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Les différentes étapes de la méïose de cellules mères de pollen d' Arabidopsis thaliana écotype sauvage. Anaphase 1 et télophase 2. Fin de la deuxième division  ou division équationnelle qui aboutit à la formation de 4 cellules haploïdes à 5 chromososmes. Coloration au D.A.P.I. et observation en microscopie optique en immersion : G x 100.,. © Inra, VEZON Daniel

MIME, une lignée de plante produisant des grains de pollen et des ovules génétiquement identiques à la plante parente

Chez MiMe, une lignée d'Arabidopsis thaliana obtenue par des chercheurs de l'INRA, la mitose (division cellulaire donnant naissance à deux cellules filles identiques à celle d'origine) remplace la méiose (division cellulaire à l'origine des cellules reproductrices et créatrice d'un brassage génétique). Pour remplacer la méiose par une mitose et générer des gamètes porteurs d'une information génétique identique à celle de la plante mère, les chercheurs de l'INRA ont obtenu des plantes modifiées pour  trois caractères : la recombinaison (échange de matériel génétique entre les paires de chromosomes), la ségrégation des chromosomes (séparation des paires de chromosomes), et la présence en méiose d'une seconde division cellulaire. L'obtention de la lignée MiMe est une avancée majeure vers la reproduction clonale par graines (apomixie), technologie potentiellement révolutionnaire pour l'amélioration des plantes.

Mis à jour le 09/01/2019
Publié le 05/08/2009
Mots-clés :

MiMe, une lignée fertile où une mitose remplace la méiose

Une des trois composantes majeures de l'apomixie est l'apoméiose (Mitose remplaçant la Méiose). L'équipe de Raphaël Mercier a pu induire l'apoméiose chez une espèce sexuée grâce à la caractérisation d'un nouveau gène, nommé OSD1 (pour "omission of second division "). Les chercheurs ont constaté que les descendants de plantes osd1 (mutées dans le gène OSD1) portaient dans leurs cellules les chromosomes en quatre exemplaires (4n, tétraploïde) au lieu de deux (2n, diploïde). Ce phénomène est dû à la constitution inhabituelle des cellules sexuelles (gamètes : grains de pollen et ovules) des plantes osd1. Celles-ci sont diploïdes (2n) alors que normalement les gamètes ne possèdent qu'une copie de chaque chromosome (n). La rencontre de deux gamètes osd1 lors de la fécondation génère donc un individu tétraploïde (2n+2n=4n) au lieu de diploïde (n+n=2n). L'observation de la méiose, la division cellulaire à l'origine des gamètes, a permis d'identifier l'origine de la nature diploïde des gamètes osd1. Normalement, les gamètes à n chromosomes sont issus de cellules mères à 2n chromosomes qui, lors de la méiose, subissent un doublement puis deux séparations successives des chromosomes. Chez osd1, la seconde séparation des chromosomes n'a pas lieu, générant des gamètes 2n.
Une méiose incomplète est donc à l'origine de formation de gamètes 2n chez les plantes osd1. Cependant, il ne s'agit pas d'apoméiose car la première division de méiose diffère d'une mitose sur deux points, la présence de recombinaison et le mode de distribution des chromosomes dans les cellules filles. Les chercheurs ont alors tiré parti de deux mutations déjà connues pour inhiber la recombinaison et modifier le mode de distribution des chromosomes lors de la méiose. En les combinant avec la mutation osd1 dans une même plante ils ont créé le triple mutant MiMe chez qui la méiose est remplacée par une mitose (Mitosis instead of Meiosis). Cette lignée fertile produit des gamètes diploïdes et génétiquement parfaitement identiques à la plante mère (apoméiose).

MiMe, une avancée majeure vers l'apomixie

Le remplacement de la méiose par une mitose, obtenue ici dans la lignée MiMe, est l'une des trois composantes essentielles de l'apomixie, les deux autres composantes étant le développement sans fécondation de l'albumen (un tissu nourricier de l'embryon) et de l'embryon (parthénogénèse). Des mutants qui développent l'albumen spontanément ont été isolés chez Arabidopsis il y a déjà plus d'une décennie. L'apomixie n'a pas encore été introduite dans une plante sexuée, mais nous n'en avons jamais été aussi proches. Ces résultats font l'objet d'un brevet INRA et des projets de recherche sont en cours à l'INRA de Versailles sur la plante modèle Arabidopsis thaliana et sur des plantes cultivées.

De gauche à droite, produits de la méiose chez la plante sauvage et chez MiMe :

 © Import
© Import

Référence :

Isabelle d'Erfurth1, Sylvie Jolivet1, Nicole Froger1, Olivier Catrice2, Maria Novatchkova3 and Raphaël Mercier11 . "Turning Meiosis into Mitosis". PLoS BIOLOGY, Juin 2009 (accès libre). INRA UR254. IJPB. Route de Saint-Cyr. 78026, Versailles. France2 CNRS. UPR2355. Avenue de la Terrasse. 91198, Gif sur Yvette. France3 Research Institute of Molecular Pathology (IMP), Dr Bohr-Gasse 7 A-1030 Vienna,AustriaArticle repris dans Nature (Nature News 9 juin 20009) et Science (Editor's choice 26 juin 2009)

Brevet associé :Plants producing 2N gametes or apomictic gametes N° EP 09 290 010.97 janvier 2009

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Qu'est-ce que l'apomixie ?

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, obtenue par apomixie, conserverait au contraire ces caractéristiques et pourrait être reproduite et distribuée à l'infini. Bien que l'enjeu agronomique et économique soit considérable, l'apomixie n'a pas encore pu être introduite chez les espèces d'intérêt agronomique majeur.