composantes de l’apomixie (MiMe ou dyad d'une part, et GEM d'autre part). Ce travail a permis de montrer que le croisement entre MiMe ou dyad et la lignée GEM permettait effectivement de produire des graines clonales, parfaitement identiques à leur mère ou à leur père.
Par exemple, dans un croisement entre MiMe, alors utilisé comme plante femelle, avec GEM utilisée comme plante mâle, 34% des plantes obtenues en descendance possèdent exclusivement des chromosomes d'origine maternelle et sont des clones de leur mère. A l’inverse, dans un croisement avec MiMe comme père et GEM comme mère, 42% des descendants sont des clones de leur père. Un clone MiMe maternel a également été croisé avec GEM pour obtenir une descendance de seconde génération. 24% des descendants de ce croisement sont des clones de leur mère et de leur grand-mère, montrant que la propagation clonale par graines est possible sur plusieurs générations.
Ces résultats montrent que la reproduction clonale peut être introduite dans une plante sexuée en ne modifiant que quelques gènes et constitue une démonstration de principe pour le développement de l'apomixie chez les plantes cultivées.
L’avantage de l’apomixie en agronomie
L'apomixie est un mode de reproduction particulier observé chez plus de 400 espèces de plantes sauvages. Les descendants d'une plante qui se reproduit par apomixie sont génétiquement identiques à la plante mère. Au contraire, des descendants obtenus par reproduction sexuée portent chacun une information génétique originale, mélange d'une partie du génome de leur père et d'une partie du génome de leur mère. La quasi-totalité des plantes cultivées produisent des graines via la reproduction sexuée, et non par apomixie. Reproduire par apomixie une espèce cultivée serait un moyen extrêmement efficace d’obtention et de propagation de nouvelles variétés élites, répondant aux attentes des consommateurs et des producteurs. En effet, les plantes les plus intéressantes, qui combinent un grand nombre de caractères, sont très souvent de composition génétique complexe. Leur descendance, du fait de la reproduction sexuée qui mélange l'information génétique à chaque génération, ne conserve pas les caractères recherchés. La descendance de ces même plantes par apomixie, conserverait au contraire leurs caractéristiques et pourrait être reproduite et distribuée à l'infini. L'apomixie n'a pas encore pu être introduite chez les espèces d’intérêt agronomique majeur.
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1 GEM signifie « Elimination Génomique induite par un Mix de variant CENH3 »
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Références :
Synthetic clonal reproduction through seeds. SCIENCE, 18 février 2011 : 876. DOI:10.1126/science.1199682
Mohan P. A. Marimuthu1, Sylvie Jolivet2, Maruthachalam Ravi3, Lucie Pereira2, Jayeshkumar N. Davda1, Laurence Cromer2, Lili Wang3, Fabien Nogué2, Simon W. L. Chan3, Imran Siddiqi1 & Raphaël Mercier2
1 Centre for Cellular & Molecular Biology CSIR, Uppal Road, Hyderabad 500007. India
2 Institut Jean-Pierre Bourgin. UMR1318. INRA. Route de Saint Cyr. 78026 Versailles Cedex France
3 Department of Plant Biology, University of California, Davis. 1 Shields Ave, Davis, CA 95616. USA
Pour en savoir plus sur la lignée MiMe, consultez la fiche de Presse info : "MIME, une lignée de plante produisant des grains de pollen et des ovules génétiquement identiques à la plante parente".
Brevet associé :
Synthetic clonal reproduction through seeds
INRA et UC Davis
USA 61/418,792
1er décembre 2010
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