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Université Mustapha Ben boulaid Batna 2 Faculté des Sciences de la nature et de

Université Mustapha Ben boulaid Batna 2 Faculté des Sciences de la nature et de la vie Département d’Ecologie et Environnement Cours de troisième année licence Spécialité : Biologie et physiologie végétale Module : Amélioration génétique des plantes Mme SALMI Manel Année universitaire 2019/2020 1 Introduction : Après avoir été des chasseurs-cueilleurs, les hommes deviennent au néolithique (il y a 10 000 ans) des éleveurs-agriculteurs. Regroupés en villages, ils produisent leur nourriture, en domestiquant les plantes sauvages et en les adaptant à leurs besoins. Ils sélectionnent et ressèment les plantes intéressantes à cultiver. Ils favorisent ainsi celles qui sont les plus résistantes, les plus productives, les plus nutritives, et qui se transforment et se conservent le mieux. Ils recherchent à la fois des plantes pour se nourrir, pour se soigner et pour se vêtir. L’amélioration des plantes était amorcée. Domestication inconsciente d'abord, jardinage ensuite, codification de l'agronomie, maîtrise des descendances renforcée par les premières lois génétiques, puis développement de l'amélioration des plantes en tant que science et éruption des biotechnologies. 1- Définition de l’amélioration génétique des plantes L’amélioration des plantes peut être définie comme la modification des caractères des plantes par l’homme pour mieux les adapter à ses besoins. De point de vue génétique, elle correspond à l’ensemble des opérations qui permettent de passer d’un groupe d’individus n’ayant pas certaines caractéristiques à un nouveau groupe, plus reproductible, apportant un progrès. Il s’agit de réunir dans un même individu le maximum de gènes favorables. 2-Objectifs de l’amélioration des plantes : 2-1- L’amélioration de la productivité Le potentiel de production peut être amélioré par la sélection. Un rendement supérieur peut être obtenu par une accumulation des gènes favorables pour ce caractère dans une plante et/ou par une modification de l'architecture de la plante pour lui permettre de mieux utiliser les ressources du milieu dans lequel elle se développe (lumière, eau, minéraux du sol etc..). 2-2- L’adaptation des plantes au milieu La sélection a permis d'étendre la zone de culture des espèces en les adaptant à des conditions climatiques nouvelles comme le froid et la sécheresse ou d'autres stress climatiques comme la verse due au vent et l'inondation. La résistance aux maladies aux insectes et à d’autres ravageurs permet d'augmenter et de stabiliser la production. Cette résistance peut nous économiser les frais de traitements par des pesticides et réduire les risques de pollution chimique. 2-3- La qualité 2 Le matériel végétal utilisé pour créer de nouvelles variétés est assujetti à des tests rigoureux de qualité. La qualité boulangère est une nécessité pour les variétés de blé. La couleur, la texture, la forme et la taille du fruit, le goût etc.. Sont des caractères importants que les sélectionneurs doivent prendre en considération. 3- Le rôle de l’améliorateur des plantes : 3-1- L’évaluation variétale : Elle consiste à connaitre les performances agronomiques des variétés testées dans différents environnements. 3-2- La création variétale : Elle consiste à mettre au point des nouvelles variétés plus adaptées et plus productives quantitativement et qualitativement. Les moyens utilisés sont l’hybridation, la sélection, les techniques biotechnologiques et le génie génétique. 3-3- La multiplication des variétés du catalogue national : On l’appelle aussi la sélection conservatrice. Elle effectuée dans le programme de production des semences destinées aux agriculteurs. 4- La domestication : Adaptation des plantes sauvages aux besoins de l'homme par la culture et la sélection. Les plantes actuellement cultivées ont été domestiquées dans différentes régions du globe. On parle de centre d’origine pour désigner la région dans laquelle s’est effectuée la domestication d’une espèce cultivée. Les étapes de la domestication : Quelques exemples de centres d’origine (source: Lefebvre) 3 Bassin mésopotamien Sud-Est asiatique Amérique centrale •Orge Canne à sucre Haricot •Blé Riz Maïs •Seigle Tournesol Afrique Amérique du Sud Nord-Est de la Chine Riz africain Cacao Oranger Café Arachide Abricotier Cotons africains Pomme de terre Pêcher 5- Modes de reproduction des plantes : Les espèces végétales se perpétuent selon trois modalités principales :  Par autofécondation : espèces autogames.  Par fécondation croisée : espèces allogames.  Par reproduction végétative à l’aide d’organes de reproduction très variés : tubercules, stolons, boutures, greffes, etc… -Reproduction sexuée : Caractérisée par la fusion de deux gamètes ♂ et ♀ conduisant à la formation de l’embryon 5-1- L’autogamie : 5-1-1- Définition : La fécondation de la plante est réalisée par son propre pollen. Cependant, il peut se produire chez ces espèces autogames un croisement naturel pouvant atteindre un taux de 4 à 5%, (autogamie prépondérante). Ce taux peut varier selon les conditions climatiques, la variété, la vitesse et la direction du vent durant la pollinisation et enfin la population des insectes présents (types et nombre). 5-1-2- Facteurs favorisant l'autofécondation : 1. Fleurs hermaphrodites (organes mâle et femelle dans la même fleur). 2. Contact ou proximité permanente ou temporaire des étamines et stigmates. 3. La maturité des gamètes est simultanée. 4. Absence de système d’autoincompatibilité ou de stérilité mâle. 5. La fécondation croisée est empêchée par la présence de fleurs au moins partiellement fermées et peu attractives pour les insectes. Exemples de plantes autogames Céréales : avoine, blé tendre, blé dur, orge, riz, sorgho Légumineuses à graines : arachide, haricot, féverole, lentille, pois, soja, vesce. Reproduction sexuée 4 Espèces légumières : aubergine, laitue, poivron, tomate. Espèces industrielles : colza, caféier arabica, coton, lin, tabac Espèces fruitières : abricotier, pêcher. 5-1-3- Les lignées pures : Une lignée pure est la descendance d'un individu homozygote se reproduisant par autogamie. Cette descendance est constituée d'individus identiques entre eux à l'intérieur d'une génération (homogénéité) et identiques entre eux d'une génération à l'autre (stabilité). La lignée pure (un seul génotype homozygote) permet : • Une grande homogénéité (compatible avec l'agriculture moderne récolte, semis) • Une grande stabilité (possibilité pour l’agriculteur de semer une partie de sa récolte) 5-2- L’allogamie : 5-2-1- Définition : Lorsque l’allopollen est utilisé, on parle de fécondation croisée ou d’allogamie. Dans la nature, la plupart des espèces sont allogames, la pollinisation est généralement anémophile ou entomophile. 5-2-2- Les mécanismes de la fécondation croisée (l’allogamie): a) séparation des sexes dans l’espace : - Plantes monoiques : les inflorescences ♂ et ♀ sont séparées, mais situées sur une même plante : maïs, melon, noyer, concombre, etc. - Plantes dioïques : les sexes sont séparés sur des plantes ♂ et des plantes ♀: palmier dattier, etc. b) séparation des sexes dans le temps : Lorsque les organes sexuels n’arrivent pas à maturité en même temps sur la même fleur, on parle de dichogamie (2 cas) c) barrières morphologiques : Chez certaines légumineuses, le stigmate est protégé par une colonne staminale formée par des filets soudés entre eux. L’ouverture de cette colonne sous le poids des insectes (abeilles) met les stigmates en contact avec l’allopollen attaché aux corps de ces insectes, ainsi la fécondation croisée est assurée (luzerne). d) Auto-incompatibilité et stérilité mâle: 1- Auto-incompatibilité : absence d’aptitude pour une plante à donner des semences (graines) lorsqu’elle est autofécondée, bien qu’elle puisse donner des semences normales par la fécondation croisée. Son pollen est actif sur une autre plante. 5 C’est le résultat de l’action de gènes de type S qui sont des séries alléliques S1, S2, S3, S4, S5, S6…………….. Il existe deux types principaux de l’auto-incompatibilité : - Incompatibilité gamétophytique ; - Incompatibilité sporophytique. a) incompatibilité gamétophytique : Déterminée par la nature haploïde du pollen ; Un gène de stérilité à un locus « S » existe sous plusieurs allèles : s1, s2, s3, s4,.….sn. Si l’un des allèles du stigmate est identique à l’allèle du pollen, il y a inhibition, et le tube pollinique après germination, ne pénètre pas dans le style. b) incompatibilité sporophytique : Le pouvoir fécondant du pollen est sous l’action du génotype (2n) de la plante dont il est issu, et non de son génotype haploïde. Exp. Un grain de pollen s1 provenant d’une plante s1s2 ne pourra pas féconder une plante s1s2ou s2s3, mais fécondera une plante s3s4. Dans ce système, on peut trouver aussi des relations de dominance ou de compétition entre les allèles « S » qui peuvent déterminer lequel des allèles donnera au grain de pollen sa compatibilité ou son incompatibilité. Exp. Si on croise une plante s1s2(♀) avec une plante s1s3(♂) ; -Cas de l’incompatibilité gamétophytique : s3 est bien compatible. 2- Stérilité mâle (androstérilité) : Elle se manifeste par l’absence de pollen fonctionnel ou l‘avortement des étamines. Il existe en réalité trois types d’androstérilité : a- stérilité mâle génique : Elle est contrôlée par l’action des gènes spécifiques. Un seul gène récessif (ms) contrôle la stérilité mâle génique. Les allèles de stérilités ont des homologues dominants Ms qui eux induisent la fertilité. msms (♂ stériles) X MsMs (♂ fertiles) « ♀ » «♂ » F1 : 100% ♂fertiles : Msms Msms⊗ →F2 : ¼ MsMs ; ½ Msms ; ¼ msms Population : ¾ ♂ fertiles (Ms-) + ¼ ♂ stérile (msms). 6 b- stérilité mâle cytoplasmique : Elle est due à un facteur cytoplasmique de type S qui entraine la stérilité des descendants. Le cytoplasme des descendants provient de uploads/Ingenierie_Lourd/ amelioration-genetique-des-plantes.pdf