totipotence chez le végétal
TRANSCRIPT
S7 : Technologie et biotechnologie
végétales
Totipotence chez le végétal
Signification et limites
S7 : Technologie et biotechnologie végétales
Plan
Quelques définitions
Naissance et développement des cultures in
vitro
Applications et limites de la totipotence
Mécanismes sous-jacents à la totipotence
Signification biologique de la totipotence des
cellules végétales
S7 : Technologie et biotechnologie végétales
Quelques définitions
Cellules totipotentes: cellules issues des premières division de l'oeuf fécondé capables de donner naissance à tous les types de cellules de l'organisme et les seules à permettre le développement complet d'un individu.
Cellules pluripotentes : Capacité que possède une cellule de se différencier en environ 200 types cellulaires représentatifs de l’ensemble des tissus (cellules souches embryonnaires issues d’embryons de 5 à 7 jours)
Cellules multipotentes : capables de donner naissance à plusieurs types cellulaires (les cellules souches myéloïdes de la moelle osseuse sont à l’origine des cellules sanguine)
Chez les animaux
Spécificité du végétal
Chez les plantes, 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
S7 : Technologie et biotechnologie végétales
Exemple : microbouturage du Saint Paulia
2 mois plus
tard
Source : http://www.didier-pol.net/1CLONES.html
S7 : Technologie et biotechnologie
végétales
Historique
La totipotence comme fil
conducteur de la naissance
des biotechnologies
végétales
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Historique de la culture de tissus et d’organes de plantes
Contexte théorique au début du XXème siècle:
– Théorie cellulaire (Schleiden et Schwann)
– Microbiologie et biochimie
Comment étudier le comportement de cellules
isolées ?
Cultures en conditions
stériles
Caractérisation de substances
de croissance
S7 : Technologie et biotechnologie végétales
G. Haberlandt : le concept de totipotence de la cellule végétale
Aspects historiques
Deux idées importantes :
•la culture de cellules isolées constituerait
potentiellement un modèle de recherche
•maintient en vie de cellules isolées
•Pas de multiplication cellulaire
•on peut potentiellement régénérer une plante
entière à partir d’une cellule isolée totipotence
•Échec (mauvais choix d’explants,
méconnaissance des substances de
croissance)
http://users.ugent.be/~pdeberg
h/his/his2az1.htm
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Émergence des techniques de culture
– Haberlandt (1902) : concept de totipotence
– White (1934) : culture in vitro de racines de tomates
– Gautheret (1935) : utilisation d’auxine pour cultiver
du cambium de saule
– 1939 : 1ère culture indéfinie de cals de carotte
Aspects historiques
La culture de tissus est possible en utilisant des substances de
croissance et/ou des tissus méristématiques
https://www2.carolina.com
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Émergence des techniques de culture
– Braun (1941) : travaux sur le crown
gall
– Miller (1955) : cytokinines
– Murashige et Skoog (1953-1962) : mise au point de milieux de culture efficaces
contenant des cytokinines et des auxines
Aspects historiques
Croissance in vitro des tumeurs
sans ajout d’hormones
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Confirmation des hypothèses d’Haberlandt
1956 (Muir) suspensions cellulaires
1958 (Reinart et Stewart) Embryogenèse somatique chez la carotte
Aspects historiques
S7 : Technologie et biotechnologie végétales
Confirmation des hypothèses de Haberlandt
1965 (Vasil et Hilderbrandt) Régénération d’un plant de tabac à partir d’une cellule unique
1971 (Nagata et Takabe) Régénération d’un plant entier à partir d’un protoplaste
Aspects historiques
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Développements : des outils agronomiques
1965 (Morel) multiplication in vitrodes orchidées
1972 (Sharp) : tomates haploïdes à partir de pollen
1973 : hybride issu d’une fusion de protoplastes
Aspects historiques
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Développements : production de métabolites secondaires
1977 : culture de cellules de tabac dans un réacteur de 20 000 litres
1983 (Mitsui Petrochemical) : production industrielle de métabolites secondaires
Aspects historiques
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Développements : la transgenèse
Van Montaigu (1983) : tabac résistant à la kanamycine
1994 : Flavr Savr (Calgene, antisensage d’une polygalacturonase)
1996 : maïs transgénique commercialisé aux USA
Aspects historiques
S7 : Technologie et biotechnologie
végétales
La totipotence : applications et limites
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Des cellules plus ou moins totipotentes
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
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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
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Limites de la totipotence :
Variation somaclonale
Les plantes régénérées présentent souvent
des problèmes
– Perte de caractères chimériques
– Aneuploïdies , délétions chromosomiques
Modification du caractère juvénile
– Impact sur la fertilité
S7 : Technologie et biotechnologie
végétales
Mécanismes sous-jacents à la totipotence
Chez les cellules
végétales
S7 : Technologie et biotechnologie végétales
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
S7 : Technologie et biotechnologie végétales
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