Paris, France
February 18, 2011
Une équipe de l'INRA de Versailles-Grignon, en collaboration avec des chercheurs américains et indiens, a montré pour la première fois qu'il était possible d'amener une plante sexuée à produire des graines clonales, génétiquement identiques à leur mère. La majorité des plantes, notamment les plantes cultivées, se reproduisent sexuellement. Cependant, certaines espèces de plantes produisent des graines différemment, par un processus asexué nommé apomixie. Les descendants ainsi produits sont des clones identiques à leur mère. L'introduction de l'apomixie chez les plantes cultivées représenterait une révolution car elle permettrait ainsi de multiplier à l'identique n'importe quelle plante intéressante sur le plan agronomique. Ces résultats sont publiés ce jour dans l'édition en ligne avancée de SCIENCE.
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.
1 GEM signifie « Elimination Génomique induite par un Mix de variant CENH3 »
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
Can plants give up sex?
A research team at INRA Versailles-Grignon, working with colleagues from the U.S. and India, has proven for the first time that a sexual plant can produce clonal seeds which are genetically identical to the mother plant. Most plants – cultivated species in particular – reproduce sexually. Certain plant species, however, produce seeds differently through an asexual process called apomixis. Progeny obtained this way are identical clones to their mother. Introducing apomixis in cultivated plant species would be revolutionary, making it possible to clone and propagate any plant of agricultural interest. The results of this study were published 18 February in the advance online edition of the journal SCIENCE.
Apomixis – the cloning of plants through seeds – results from changes to two steps in the process of sexual reproduction: the formation of gametes which carry all the genetic information of the mother plant instead of half (2n chromosomes rather than n), and the initiation of embryogenesis without pollination (i.e. without the genetic information of the father plant).
The first component of apomixis can be introduced in Arabidopsis using MiMe or dyad mutants, previously obtained by the teams of Raphaël Mercier (INRA, France) and Imran Siddiqi (CSIR, India). The 2n-chromosome gametes produced by these mutants normally play a role in sexual reproduction. The progeny thus obtained by fertilisation carry double the number of chromosomes (4n instead of 2n) and are therefore different to the mother plant which has 2n chromosomes.
Producing progeny that is wholly identical to the mother plant requires the second component of apomixis: embryonic development without fertilisation by male gametes. This process was recently identified in a GEM (1) line of Arabidopsis by the team of Simon Chan (University of California, Davis, United States). GEM chromosomes are usually eliminated when crossed. When GEM is crossed as male, a part of the progeny carry only maternal chromosomes; when crossed as female, a part of the progeny carry only paternal chromosomes.
INRA Versailles-Grignon and CSIR researchers combined both components of apomixis (MiMe or dyad on one hand, GEM on the other). This work demonstrated that clonal seeds wholly identical to the mother or father plant can effectively be obtained by crossing MiMe and dyad plants to the GEM line.
When MiMe is crossed as female to GEM used as a male plant, for example, 34% of the resultant progeny carry only maternal chromosomes and are identical to the mother. Inversely, when MiMe is crossed as male to GEM as female, 42% of resultant progeny are identical to the father. A maternal MiMe clone was also crossed to GEM to obtain a second generation. Here, 24% of progeny were identical to their mother and grandmother, demonstrating that clonal propagation through seed is possible for several generations.
These results demonstrate that clonal reproduction can be introduced in a sexual plant by modifying just a few genes, and constitute a proof of principle for the development of apomixis in cultivated plants.
Topics
Species
