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INFLUENCE DE LA CONCENTRATION DES COMPOSANTES DU MILIEU AU DÉBUT. DE LA PHASE D'INDUCTION EN CULTURE IN WTRO D ' ~ R E S D'ORGE Mémoire présenté à la Faculté des études supérieures de 1 'Université Lavai pour l'obtention du grade de Maître ès Sciences (M-Sc.) Département de Phytologie FAcULTÉ DES SCIENCES DE L'AGRICULTURE ET DE L'ALIMENTATION UNIVERS~~É LAVAL O Liette Laroche, 1998

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INFLUENCE DE LA CONCENTRATION DES COMPOSANTES DU MILIEU AU DÉBUT. DE LA PHASE D'INDUCTION EN CULTURE IN WTRO D ' ~ R E S

D'ORGE

Mémoire

présenté à la

Faculté des études supérieures de 1 'Université Lavai

pour l'obtention

du grade de Maître ès Sciences (M-Sc.)

Département de Phytologie

FAcULTÉ DES SCIENCES DE L'AGRICULTURE ET DE L'ALIMENTATION UNIVERS~~É LAVAL

O Liette Laroche, 1998

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La culture d'anthères est une technique d'haplodiploïdisation permettant de simplifier

et de raccourcir les délais nécessaires à la production de nouveaux cultivars d'orge.

Cependant, les faibles taux d'embryogenèse et de régénération de plantes vertes limitent

encore l'utilisation de cette technique dans le secteur privé de l'amélioration des céréaies.

ïi semble que les conditions de culture des anthères, dès les premiers jours de mise en

culture, sont déterminantes. La concentration des ingrédients du milieu d'induction FHGL semi-liquide au de'but de la phase d'induction de la culture des anthères affecte la production

moyenne d'embryons, de plantes vertes et de plantes albinos obtenues à partir de LOO anthères.

La composition du milieu d'induction est donc critique et de très grande importance en

androgenèse, puisqu'eile permet d'améliorer la production de plantes chiorophyiiiemes.

Les travaux réalisés corroborent cette hypothèse et démontrent qu'un doublement de

tous les ingrédients du milieu d'induction FHGL, durant les quatre ou les six premiers jours de

Ia période d'induction, stimule l'androgenèse. Chez le cultivar Léger, ce prétraitement

multiplie par sept le nombre moyen de plantes vertes obtenues pour 100 anthères. Chez le

cultivar Cadette, il permet de doubler la production moyenne de plantes vertes obtenues pour

100 anthères, Les premiers jours de l'induction sont donc une étape clé de la culture in vitro

des anthères d'orge. Les modifications alors apportées au milieu de culture ont un impact

direct sur l'androgenèse et par conséquent sur le t a u de production de lignées HD.

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TABLE DES MATIÈES

Page .......................................... Résumé ................... ......... 1

Avant-propos ....................................................................................................................... II .. Table des rnatieres ............................................................................................................... III

............................................................................................................. Liste des tableaux VI

Liste des annexes ................................................................................................................ ViI

CHAPITRE I

...................... Introduction Générale ... ........................................................................ 3

CHAPITRE II REWE DE L ~ É R A T U R E

.......................................................................................................................... 2.1. L'orge ............................................................................................. 2.2. La formation du pollen

2.2.1. Les changements cytoplasmiques au cours de la méiose ................................. ............................... 2.2.2. Les changements cytoplasmiques au cours de la mitose

................................................................................... 2.2.3. La maturation du polIen 2.2.4. Le tapétum ........................................................................................................ 2.2.5. Le dimorphisme pollinique ..............................................................................

...................................................................... 22.6. Le contenu en amidon du pollen 2 3 . L ' haplodiploïdisation ....................... .. .....................................................................

2.3.1. La culture d'anthères ........................................................................................ .................................... 2.3.1.1. La paroi de l'anthère en androgenèse in vino

2.3.1.2. Les plastes en androgenèse in viro .................................................... 2.3.1.3. L'induction du dimorphisme poUinique par la culture in vitro des

.............................................................................................. anthères 2.3.2. La stimulation de l'androgenèse par des prétraitements des anthères ou du

matériel végétal ................................................................................................ ............................... 2.3.2.1. Les prétraitements au froid du matériel végétal

.......................................................... 2.3.2.2. Les prétraitements au mannitol ................ . 2.3 2.3. Les prétraitements impliquant des doses variées de sucres

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2.3.2.4. Autres prétraitements des anthères ou du matériel végétal ................ 2.3.3. Les milieux de culture in vitro .........................................................................

2.3.3.1. Les milieux solides ............................................................................. 2.3 .3.2. Les milieux liquides ........................................................................... 2.3.3.3. Les d e u x semi-liquides ..................................................................

. 2.3 -3 .4 Les milieux solidifiés à 1' amidon ............................................... 2.3.3.5. Le potentiel osmotique des milieux de culture in vitro ......................

. 2.3 .4 La vanation garnétoclonale .............................................................................. 2.3.5. L'albinisme .....................................................................................................

........................................................................................... 2.4. L'hypothèse de recherche

CFIAPITRE III MATÉRDEL ET &THODES

...................................................................................................... 3.1. Le matériel végétal

3.1.1. Le génotype des plantes-mères ........................ ..., ......................................... 3.1.2. L'environnement et les conditions de croissance des plantes-mères ................

....... ......................... 3.1.3. Le prélèvement du matériel végétal ...................... ,. .. .............................. 3.1.4. L'évaluation du stade de développement des microspores

........................................................................................................ 3.2. La culture in vitro

3.2.1. Les milieux de prétraitement. le milieu d'induction et le milieu de

..................................................................................................... régénération

3.2.2. La mise en culture des anthères, leur prétraitement et le transfert des

.......................................................................................................... embryons

.......................................................................................... 3.3. Le dispositif expérimental

CHAPITRE IV WSULTATS ET DISCUSSION

................................................................................................................. 4.1. Introduction 50 . . 4.2. Essais sur l'orge possédant une bonne réponse androgen~que, cv . Léger ................... 52

4.2.1. Effets d'un pdtraitement des anthères impliquant un changement global de

la concentration des ingédienrs du milieu FHGL semi-liquide ...................... 52

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Page 4.2.2 . Effets d'un prétraitement des anthères impliquant un changement de la

concentration du maltose du milieu FHGL semi-liquide .............................. .. 56 4.2.3. Effets d'un prétraitement des anthères impliquant un changement de la

concentration des sels du miiieu RIGL serni-liquide ...................................... 57

4 3 . Essais sur l'orge possédant une mauvaise réponse androgénique, cv . Cadette .......... 57

4.3.1. Effets d'un prétraitement des anthères impliquant un changement global de

la concentration des ingrédients du milieu FHGL semi-liquide ................... ... 57

4.3.2. Effets d'un prétraitement des anthères impliquant un changement de la

................................ concentration du maltose du milieu FHGL semi-Liquide 58 4.3.3. Effets d'un prétraitement des anthères impliquant un changement de la

....... ...*.................... concentration des sels du milieu FHGL semi-liquide .. 61

4.4. Les interactions entre la durée du prétraitement et la dose des in,& dents dans le

........................ ..............................*................................ milieu de prétraitement ... 62

4.5. Discussion concernant les effets des prétraitements des anthères sur la réponse

............................................................................................... androgénique de l'orge 62

5.1. Retour sur l'hypothèse de recherche .......................................................................... 68

5.2. Essais d'application du prétraitement «Tous 2x» en production de lignées ID d'orge de printemps ................................................................................................... 69

5.2.1. Première tentative d'application du prétraitement «TOUS 2x» ii Ia production

............................... .......................... de Lignées HD d'orge de printemps ... 69

5.22. Deuxième tentative d'appiication du prétraitement «Tous 2x2 à Ia production .................................................................. de lignées HD d'orge de printemps 70

5.3. Perspectives d'optimisation du prétraitement des anthères ...................................... 70

5.4. impacts de la culture des anthères en amélioration des céréales ................... ...... 7 1

Références bibïiographiques ............................................................................................... 73 ......................................... .....*................................ Annexes .... 81

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LISTE DES TABLEAUX

Tableau 3.1. Liste des composantes du milieu FHGL semi-liquide et solide, à la

concentration « I x» des composantes ......................... .. ............................ 47

Tableau 3.2. Milieux et volumes de prétraitement et de remplissage utilisés pour une

.................................................. phase d'induction effectuée en deux étapes 48

CHAPITRE IV

Tableau 4.1. Analyse de la variance et des contrastes pour le nombre d'embryons, de

................... plantes vertes et de plantes albinos par LOO anthères, cv. Léger 53

Tableau 4.2. Analyse de la variance et des contrastes pour le nombre d'embryons, de

plantes vertes et de plantes albinos par 100 anthères. cv. Cadette ................ 54

Tableau 4.3. Production moyenne d'embryons, de plantes vertes et de plantes albinos

par 100 anthères pour quatre doses de l'ensemble de tous les ingrédients.

................. du maltose ou des sels du milieu RIGL semi-liquide. cv. Léger 55

Tableau 4.4. Pourcentage d'albinisme (%) obtenu pour quatre doses de l'ensemble de

tous les ingrédients, du maltose ou des sels du milieu FHGL semi-liquide,

........................................................................................................ cv. Léger 56

Tableau 4.5. Production moyenne d'embryons. de plantes vertes et de plantes albinos

par 100 anthères pour quatre doses de l'ensemble de tous les ingrédients, .............. du maltose ou des sels du milieu FHGL semi-liquide, cv. Cadette 59

Tableau 4.6. Pourcentage d'albinisme (%) obtenu pour quatre doses de l'ensemble de

tous les ingredients, du maltose ou des sels du milieu FHGL semi-liquide,

CV. Cadette ..................................................................................................... 60

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LISTlE DES ANNEXES

Annexe A

Annexe B

Annexe C. 1

Annexe C.2

Annexe D

Annexe E

Annexe F. 1

Annexe F.2

Annexe F.3

Stades de dévetoppement des microspores uninucléées utilisées en culture

in vizro d'anthères chez l'orge ....................................................................

................. ................... Numérotarion déatoire des prétraitements ....

.......................................... Plan des répétitions et des sous-blocs, cv. Léger

...................................... Plan des répétitions et des sous-blocs, cv. Cadette

Protocole de préparation d'un litre de milieu d'induction FHGL

................ semi-liquide et d'un Litre de adieu de régénération FHGL solide

Mesure de ta pression osmotique des milieux utilisés pour les

...................... prétraitements des anthères au début de la phase d'induction

Production d'embryons par 100 anthères pour quatre doses de l'ensemble

de tous les in,+dients, du maltose ou des sels du milieu FHGL semi-

liquide. appliquées en prétraitement des anthères, pendant les quatre ou les

six premiers jours de la phase d'induction, cv. Léger et Cadette ..................

Production de plantes vertes par 100 anthères pour quatre doses de

l'ensemble de tous les ingrédients, du maltose ou des sels du milieu FHGL semi-liquide, appliquées en prétraitement des anthères, pendant les quatre

ou Les six premiers jours de la phase d'induction, cv. Cadette .....................

Production de plantes aibinos par 100 anthères pour quatre doses de

l'ensemble de tous les ingrédients, du maltose ou des sels du milieu RIGL

semi-liquide. appliquées en préfraitement des anthères, pendant les quatre ..................... ou les SLY premiers jours de la phase d'induction, cv. Cadette

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paae Annexe F.4 Production de plantes vertes par 100 anthères pour quatre doses de

l'ensemble de tous les ingrédients, du maltose ou des seis du milieu FHGL semi-liquide, appliquées en prétraitement des anthères, pendant les quatre ou les six premiers jours de la phase d'induction, cv. Léger ........................ 92

Annexe F.5 Production de plantes albinos par 100 anthères pour quatre doses de l'ensemble de cous les ingrédients, du mdtose ou des seis du milieu FHGL

semi-Liquide, appliquées en prétraitement des anthères, pendant les quatre

ou les six premiers jours de la phase d'induction, cv. Léger ............-......,.. 93

Annexe G Tableau des coefficients attribués aux traitements ................... .... ........ 94

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La production de nouveaux cultivafs de céréales à l'aide des techniques

d'haplodiploïdisation est en pleine expansion. En effet, ces techniques ont une répercussion

importante dans le secteur agricole. Elles offrent Ia possibilité d'accélérer les programmes de

sélection (Bonjean, 1995). Chez l'orge, la production rapide d'un matériel homogène dont les

caractères génétiques sont fixés et stables caractérise les techniques d'haplodiptoïdisation.

Cette caractéristique offre de très grands espoirs, car les délais nécessaires à la production de

nouveaux cultivars de céréales Fiés ou de nouvelles lignées fixées peuvent être raccourcis de

deux à quatre années par rapport aux délais requis par les techniques conventionneiies. Les

cultivars générés avec les techniques d'amélioration conventionnelles sont des descendants

d'hybrides F 1 issus de croisements intraspécifiques dont les caractéristiques génétiques sont

fixées et sélectionnées en même temps au cours d'une dizaine d'autofécondations successives

(Bonjean, 1995).

Les techniques d'hapIodip1oïdisation permettent de créer de nouvelles variétés fixées

directement à partir d'hybrides Fi ou F2, ou à tout autre stade de sélection d'un programme

d'amélioration (Xu, 1990). Une population de plantes haploïdes doublées (HD) homozygotes,

représentative de la variabilité des gamètes parentaux, peut étre régénérée en un cycle

seulement à partir des gamètes d'un individu hétérozygote {Bonjean, 1995). La sélection du

nouveau matériel est plus f a d e et plus fiable, car les plantes haploïdes doublées sont

homozygotes et elles sont facilement caractérisables. Les gènes dominants, partiellement

dominants ou récessifs sont exprimés; il y a absence de masquage ou d'hédrosis dans le

génome des lignées d'orge HD. Lorsqu'une évaiuation ou une sélection est réalisée dans une

population de lignees HD d'orge pour des caractères comme Le rendement, la qualité du grain

ou la résistance à une maladie, les caractères sélectionnés sont obligatoirement présents et

transmis à la descendance Iors de la multiplication de la semence, car l'orge est une espèce autogame.

Les techniques d'haplodiploïdisation offrent aussi de nombreux avantages en

phytogénétique. Les plantes obtenues via I'haplodiploïdisation permettent d'ktudier les gènes

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et les relations qui existent entre eux. Les HD sont un excellent matériel pour la cartographie

génétique et l'identification de marqueurs moléculaires liés à des traits phénotypiques, à un

gène ou à une région d'un chromosome.

La culture d'anthères est une technique d'haplodiploïdisation réalisée depuis pIus de

vingt ans. Cependant, des dificultés subsistent quant à la production B grande échelie de

nouveaux g6notypes furés par cette technique d'androgenèse Ur virro. k s problèmes majeurs

se manifestent surtout au niveau de la régénération de plantes vertes, en raison d'une mauvaise

aptitude de certains ghotypes à I'androgenèse in vitro (Pickering et Devaux, f 992). Chez

I'orge, le taux de production de plantes haploïdes et haploïdes doublées chiorophylliennes est

souvent faible et, Iorsqu'il y a formation de plantes, elles sont souvent déficientes en

chlorophylle, c'est à dire albinos. Ces problèmes limitent l'utilisation de cette technique

d'haplodiploïdisation dans le secteur de l'amélioration de l'orge. Des recherches pour

améliorer la technique de culture in vitro des anthères, ainsi que les milieux de culture in virro

sont impératives.

Dans le cadre de cette maîtrise en biologie végétale, on a donc réalise des travaux de

recherche consacrés à la stimulation de l'androgenèse in vitro et de la régénération de plantes

vertes en culture d'anthères chez l'orge de printemps.

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II- REVUE DE LITTÉRATURE

2.1. L'orge

L'orge fait partie des cultures ciréalières les plus anciennes. Elle appartient à la grande

familie des Poaceae, à Ia tribu des Triticeae, au genre Hordeurn et à l'espèce vulgare (Man et

Ullrich, 1993). Cene céréale possède une grande adaptation écologique et seul le blé possède

une adaptation aussi vaste. A l'échelle mondiale. la production d'orge se divise en trois grands

secteurs: l'alimentation humaine et animale, l'industrie brassicole et d t i f e r e , ainsi que le

secteur de [a semence (Poehlman, 1985).

L'orge est une espèce autogame qui se reproduit par autofécondation

(autopollinisation). La majorité des espèces d'orge est diploïde (2n = 14)- bien qu'il existe des

espèces tétraploïdes (2n = 28) et des espèces hexaploïdes (2x1 = 42) (Nilan et UIlrich, 1993).

Le pool génétique le plus couramment utilisé se limite à deux espèces: Hordeurn vulgare et

Hordeurn sponraneum (ancêtre sauvage, 2n = 14). L'information génétique de l'orge est

répartie dans trois génomes différents: le génome nucléaire, le génome mitochondrial et le

génome ckloroplastique. Le génome principal est le génome nucléaire. Il est constitué de

5'5x109 paires de bases, constituant 50 000 gènes fonctionnels. Environ 75 pour-cent de ce

génome nucléaire est consutu6 de séquences répétées et 25 pour-cent de séquences non

répétées (Nilan et Wrich, 1993).

2.2. La formation du poiien

Chez les plantes sup&ieures, la reproduction sexuée débute par la formation de

gamètes haploïdes à partir de cellules somatiques diploïdes. La transition de la phase

sporophytique (2n) vers la phase gamétophytique (n) se fait par une division méiotique de

cellules siniées au niveau des organes de reproduction (Stanley et Linskens, 1974). Chez

l'orge, les deux partenaires de la reproduction sexuée sont les ovaires, qui contiennent les

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gamètes femelles, et les anthères, qui contiennent les gamètes mâies (Malik et Sanjeev, 1992).

L'anthère est formée de plusieurs couches de cellules. Dans l'ordre de l'extérieur vers

l'intérieur, ces couches sont: l'épiderme, I'endothécium, les assises transitoires, le tapétum et

le tissu sporogène (Chapman, 1987). Le tissu sporogène est constitué d'un seul type de

cellules qui se développent de façon synchrone et identique (Stern et Hotta, 1968). Au cours

du développement de i'anthère, les cellules du tissu sporogène cessent toute division mitotique

au profit de la division méiotique, qui est essentielle à la formation des gamètes mâles

haploïdes: le pollen (Chaprnan, 1987; Malik et Sanjeev, 1992; Shivana et al., 1979; Stanley et

Linskens, 1974).

2.2.1. Les changements cytoplasmiques au cours de la méiose

La méiose, qui d o ~ e naissance à des tétrades de cellules haploïdes, est composée de

quatre phases principales: la prophase, la métaphase, l'anaphase et la télophase (Dickinson,

1987).

La prophase se divise en cinq stades. Le premier est le stade leproténe et le deuxième

est le zygotène. Pendant ces deux stades, la chromatine se condense et des chromosomes bien

définis sont visibles. Ces chromosomes s'apparient avec leurs homologues. Le troisième stade

est le stade pachytène. Les enjambements entre les chromatides de%utent pendant ce stade. Les quatrième et cinquième stades de la prophase sont respectivement le stade diplotène et le stade

diakinèse. où les chromosomes homologues se condensent encore plus et où les chiasmas

(sites d'enjambement) deviennent visibles (Dickinson, 1987).

Lorsque la prophase est complétée, la cellule entre en métaphase. Pendant cette

deuxième phase, les chromosomes homologues s'alignent au centre de la cellule pour former

la plaque équatoriale. Ensuite, pendant l'anaphase, les chromosomes migrent vers les pôles de

la cellule. Finalement, lors de la télophase, les chromosomes se concentrent aux pôles de la

cellule et il y a formation de noyaux distincts délimités par une enveloppe nucléaire

(Dickinson, 1 987).

Chez les angiospermes, chaque fois qu'une cellule ou un groupe de cellules s'engage

dans un nouveau sentier morphogénétique, il y a isolation de ces cellules. Dans les anthères, le

de%ut de la méiose se caractérise par une déposition de cailose (paroi de polysaccharides)

autour des cellules-mères du pollen, contrairement aux cellules somatiques qui s'entourent

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d'une paroi de ceiIulose (Stem et Hotta, 1968). Ce dépôt de callose isole sélectivement les

méiocytes et, dans ces cehies, l'entrée de certaines classes de molécules est facilitée, bloquée

ou retardée (Shivana et al., 1979). L'isolation des méiocytes joue un rôle important dans le

déroulement normal de la méiose. La transition de la phase sporophytique vers la phase

gamétophytique de'bute après l'isolation des méiocytes (Shivana et al., 1979; Dickinson et

Heslop-Harrison, 1977).

Pendant la méiose, les cellules méiotiques subissent de nombreux changements

stmcturaux, physiologiques et biochimiques, spécialement pendant la prophase méiotique

(Dickinson et HeslopHarrison, 1977; Sangwan, 1986). Les ARNr (acides ribonucléiques

ribosomiques), les ARNm (acides ribonucléiques messagers) et une partie de la population

ribosornique disparaissent pendant le stade leptotène et le stade tygotène de la prophase

méiotique. Au même moment, ii y a un arrêt de la synthèse de I'ARNn (acide ribonucléique

nucléaire). Dickinson (1987) suggère que la dégradation des ARN du cytoplasme soit plus

rapide pendant les stades leptorène et zygutène, car un niveau élevé d'enzymes hydrolytiques a

été observé dans le cytopIasme des celiules à ces stades de la division méiotique. L'arrêt de la

synthèse de I'ARN nucIéaire et l'augmentation de son taux de dégradation seraient à l'origine

de Ia diminution du nombre de molécules d'ARN observées dans le cytoplasme. Cette

diminution a pour fonction l'élimination des molécules porteuses de l'information

sporophytique. Les gènes codant pour les caractères sporophytiques cessent alors de

s'exprimer et Ie processus de différenciation gamétophytique s'accélère, car le génome

gamétophytique haploïde commence à s'exprimer (Dickinson et Heslop-Harrison, 1977;

Dickinson, 1987). Cette phase de grand nettoyage permet donc de passer aux étapes suivantes

de la formation du pollen.

Les mitochondries et les plastes sont conservés au cours de la méiose, mais sous une

forme très dédifférenciée. Les plastes sont les organites à l'origine des chloroplastes, des

chromoplastes et des leucoplastes dont les arnyIoplastes (Arms et Camp, 1987). Les

mitochondries et les plastes subissent une réorganisation interne importante pendant la

prophase. Au cours de Ia prophase, les mitochondries perdent progressivement leur structure

interne et se dédifférencient rapidement (Dickinson et Heslop-Harrison, 197 1; 1977). En plus,

la réplication des plastes cesse au début de la prophase méiotique. Pendant la leptotène, les

plastes perdent progressivement leur contenu en amidon. Iis subissent une simplification

structurale dont une regression du système lamellaire (Dickinson et Heslop-Harrison. 1977;

Shivana et al., 1979) et la perte d'une partie de Ipur contenu nbosomique (Dickinson et

Heslop-Harrison, 1977). Pendant le stade zygutène, les mitochondries et les plastes ne sont

plus que de petites inclusions isodiam6triques très dédifférenciées (Dickinson, 1987;

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Dickinson et Heslop-Harrison, 1971; 1977; Shivana et al., 1979). Les plastes atteignent ur

maximum de simplification au stade pachytène (Shivana et al., 1979).

À la fm du stade tétrade et au début du stade microspore du poilen, les rnitochondriez

et les plastes se redifférencient pour retrouver leur forme d'origine (Dickinson, 1987; Shivam

et ai., 1979). À ce moment, les ribosomes réapparaissent dans le cytoplasme et les

amyloplastes accumulent de nouveau de l'amidon. Au terme de la méiose, Ies quatre

microspores haploïdes formées contiennent des amylopIastes, des mitochondries, des

dictyosomes, des ribosomes, un réticulum endoplasmique, des gouttelettes de Lipide et des

vacuoles. Ces organites sont distribués au hasard dans le cytoplasme de la microspore

(Schroder, 1985).

2.2.2. Les changements cytoplasmiques au cours de la mitose

En générai, après la méiose, on observe une, deux ou trois divisions mitotiques dans la

microspore. Après la ou les divisions mitotiques (le nombre de division est propre à l'espèce),

la microspore mature est appelée «grain de pollen» (Stanley et Linskens, 1974). La première

division mitotique marque le remplacement définitif de la phase sporophytique par la phase

gamétophytique. Cette mitose haploïde indique la fin du stade dédifférencié réversible et le

début du stade différencié irréversible du grain de pollen (Sangwan et Sangwan-Norreel,

19876).

La microspore fraîchement libérée de la tétrade contient un gros noyau cenaal entouré

d'un cytoplasme normalement constitué (Shivana et John. 1979). Pendant Ie processus de

maturation, la microspore gonfle, son noyau migre d'un côté de la cellule et il y a formation

d'une grande vacuole à l'opposé du noyau (Shivana et John, 1979). Avant la première mitose,

la microspore possède une vacuole centrale et un cytoplasme qui, distribué en périphérie,

contient les organites (Sangwan et Sangwan-Norreel, 198%). Après la migration du noyau,

une réorganisation cytoplasmique provoque une redistribution polarisée des organites du

cytoplasme. Les plastes et les mitochondries s'éloignent du noyau (Shivana et Job, 1979).

Les plastes migrent vers Ia partie proximale du cytoplasme où ils se regroupent. Le cytoplasme

entourant le noyau en division contient uniquement des mitochondries (Schroder, 1985).

La réorganisation cytopIasmique est suivie d'une division nucléaire asymétrique qui

provoque la formation d'une celïule végétative et d'une cellule générative. Le noyau génératif

apparaît sous une forme condensée. Il d o ~ e naissance aux deux noyaux impliqués dans la

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fertilisation de l'ovule. Le noyau végétatif demeure relativement gros et il est impliqué dans 1:

formation et la croissance du tube pollinique lors du processus de fertilisation (Stem et Hotta

1968).

De façon générale, les plastes sont absents de la cellule générative (Stiivana et Johri.

1979; Schroder, 1985). Par contre, le cytoplasme de la cellule végétative contient des plastes

(Shivana et Johri, 1979). L'absence de plastes dans la cellule g6nérative n'est pas seulement Ie résultat de la réorganisation polaire du cytoplasme, mais aussi l'effet d'un mécanisme

provoquant Ieur destruction (Shivana et John, 1979). La destruction des plastes de la ceUule

générative a pour conséquence génétique la transmission uniparentde maternelle des plastes à

la descendance (Schroder, 1985).

2.2.3. La maturation du pollen

À la suite de la division asymétrique de son noyau, le pollen entre en phase de

maturation. Pendant cette phase, des réserves nutritives s'accumulent, surtout sous forme

d'amidon et de Lipides, dans le grain de pollen. Le nombre d'organites augmente dans le

cytoplasme. Des plastes se différencient en amyioplastes et les parois du grain de pollen se

complètent (Sangwan et Sangwan-Norreel, t 987b). À la fin de cette période de maturation, les

grains de pollen sont prêts à assurer leur fonction de gamète mâle.

Le terme «grain de pollenn désigne la stnicture, qui provenant d'une division mitotique

du noyau de la microspore, contient un noyau végétatif et un noyau génératif. Ainsi, les termes

«microspore» ou «poIlen immature- devraient être attribués uniquement aux structures

haploïdes uninucléées libérées des tétrades après la méiose, et le terme «pollen» devrait être

utilisé uniquement pour identifier les structures haploïdes binucléées ou trinucléées.

Pendant la formation et Ia maturation du polien, une température trop élevée ou des

facteurs externes comme une exposition aux rayons X, une irradiation des gamètes ou une

application de produits chimiques peuvent engendrer la stérilité poilinique (Stanley et

Linskens, 1974). Le pollen est particulièrement sensible à la température pendant la période

précédant la première division mitotique (Koller, 2943).

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Le tapénim, qui entoure le tissu sporogène, joue un rôle important dans le

développement du pollen. Le tapétum sécrète, dans le locule de l'anthère, les substrats servant

à la formation des réserves nutritives et des parois des cellules sporogènes, puis des gamètes

mâles. Les cellules du tissu tapétai hydrolysent et relâchent également les désoxyribosides

nécessaires à la synthèse de l'ADN des microspores (Stem et Hotta, 1968). Le tapétum est

donc considéré comme le tissu noumcier et tout métabolite doit passer par les cellules

tapétales pour atteindre le tissu sporogène (Shivana et John, 1979).

Après la dissoIution de la callose qui entoure la tétrade, les microspores libres sont

relâchées dans le fluide tapétal du locuie de l'anthère. Les microspores dépendent entièrement

des substances nutritives contenues dans ce fluide pour compléter leur croissance et leur

développement (Stanley et Linskens, 1974). À la fin de la phase tétrade et au début de la phase

microspore. le locule de l'anthère est donc utilisé pour le stockage temporaire de l'amidon et

de certaines autres formes de sucres (Pacini et Franchi, 1983). Les sucres synthétisés par les

tissus photosynthétiques de la plante-mère sont transloqués dans les anthères via le tapétum

(Pacini et al., 1986). Ce transfert est direct ou indirect. Les sucres transloqués indirectement

dans l'anthère, via le fluide rapétal, sont accumulés temporairement dans les cellules du

tapénim. Les cellules du tapétum accumulent aussi des substances provenant de l'hydrolyse de

la paroi de cdlose, qui entourait les tétrades, et de la dissolution de la paroi tapétale.

Pendant la phase de maturation, les tissus sporogènes de L'anthére accumulent

l'amidon et les autres sucres solubles, maintenant le pollen en condition de famine relative.

Cette privation de sucre est nécessaire au développement normal du pollen. Chez L i l i m , des

microspores isolées au stade uninucléé vacuolisé et placées sur un milieu contenant du sucrose

synthetisent beaucoup d'amidon et ce. de façon incontrôlée (Clément et Audran, 1995). Les

microspores uninucléées vacuolisées, cultivées in vitro dans leur anthère sur un milieu

contenant du sucrose, se développent normalement et atteignent la maturité sans accumuler

d' amidon dans leur cellule végétative.

L'activité de synthèse et de dégradation du tapétum évolue parallèlement au

développement du pollen (Vasil, 1967). Les changements dans l'activité du tapétum contrôlent

probablement la séquence des événements biochimiques du développement pollinique

(Stanley et Linskens, 1974). Pendant la phase post-méiotique. c'est-à-dire après la libération

des microspores des tétrades et avant l'anthèse, l'activité du tapttum est critique. À ce

moment, des facteurs externes peuvent influencer le métabolisme des cellules du tapétum et, si

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le bouleversement métabolique est trop important, il en résulte un développement anormal de:

microspores (Stanley et Linskens, 1974).

L'accumulation des sucres dans le locule de l'anthère cesse vers la fui de la phase

microspore. Pendant les dernières phases du développement pollinique, le tapétum entre en

dégénérescence et cesse de transmettre les substances provenant du sporophyte (Pacini el

Franchi, 1983). Les microspores ont alors déjà absorbé une grande partie des sucres

disponibles. Le moment de la dégénérescence du tapétum varie d'une espèce à l'autre (Stem ei

Hotta, 1968). Dans l'anthère mature, le tapétum est totalement désorganisé (Malik et Sanjeew,

1992).

Les parois de l'anthère protègent le poIZen contre toute variation nuisible de la

composition chimique de son environnement immédiat (CIément et Audran, 1995). Pendant le

développement du pollen in vivo ou in vitro dans les anthères, tous les éléments nutritifs

passent au travers du tapétum ou sont métabolisés par celui-ci avant d'atteindre les

microspores. Les cellules de I'épiderme de l'anthère et de la paroi de la microspore servent

donc à filtrer les é1Crnents nutritifs avant leur absorption par les microspores (Dunwell, 1978).

2.25. Le dimorphisme pollinique

L'aptitude des microspores à l'androgenèse semble liée au dimorphisme pollinique. Il existe des formes polliniques hapioïdes dont te développement dévie du patron de

développement normal. Ce phénomène est appelé dimorphisme pollinique. Il réfère à la

présence, dans une anthère, de microspores présentant deux morphologies différentes et qui

ont le potentiel de se développer en deux générations différentes: Ia génération

gamétophytique et la génération sporophytique (Rashid, 1983; Prakash et Giles, 1987).

La cytomorphologie des microspores capables d'embryogenèse haploïde peut différer

entre les espèces avec lesqueIIes I'androgenèse est possible. Généralement, le pollen anormal

est plus petit et il ne contient pas d'amidon (Sunderland et Huang, 1987). Chez l'orge, le maïs

et le riz, des microspores d'une taiUe supérieure à celle des grains de pollen normaux seraient

aussi embryogéniques. Chez N. tubacum cv. Burley, les microspores normales se caractérisent

par une fréquence de formation élevie, un cytoplasme fortement color6 par I'acétocarrnin

acétique et un contenu élevé en amidon. De leur côté, les microspores anomales sont petites,

elles ont un cytoplasme faiblement coIoré par l'acétocarmin acétique, elles sont dépourvues

d'amidon et, en générai, elles ont une faible fréquence de formation. Cependant, la fréquence

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de formation du pollen aberrant differe beaucoup d'une anthère à l'autre et entre les deux

locules d'une même anthère (Horner et Street, 1978). DunweIl(1978) mentionne que le pollen

anormal a un faible contenu en ARN et en protdines.

Le d6veloppernent des grains de pollen anormaux est retardé, car leur division

mitotique débute à un stade beaucoup plus tarw que celui de la population pollinique

normale. Le développement post-rnéiotique des microspores anormales est différent du

développement gamétophytique typique; il semble arrêté à la mitose. Une désynchronisation

du développement de microspores individuelles ou de groupes de microspores est donc i l'origine du dimorphisme pollinique. Si cette désyncbronisatioa n'est pas Iétaie, les spores

continuent de se développer selon leur propre programme interne et peuvent se diviser

(Sunderland et Huang, f 987).

Bien que le dimorphisme pollinique soit sous contrôle génétique, le nombre de

microspores dimorpbiques formées dans une anthère dépend des conditions de culture des

plantes-mères et des conditions environnementales auxquelles les microspores sont soumises

avant, pendant et après la méiose (Sunderland et Huang, 1987). Des conditions de culture

particulières peuvent donc induire un dimozphisme poliinique.

2.2.6. Le contenu en amidon du pollen

Les grains de pollen matures d'un grand nombre d'espèces végétaies contiennent de

deux à trois pour-cent d'amidon sur une base de matière sèche (Khattra et Malik, 1992). Le

contenu en amidon du pollen est affecté par Ies conditions d'humidité relative lors du

développement des plantes-meres. Par exemple, le pollen de Corylus avellana, Cornus m m et

Poa annua, provenant de plantes-mères maintenues en conditions d'humiditk relative élevée, a un contenu plus faible en amidon que celui de plantes-mères maintenues en conditions de

faibIe humidité relative (Kaufman, 1920).

La formation des grains de pollen est donc un processus complexe composé de

plusieurs dtapes. Des facteurs agissants sur les ktapes clefs du développement poilinique

entraînent une déviation du développement gamdtophytique. Peu de ces facteurs sont

clairement identif~ks il l'heure actuelle. Leurs effets sont cependant es importants au niveau

de l'expression des gènes des cellules-mères du pollen ou des microspores, et de la sécrétion

ou de la translocation de certains produits par la paroi de l'anthère. Ces modifications, si eues

ne sont pas létales, permettent à certaines microspores de retourner à un stade potentieilement

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sporophytique. La totipotence de telles cellules haploïdes est exploitée en haploCiploïdisation

avec les techniques d' androgenèse in vitro pour générer des plantes haploïdes ou haploïdes

doublées homozygotes.

En 1934, Johansen rapporte pour la première fois l'existence de plantes d'orge

haploïdes. La fréquence d'apparition naturelle de telles plantes est très faible et, par

conséquent, leur étude est limitée. Plusieurs tentatives infmctueuses sont réalisées pour

reproduire artificiellement de telles plantes. Cependant, quarante ans plus tard, cela devient

enfin possible grâce aux travaux de Clapham (1973). De façon simplifiée,

I'haplodiploïdisation est la production de lignées haploïdes doublées (HD) suite à un

doublement spontané ou artificiel des chromosomes de plantes haploïdes.

Les techniques d'haplodiploidisation nécessitent la production de plantes haploïdes.

Les plantes haploïdes possèdent le nombre gamétique de chromosomes. Dans le cas de l'orge

diploïde (2n = 14), le génome haploïde possède 7 chromosomes (n = 7) (Simmonds, 1988).

Les plantes haploïdes sont parfaitement viables, mais elles sont stériles et plus petites que les

plantes diploïdes (Picard et al., 1994). Le doublement spontané ou &iciel de la garniture chromosomique des plantes haploïdes permet de générer des plantes diploïdes fertiles

(Simmonds, 1988) et homozygotes, car leun deux jeux de chromosomes sont identiques.

Il existe diverses méthodes de production d'orges haploïdes: la méthode bulbosum qui

implique le phénomène de l'élimination chromosomique (Thom, 1992; Pickering et Devaux,

1992), I'androgenèse in vitro impliquant la culture des anthères ou des microspores isolées

(Pickering et Devaux. 1992; Kasha et al., 1990; Ziauddin et al., 1 WO), la culture d'ovaires non

fécondés ou de sacs embryonnaires, ou fuialement celle impliquant la présence du gène «hap» (Prakash et Giles, 1987). L'androgenèse in vitro est la méthode la plus répandue.

Les plantes régénérées via I'androgenèse sont un mélange de plantes haploïdes,

haploïdes doublées, tétraploïdes, aneuploïdes et mixoploïdes (Foroughi-Wehr et Wenzel,

1993). Chez l'orge, certains rapportent que 70 pour-cent des plantes régénérées, soit la

majorité, sont des plantes haploTdes doublkes de façon spontanée (Foroughi-Wehr et Wenzel,

1993), alors que d'autres rapportent qu'un doublement spontané des chromosomes se manifeste

dans une proportion de 30 à 100 pour-cent chez les plantes régénérées (Picard et al., 1994;

Ziauddin et al., 1990). Le niveau de ploïdie des plantes régénérées par androgenèse est

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influencé par plusieurs facteurs, comme le stade des microspores, les hormones présentes dans

le milieu et les conditions de culture (Foroughi-Wehr et Wenzel, 1993). Chez l'orge et le riz, il est possible de sélectionner une composition du milieu nutritif et des conditions de cultures Ui

vitro permettant de stimuler la production spontanée de plantes haploïdes doublées. Dans ces

cas, le doublement artificiel de la garniture chromosomique n'est plus obligatoire (Foroughi-

Wehr et Wenzel. 1993).

23.1. La culture d'anthères

La cuimre des anthères est la plus ancienne et la plus répandue des techniques

d'androgenèse in vino. En 1973, Clapham obtient les premières plantes d'orge haploïdes par

la culture d'anthères. À ITUniversité Laval, Brissette obtient les premières plantes d'orge

haploïdes en 1980. En 1990, Xu a réalisé une revue très détaillée de la littérature concernant la

culture in vitro des anthères d'orge. Essentiellement, cette technique consiste à prélever des

anthères sur des épis d'orge et à les placer sur un milieu nutritif artificiel où quelques unes des

microspores des anthères se divisent pour former des cals ou des embryons. Ces structures se

differencient ensuite pour former des plantes haploïdes ou haploïdes doublées.

Le potentiel ernbryogénique des microspores est affecté par I'état de maturité des

microspores. La microspore répond aux traitements en culture in vitro pendant un intervalle de

temps limité. La période favorable à l'induction de l'androgenèse varie selon l'espèce végétale

utilisée (Sangwan et Sangwan-Norreel, 198Tb). Chez la plupart des espèces, les microspores

dont le développement est arrivé au début ou à la moitié du stade uninucléé offrent de

meilleurs résultats en androgenèse in vino. Les microspores qui accumulent de l'amidon ou

dont le développement n'est pas assez avancé, c'est-à-dire au stade tétrade ou au stade situé

immédiatement après ie stade tétrade, ne suivent pas le sentier sporophytique in vitro

(Foroughi-Wehr et Wenzel, 1993). Chez les céréales, il existe un différentiel de maturation des

anthères d'un même épi. Les microspores provenant d'anthères situdes dans les fleurs des

épillets centraux de l'épi sont à un stade de développement plus avanck que celles des anthères

des fieun des épillets du tiers supérieur ou inférieur de l'épi (Foroughi-Wehr et Wenzel,

1993). Chez l'orge, les microspores des trois anthères de la fleur centrale de l'épillet sont à un

stade de développement plus avancé que les microspores des trois anthères des fleurs latérales.

L'androgenèse in vitro comporte trois ttapes (Picard er al. 1994): induction,

embryogenèse et régénération des plantes. La phase d'induction implique une bifurcation

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morphogénétique de la microspore à un stade précis, et un retour à la totipotence de cettc

cellule qui devient embryogénique. Pendant le passage in vitro des anthères, Ia population dc

microspores se divise en deux groupes, un premier dont les microspores dégénèrent et ui

deuxième formé de la faible portion des microspores qui se réorientent vers I'embryogenèst

(Demarly, 1986).

Deux patrons principaux d'androgenèse sont reconnus: l'androgenèse directe e

l'androgenèse indirecte. Dans le cas de l'androgenèse directe, la microspore se comportt

comme un zygote et les étapes du dbveloppement embryogénique sont similaires aux étages di

développement zygotique. Cependant, au début de son développement, I'embryor

androgénique est entouré de la paroi pollinique (Sangwan et Sangwan-Norreel, 1987b). Dan: le cas de l'androgenèse indirecte, la microspore se divise de façon anarchique principalemen

au deout du stade globulaire, ce qui provoque la formation d'un cal ne possédant aucune

symétrie. Des tiges et des racines, parfois des embryons secondaires (chez certaines espèces:

se différencient sur le cd (Sangwan et Sangwan-Norreel, 1987b).

Chez l'orge, on observe la formation de cals suite à une première mitose symétrique dc

noyau de la microspore (Wilson et al., 1978). Par la suite, chez la même espèce, on observe

trois patrons d'embryogenèse (Zhou et Yang,1980). L'embryogenèse peut se faire via des

divisions du noyau végétatif, des divisions du noyau végétatif et du noyau génératif, ou pai:

une division symétrique du noyau de la microspore uninucléée. On observe aussi, pour chacun

des patrons d'embryogenèse, différents types de cellules dont des cellules anucléées, des

cellules qui restent méristématiques pendant une longue période et des cellules qui se

vacuoIisent tôt. Les cellules anucléées ou vacuoIisées ne se développent pas au-delà de ce

stade (Zhou et Yang, 1980). Plus récemment, Huang (1984) observe que les microspores

d'orge deviennent binucléées suite à une division égale ou inégale du noyau de la microspore

et que la division inégale du noyau est prédominante.

En culture d'anthères d'orge, les microspores embryogéniques se divisent d'abord à

l'intérieur de l'exine pour former des microspores multicellulaires (MPG: multi cellular pollen

grain). Après leur formation, les MPG sont libérées dans le sac pollinique de l'anthère suite à

une rupture de l'exine. Ils y poursuivent leur déveIoppement de façon organisée ou de façon

désorganisée. Les structures formées de plus de cent cellules organisées de façon asymétrique

sont des cals (Shannon et al., 1985). Ces masses cellulaires sont indifférenciées, elles ne

possèdent aucune structure et elles sont amorphes dans leur organisation. Les structures

organisées de façon symétrique sont des embryons. Les embryons ont un méristème racinaire

et un méristème caulinaire. Ceux qui possèdent une structure organisée développent

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rapidement un axe tige-racines, des vaisseaux conducteurs, le phloème et le xylème, et ils se

développent pour former directement des plantes.

Les embryons peuvent avorter pendant les différentes étapes de l'embryogenèse. La

plupart des avortements se produisent au cours des premiers stades (Heberle-Bors, 1985).

Dans la majorité des cas, cet avortement est associe à la formation de cellules vacuoIisées,

c'est-à-dire des types celiulaires que l'on retrouve dans les cals. Pendant les premiers stades,

toutes les cellules de l'embryon peuvent se vacuoliser. Aux étapes plus avancées de

l'embryogenèse, seulement les cellules situées en surface de l'embryon peuvent se vacuoliser.

Des embryons au stade globulaire ou à des stades plus avancés de I'embryogenèse in vitro

peuvent cesser de se développer. Chez les céréales, les embryons qui ont commencé à avorter

peuvent être sauvés en modifiant la balance hormonale du milieu. Il y a alors formation de cds

embryogéniques qui peuvent développer une tige et des racines (Heberle-Bors, 1985). La

germination des embryons viables est aussi influencée par la compétition entre eux pour les

éléments nutritifs du milieu (Roberts-Oehlschlager et Dunwell, 1990).

Le taux de succès de l'androgenèse in v i m dépend donc de nombreux facteurs. Le

génotype, la variabilité génétique des mitochondries et des chloroplastes, l'état physiologique

et de santé des plantes-mères, les conditions de croissance des plantes-mères (tempkranire,

photopériode, spectre lumineux, nutrition minérale, conditions hydriques et humidité relative),

le stade de maturité et la viabilité des microspores affectent de façon importante la réussite de

I'androgenèse in vitro. Les conditions de culture in vitro jouent aussi un rôle très important.

Ces conditions sont la composition. l'état physique (liquide, semi-liquide o u solide) et le pH

du milieu nutritif (Kao et Hom, 1982). la composition de l'environnement gazeux dans les

cuvettes de culture où sont les anthères, ainsi que la température d'incubation et le degé

d'humidité relative à l'intérieur de la chambre de croissance au cours de Ia période d'induction

et d'embryogenèse (Picard et al. 1994). La densité des anthères, par rapport au voIume de

milieu d'induction utilisé, affecte également la réussite androgénique. Roberts-OehIschiager et

Dunweii (1990) ont étudié l'effet de la densité des anthères en culture in vitro. Une densité de

60 à 120 anthères par millilitre de milieu d'induction, ce qui est assez élevé, est recommandée.

Chez l'orge, le blé et le riz, I'androgenèse peut être induite avant ou après la mise en

culture des anthères. Les caractéristiques ultrastructurales du poilen androgénique ne diffèrent

pas dans les deux cas (Huang, 1984). L'induction de I'androgenèse irnpiique une dktection par

la microspore d'un certain stimulus causé par des changements dans son environnement

(Dunwell, 1978). Par exemple, chez la microspore un stimulus chimique peut lever une

dormance hormonale. Un changement dans l'environnement gazeux, comme le passage d'un

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environnement anaérobie il un environnement aérobie, peut également stimuler le processus

d'audrogenèse in vitra.

Le temps nécessaire A l'apparition des embryons en culture in vitro d'anthères dépend

du stade de maturité des anthères au moment de la culture (Horner et Street, 1978). Plus Ic poilen est mature, plus les embryons apparaissent tôt. Chez N. tabacum cv. Burley, les délais

de production de plantules diminuent avec une augmentation du degré de maturation des

anthères. De façon générale chez l'orge, du début de la mise en culture des anthères à la

régénération de plantes sevrables, il s'écoule de six à dix semaines.

23.1.1. La paroi de l'anthère en androgenèse in vitro

Les tissus de la paroi de I'anthère sont importants pour la production de cds et de

plantes vertes en culture in vitro (Wei, 1982). Le taux d'albinisme est plus élevé en cuIture de

microspores isolées qu'en culture d'anthères (Hu et Huang, 1987). On postule depuis

longtemps qu'il existe un facteur, émis par les tissus de l'anthère, nécessaire à l'androgenèse.

Ce facteur varierait en quantité ou en activité au cours du développement des anthères et serait

un facteur limitant à certains des stades de déveioppement des anthères chez différentes

espèces (Sunderland, 1974). Par contre, les succès récents obtenus en culture de microspores

isolées chez l'orge par Ziauddin et al. (1992) démontrent que les parois de l'anthère ne sont

pas irremplaçables en androgenèse in vitro.

2.3.1.2. Les plastes en androgenèse in viîro

La dédifférenciation et la redifférenciation des plastes ont un effet significatif sur

l'induction de I'androgenèse. Les plastes juvéniles, ou proplastes, sont spécifiques aux espèces

androgéniques alors que les plastes différenciés ou les arnyloplastes sont spécifiques aux

espèces non androgéniques, c'est-à-dire aux espèces peu aptes à l'androgenèse in vin-O

(Sangwan et Sangwan-Norreel, 1986; 1987a).

2.3.1.3. L'induction du dimorphisme pollinique par la culture in vitro des anthères

Certaines des microspores dimorphiques peuvent être stimulées à se diviser in virro

(Sunderland, 1974). Les microspores dimorphiques, aussi qualifiées de «poilen anormal ou

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variant>,, sont donc potentiellement embryogéniques. Mis en culture à un stade immature, le

pollen variant peut se diviser et former des embryoïdes, des cals ou d'autres formes

morphogthiques (Horner et Street, 1978). Le pollen embryogénique possède de rares

ribosomes et des mitochondries condensées. li est incapable de germination et présente le

même profil que des cellules inactives au point de vue métabolique (Rashid, 1983). De ces

constatations, on infere que le pollen embryogénique est une structure dormante in vivo qui

peut être stimulée à se diviser et à former des embryons in vitro. Indépendamment du stade de

développement des microspores au début de la culture, tous les grains de pollen

embryogéniques possèdent un noyau clairement visible et ne contiennent pas de grains

d'amidon (Horner et Street, 1978). Pendant la culture des anthères, plusieurs des microspores

uninucléées dégénèrent. Les grains de pollen variants ne sont donc pas tous embryogéniques

Plusieurs chercheurs rapportent que la culture in vitro d'anthères induit un

dimorphisme pollinique chez les microspores (Horner et Street, 1978; Rashid 1983;

Sunderland et Huang, 1987). En milieu de culture artificiel, le cytoplasme, de quelques unes

des microspores qui ne dégénèrent pas, perd graduellement la capacité de se colorer au contact

de I'acétocarmin acétique (Sunderland et Huang, 1987). Le nombre de grains de pollen

variants formés à partir de microspores uninucléées pendant la culture in vitro des anthères est

plus élevé que celui naturellement présent dans les anthères de la plante (Horner et Street,

1978). Les jeunes grains de pollen dirnorphiques produits par la culture in vitra ont les mêmes

caractéristiques de coloration et les mêmes patrons initiaux de division que les variants

naturels. Cela suggère qu'il y ait une origine commune au dimorphisme pollinique observé in

vivo et in vitro (Sunderland et Huang, 1987). Il serait également possible que les microspores

adoptent un comportement complètement gamétophytique seulement à la fin de la mitose, car

elles peuvent être déviées de cette route par la culture in vitro effectuée avant ou au début de

la phase mitotique.

Des prétraitements, sous forme de stress de différentes natures, permettent de modifier

le développement normal des microspores. Par exemple, en soumettant des épis ou des

bourgeons floraux dont les microspores sont uninucléées à des prétïaitements particuliers, il

est possible d'augmenter de façon substantielle le nombre de microspores embryogéniques par

rapport à celui déjà présent naturellement dans les anthères matures (Dunwell, 1978). La

culnue in vitro joue donc un rôle critique dans l'expression du potentiel sporophytique.

Chez l'orge, le blé et le tabac, les microspores capables de générer des plantes

haploïdes sont en fréquence faible et leur taille est inférieure à celle des microspores

gamétophytiques (Rashid, 1983). La fréquence d'apparition de ce pollen dimorphique peut

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être augmentée en altérant les conditions de croissance des plantes-mères. Chez le tabac, la

fréquence du pollen potentieIIernent embryogénique est faible chez les plantes-mères cultivées

à une température de 24°C. Les plantes-mères qui poussent il une température plus froide

(15°C) présentent une fréquence plus élevée de poiien préconditionné vers l'embryogen&se. Le

taux d'embryons f o n d s en culture d'anthères peut aussi être augmenté en prétraitant le

materiel végétal à une température de 10°C pendant dix jours. De ces phénomènes, Rashid (1983) tire la conclusion que la diffdrenciation du polIen embryogénique est un processus en

deux étapes d'abord initié sur la plante-mère, puis complété en culture in vitro. La

différenciation initiée sur la plante cause Ie dimorphisme pollinique et la différenciation qui se

fait en culture in vitro conduit à fa fonnation d'embryons.

Les variants produits en culture in vitro possèdent un potentiel de développement

embryogénique supérieur a celui des variants naturellement formés (Sunderland et Huang,

1987). Par exemple, l'avoine, une espèce peu apte à l'androgenèse, produit un taux élevé de

pollen dimorphique in vivo (Sunderland et Huang, 1987). L'orge, une espèce possédant

généralement une bonne aptitude à I'androgenèse, présente un taux de formation in vivo de

poiien dimorphique moins élevé (Sunderland, 1974).

Certains ne croient pas que la culture in vitro provoque la formation de structures

polliniques embryogéniques. On rapporte que ce potentiel est déjà déterminé à une étape

antérieure du processus de développement du pollen (Horner et Street, 1978). Le rôle de

l'excision et de la culture du pollen immature est de fournir un environnement permettant

l'expression de ce potentiel sporophytique prédéterminé. Les travaux à l'origine de cette

&marion ont été réalisés pendant ies premières années de l'androgenèse in vitro. Depuis, les

milieux et les conditions de culture in vitro ont beaucoup évolué; ils sont devenus beaucoup

plus performants ec surtout mieux adaptés aux espèces étudiées. La mise au point de

techniques d'androgenèse plus performantes peut donc expliquer la fonnation du pollen

dimorphique maintenant observée en culture in vitro d'anthères ou de microspores isolées.

Le dimorphisme pollinique est donc le phénomène qui, exploite en androgenèse in

vitro, permet de régénérer des embryons haploïdes puis des plantes haploïdes ou HD à partir

de simples grains de poilen immatures.

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23.2. La stimulation de l'androgenèse par des prétraitements des anthères ou du matériel végétal

La réponse androgénique est un caractère héritable. Toutefois, la réponse des

genotypes peu aptes à I'androgenèse peut être stimulée en modifiant les conditions, physiques

et chimiques, de culture in vitro (Prakash et Giles, 1987). Des conditions de culture pius

appropriées aux besoins du matériel vég6tal utilisé favorisent la formation de microspores

multiceIluIaires (MPG). Particulièrement, plusieurs facteurs stimulent l'induction de

l'androgenèse en cultiire d'anthères. Par exemple, chez certaines espèces, une température de

pré-culture faible ou, pour d'autres espèces, une température de pré-culture éIevée peuvent

stimuler la division des microspores dans les anthères. La proportion entre certains éléments

du milieu de cuiture in vitro, de même que l'absence ou la présence d'une substance inhibitrice

affectent la réponse androgénique (de Fossard, 1974). Le milieu de culture artificiel possède

une composition définie lors de sa fabrication. Cependant, les anthères peuvent sécréter des

inhibiteurs ou des inducteurs d'androgenèse dans le milieu nutritif (de Fossard, 1974). La

composition exacte du milieu nutritif devient donc inconnue dès l'ajout du matériel végétal.

2.3.2.1. Les prétraitements au froid du matériel végétal

Les avis sont partagés quant à la nécessité de prétraiter le matériel végétal au froid

avant son passage in virro. Le prétraitement au froid peut, dans certains cas, stimuler, inhiber

ou n'avoir aucun effet sur l'androgenèse et la production de plantes vertes. Certains auteurs

jugent donc Ie prétraitement au froid du matériel végétal essentiel, tandis que d'autres le

croient facultatif ou nuisible. L'efficacité du froid varie énormément selon la durée du

traitement et Ia température à laquelle il est effectué. L'efficacité du traitement varie aussi

selon l'espèce, le génotype et la qualité des plantes-mères.

Les stress de température affectent la réplication de l'ADN des microspores. À des

températures froides, Ia synthèse de l'ADN est lente. Par contre, après le passage au froid, les

microspores se divisent rapidement de façon assez synchrone, ce qui favorise leur

développement sporophytique en culture in vitro (Xu et Sunderland, 1984).

La formation de plantes à partir de grains de pollen immatures nécessite une phase de

maturation pendant laquelle on induit des changements progressifs et régressifs chez la

microspore. Certains changements régressifs induisent la dégénérescence des grains de polien

immatures, mais un prétraitement au froid du matériel empêche ce phénomène (Duncan et

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Heberle-Bors, 1976: Sunderland et Roberts, 1979). Le froid a pour effets d'augmenter la

perméabilité de la paroi pollinique, de retarder le développement pollinique (Sangwan et

Sangwan-Norreel, 1987b), et de permettre la survie d'une plus grande proportion de

microspores androgéniques (Sunderland et Roberts, 1979; Sangwan et Sangwan-Norreel,

1987b). Cette survie est différentielle, car les individus faibles et non viables sont tués au

cours du passage au froid et ils prennent une coloration brune (Foroughi-Wehr et Wenzel,

1993). Après le traitement au froid, les microspores viables sont plus vigoureuses, ce qui

augmente Ies possibilités qu'elles s'orientent vers l'embryogenèse (Forouglu-Wehr et Wenzel,

1993).

Le traitement au froid du matériel végétai retarde Ie vieillissement des parois des

anthères, la détérioration de l'anthère et particulièrement la dégradation de la matrice du

tapétum. Une plus grande proportion de microspores peut dévier du patron gamétophytique

vers le patron sporophytique (Sunderland et Roberts, 1979). Cependant, avant la mise en

culture des anthères, un prétraitement au froid de plusieurs semaines, appliqué sur des épis

excises, provoque une dégénérescence du tapétum suivie de la division des microspores. Une

dégénérescence prématurée du tapétum peut donc aussi être rdiée à l'initiation de la division

des microspores (Sunderland et al., 1984).

Le préuaitement au froid du matériel végétal diminue ou arrête la production et

l'accumulation d'amidon dans les microspores (Wilson et al., 1978; Foroughi-Wehr et

Wenzel, 1993). Une exposition au froid de deux à trois jours provoque aussi une réduction

drastique de l'activité métabolique des anthères, ce qui bloque Ie développement d'un plus

grand nombre de microspores à la première mitose haploïde. Lors de la culture des anthères,

ce retardement de la première mitose provoque une division atypique des microspores et

l'induction de l'embryogenèse haploïde (Vasil, 1980).

La température affecte grandement l'intégrité des microtubules, les organites

protéiques responsables de la migration des chromosomes vers les pôles de la cellule après la

formation de la plaque équatoriale (Dustin, 1978). Les microtubules ont une strucrure tubulaire

allongée et sont constitués d'un assemblage de sous-unités protéiques: la tubuline. La longueur

des microtubules varie rapidement par l'assemblage ou le désassemblage de la tubuhe. La température affecte le taux de liaison et de séparation de la tubuiine. Chez Lilium longiJ?on<m

et d'autres espèces, le froid provoque un désassemblage de la tubuline, ce qui empêche fa

migration n o d e des chromosomes vers les pôles de la cellule en division (Dustin, 1978).

En androgenèse in vitro, les prétraitements au froid ont un effet bénéfique sur certains

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gknotypes, neutre ou nuisible sur d'autres génotypes (Marsolais et aL, 1984). Si Les

plantes-mères se développent en conditions de croissance optimales, l'effet promoteur du

prétraitement est minimisé et le prétraitement est inutile (Foroughi-Wehr et Wenzel, 1993).

En culture d'anthères chez N. tabacum, le stade des microspores lors du traitement au froid et

la durée du prétraitement au fioid sont cmciaux (Sunderland et Roberts, 1979). Chez certains

cultivars de blé, le froid a un effet négatif sur l'androgenèse (Marsolais et al., 1984). Chez le

riz, le prétraitement au froid des anthères n'a aucun effet stimuiateur sur la formation des cals

(Satish et al., 1995). Chez l'orge, plus précisément avec les génotypes Uger, Cadette et Igri, le passage au froid d'épis excisés ne stimule pas I'androgenèse. Chacun des génotypes se

comporte de façon similaire, avec ou sans prétraitement au froid des anthères (Ouédraogo,

1995).

2.33.2. Les prétraitements au mannitol

Chez l'orge, un prétraitement des anthères au mannitol quelques jours avant leur mise

en culture peut stimuler I'androgenèse. ll existe une relation linéaire positive entre la

concentration en mannitol du milieu de prétraitement et le nombre de plantes vertes haploïdes

doublées régénérées en androgenèse in vitro (Cistué er al., 2994). Le prétraitement au mannitol

permet d'augmenter Ie ratio plantes vertes/plantes albinos. La durée optimale du prétraitement

au mannitol est influencée par le génotype des plantes-mères. Cistué (1994) rapporte que le

rneiileur prétraitement consiste à placer les anthères trois jours sur un milieu contenant une

concentration de 0,7 M de mannitol. Les milieux de prétraitement liquides et solides ont une

efficacité s idaire .

Chez l'orge, Roberts-Oehlschlager et Dunwell ( 1990) ont démontré qu'un

prétraitement du matériel végétal de 4 jours à 25°C sur un milieu contenant 32 g/L de mannitol

est supérieur à un prétraitement de 14 jours à 4°C sur le même milieu. Le mannitol affecte

I'absorption du sucre; une grande concentration de glucose s'accumule dans les tissus de

I'anthére pendant le prétraitement au mannitol (Roberts-Oehlschlager et Dunwell, 1990). En

androgen&e in vitro chez N. tabacum, un prétraitement de deux jours au mannitol (0'5 M) provoque un stress hydrique qui stimule la formation de plantes (Harada et Imamura, 1982).

Les effets stimulateurs du prétraitement au mannitol ont donc des origines différentes. En plus,

les effets du mannitol varient en fonction de l'espèce végétale utilisée, de la durée et de la

température auxquelles le prétraitement est rédisé, et de la concentration en mannitol dans le

milieu de prétraitement.

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2323. Les préîraitements impliquant des doses variées de sucre

L'absence totale, ou à l'opposé des doses élevées, de certains sucres dans le milieu

d'incuction stimulent la division des microspores en culture d'anthères ou de microspores

isolées.

L'absence de sucre dans le milieu nutritif, pour une durée déterminée, stimule la

réplication de l'ADN et la division de la ceiIuIe végétative de la microspore, pendant ou après

la période de prétraitement. Après un transfert sur un milieu nutritif riche, des divisions de la

cellule végétative initient la formation d'un embryon (Zarsky et al., 1992). La préculture des

microspores isolées en absence de sucre permet donc de lever une barrière qui, in vivo,

empêche la réplication de l'ADN de la ceIIule végétative. Par exemple, en culture de

microspores isolées de N. tabacum, une préculture des microspores, pendant quatre à huit

jours, sur un milieu1 nutritif sans sucre stimule I'embryogenèse (Zarsky et al., 1992). De

même, un prétraitement des microspores isolées de N. tabacum avec un milieu de culture sans

sucre combiné à une température élevée (33 ou 37°C) stimule l'embryogenèse (Touraev et al.,

1996). Des microspores placées sur un milieu de culture sans sucrose pendant six jours à une

température de 25'C s'orientent aussi vers l'embryogenèse (Touraev et al., 1996). Chez le riz,

les microspores isolées, cultivées directement dans un milieu contenant du sucrose,

accumulent des grains d'amidon puis meurent un ou deux jours après leur isolation. Par

contre, la division des microspores de riz est stimulée quand elles sont préalablement

cultivées, pendant trois jours, dans un milieu exempt de sucrose (Ogawa et al., 1994).

D'un autre côté, chez Coix Eacryma, un traitement de dix minutes des anthères avec

une solution hypertonique de sucrose (0,8 M) stimule la production de cals et d'embryons.

Lorsque les anthères sont placées dans la solution hypertonique, on observe une plasmolyse

des cellules de la paroi de l'anthère de trois à cinq minutes après le début du traitement. On

observe une plasmolyse des microspores seulement cinq heures après le début du traitement.

Le traitement de dix minutes, à l'aide d'une solution contenant une forte dose de sucrose,

stimule donc l'androgenèse en provoquant des changements bénéfiques dans les tissus de

l'anthère (Wang et al., 1980). Les concentrations élevées de sucre provoquent aussi des

changement bénéfiques dans les microspores isolées de leur anthère. En effet, en culture de

microspores isolées d'orge, une augmentation de la dose de maltose, dans le milieu

d'extraction (0,250 M) et dans le milieu d'induction (0,325 M), double la production de

plantes vertes (Salmenkallio-MarttiIa et al., 1995).

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23.2.4. Autres prétraitements des anthères ou du matériel végétal

Plusieurs rypes de prétraitements des anthères et du matériel végétai sont rapportés

dans la littérature concernant l'androgenèse in vitro. Par exemple, un prétraitement des

anthères au Ficoii 400 inhibe le développement des microspores et diminue le taux de division

des microspores et la production de plantes vertes par anthère (Cistué et al., 1994). En culture

d'anthères de N. tabacum, les conditions quasi-anaérobies, obtenues Iorsque les anthères sont

placées de 30 à 60 minutes dans un enviro~ement gazeux composé de 2,5 à 5% d'oxygène et

de 95 à 973% d'azote (IV2), stimule la production de plantes (Harada et Imamura, 1982).

Placer des anthères de N. tabacum en conditions de faible pression atmosphérique, pour des

durées variant entre dix et soixante minutes, stimule aussi la formation de plantes dors qu'un

traitement de vingt-quatre heures l'inhibe (Harada et Imamura, 1982). Chez le riz, une

dessiccation lente, réalisée en plaçant des tiges coupées dans de I'eau déionisée pendant vingt-

quatre heures, ou un stress thermique de 32°C appliqué avant l'excision des anthères, stimule

la formation des cals (Saùsh et a1.,1995). Une centrifugation, des microspores de Datura

innoxia ou des épis du riz, stimule la formation de cals en culture de microspores isolées

(Sangwan-Norreel, 1977). Des inhibiteurs de la synthèse de I'ARN, comme l'actinomycine D, et des inhibiteurs du métabolisme des hydrates de carbone et des glycoprotéines, comme le

2-désoxyglucose, permettent de stimuler la formation de cals chez le blé et le riz (Md& et

Sanjeev, 1992).

Il existe donc une diversité de prétraitement des anthères ou des microspores isolées

permettant de stimuler l'androgenèse in vitro. Cependant, il est encore difficile de dégager les

grandes tendances ou les mécanismes d'action des prétraitements. Dans la littérature, les

observations rapportées, suite à l'application des différents prétraitements. sont très variées et

elles sont souvent contradictoires. On constate que les effets des prétraiternents varient selon

l'espèce, le génotype et l'âge du matériel vkgétal utilisé, selon la composition du milieu de

prétraitement et du milieu de culture et selon les conditions de cdture in vitro.

23.3. Les milieux de culture in viao

Plusieurs facteurs influencent le taux de succès en androgenèse in vitro. La

composition des milieux a une importance toute particulière. Les premiers milieux de culture

in vitro, apparus dans les années soixante pour la production de plantes haploïdes de Damra

innoxia, étaient composés de Iait de noix de coco, de miel et de quelques éléments minéraux

(Picard et al. 1994). Cependant, la composition du lait de coco et du miel varie énormément

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d'une source à l'autre. La répétabilité et le succès des expériences varient donc beaucoup.

Divers travaux de recherche ont permis de remplacer ces substances par des produits connus et

exactement dos& Chez Darura et Nicoriana, une simple solution de sucrose et de sels

minéraux est suffisante pour permettre le développement de plantes par androgenèse. Le

sucrose et le fer sont les plus importantes composantes du miIieu de culture et les sels

minéraux sont requis seulement à faible concentration (Vasil, 1980).

En 1990, Xu a réalisé une vaste revue de la littérature concernant la culture d'anthères

chez I'orge. II y mentionne qu'aucune étude systématique n'a été réalisée pour connaître les

effets des composantes du milieu de culture in vitro en androgenèse chez I'orge. Cependant,

plusieurs milieux nutritifs artificiels existent pour la culture d'anthères chez I'orge. Ils sont le

résultat de plusieurs améliorations apportées au milieu «MS» mis au point par Murashige et

Skoog en 1962 pour la culture de tissus chez k tabac. Plusieurs chercheurs ont modifié

successivement le milieu de Murashige et Skoog pour l'adapter à la culture in vitro d'anthères

et de microspores isolées chez I'orge. Linsmaier et Skoog (1965)' Clapham (1973), Foroughi- Wehr et al. (1976)' qui ont ajouté la glutamine au milieu et Kao (198 1)' qui introduit le milieu

à base de Ficoil. ont été les premiers à adapter le milieu pour I'androgenèse in vitro chez

I'orge. En 1987. Olsen améliore la réponse androgénique par une diminution du nitrate

d'ammonium et une augmentation de la glutamine dans le milieu MS modifié. En 1988,

Hunter obtient une amélioration très marquée de la production de plantes d'orge par la culture

in vitro d'anthères en remplaçant le sucrose par du maltose dans le milieu MS déjà modifié par

Olsen. Ce nouveau milieu est connu sous Ie nom &HG».

2.3.3.1. Les milieux solides

En androgenèse, l'état physique du milieu de culture in vimo est très important. II influence l'embryogenèse, la différenciation et la régénération des plantes vertes. Le premier

milieu de culture d'anthères, tel que décrit par Murashige et Skoog (1962). est un milieu de

type solide. Les agents de solidification les plus utilisés sont l'agar, I'agarose, I'agar noble et

le «Gelrite>) (GeUan Gum).

L'utilisation des miLieux solides présente plusieurs inconvénients. La solidification des

milieux ralentit le phénomène de diffusion, ce qui limite le mouvement des éléments nutritif

vers les anthères et les embryons. Les agents gélifiants se lient aux divers cations (~a2+, Mg2+, K+, ...) et à d'autres composantes du milieu numtif qu'ils immobilisent. Les embryons, qui se

développent dans. ou autour des anthères, restent étroitement groupés sur le milieu solide. 11 se

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crée dors une compétition entre les embryons pour les éléments nutritifs du milieu et l'espace

(Johansson, 1986). En plus, I'agar, l'agent gélifiant le plus couramment utilisé, contient des

substances qui inhibent I'androgenèse (Sorvari, 1986a). Ces substances provoquent un

avortement prématuré des embryons en culture d'anthères chez Nicotiana tabacum.

L'utilisation de milieu solides entraîne aussi une accumulation et une concentration de

substances inhibitrices autour des anthères. Ces substances proviennent du tissu végétai en

dégénérescence sur le milieu (Johansson, 1986).

Certains effets inhibiteurs rencontds lors de l'utilisation des milieux solides peuvent

être e?iminés ou réduits par Ia présence de charbon activé dans le milieu d'induction. Plusieurs

laboratoires de culture de tissus végétaux utilisent couramment le charbon activé (Ébert er aL,1993). Le charbon activé adsorbe plusieurs composés des milieux de culture in vitro. Il adsorbe le 6-benzyiaminopu~e (BAP) et l'acide 2'4-dichlorophénoxyacétique (2.4-D) et en

diminue la concentration dans le milieu de culture (Ébert et al., 1993). En culture d'anthères

d'Anemona canadensis L., le charbon activé adsorbe I'ABA présent dans les anthères. Le rôle

du charbon dans ce cas est semblable B celui d'un traitement au froid du matériel vegétal,

puisqu'ïl réduit Ie contenu en ABA des tissus de 70 pour-cent (Johansson et al., 1982). Le charbon activé adsorbe aussi les composés phénoliques produits par les tissus de l'anthère, les

microspores, les embryoïdes ou les cals en dégénérescence. Cependant, le charbon activé

n'adsorbe pas certaines substances, qui &mises par les tissus en culture, sont favorabks à

I'androgenèse (Johansson, 1986).

Le positionnement des anthères

Le positionnement des anthères en surface des milieux de culture solides peut affecter

I'androgenèse. Shannon et al. (1985) suggèrent que l'orientation des anthères en surface du

milieu solide est importante chez les espèces possédant de petites anthères comme les céréales.

Chez les céréales, le film de liquide formé autour des antheres par la tension de surface est très

volumineux en comparaison avec la taille des anthères. Les anthères posées a plat, c'est-à-dire

les anthères dont les deux lobes sont en contact direct avec le milieu, absorbent beaucoup de

liquide et deviennent translucides. Le pollen immature est relâché dans le F i de liquide

entourant les anthères et son développement en MPG est lent. Les anthères placées de façon à

ce que leurs deux lobes soient en contact avec le milieu de culture répondent très faiblement en

androgenèse in vitro (Hunter, 1985). Il n'y a pas ou peu de production de cals lorsque les deux

lobes des anthères d'orge, prétraitées à 4°C pendant 28 jours, sont en contact avec le rnilieu de

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culture soIide (Shannon et al-, 1985). Lorsque Ies anthères sont posées sur le côté, c'est à dire

de façon à ce qu'un seul de leurs deux lobes soit en contact avec le milieu, les microspores

situées dans le lobe inférieur se développent de façon similaire à celles des anthères dont les

deux lobes sont en contact avec le milieu solide. Cependant, les microspores situées dans le

lobe supérieur de I'anthère forment des cals (Shannon et al., 1985) et des embryoïdes (Hunter,

1985). Donc, en culture in vitro d'anthères de céréales sur des milieux de type solide, le

positionnement de l'anthére est important, car il influence la réponse androgénique.

23.3.2. Les milieux liquides

Pour éviter les effets négatifs des d e u x solides, plusieurs chercheurs se sont tournés

vers des milieux de type liquide comme ceux utilisés en culture de cellules. Les milieux

liquides sont plus efficaces que les milieux soiidif~és à I'agar pour la formation de cals en

cuiture d'anthères chez l'orge (Sorvari, 1986a). Par contre, ies embryons produits en milieux

d'induction liquides ont une aptitude à la régénération plus faible et ils forment plus de plantes

albinos que ceux produits sur des milieux solidifiés à I'agar (Zhou et al., 199 1).

Le faible taux de régénération obtenu avec les d e u x liquides provient des conditions

anaérobies auxquelles les embryons sont soumis en se développant sous la surface du milieu

(Zhou et al.. 199 1). Les milieux de culture liquides génèrent un taux élevé de cals ou de MPG.

Cependant, une grande partie de cais ou des MPG produits cesse de se développer puis meurt.

Les causes principales de la mort de ces structures sont aussi les conditions anaérobies dans

lesquelles les cals et les MPG se retrouvent après leur noyade dans Ie milieu liquide (Xu,

1990). En conditions anairobies, les cellules des cals produisent du lactate et des alcools

déhydrogénases. L'accumulation d'acide lactique et d'autres acides organiques dans les

cellules peut endommager les organites et conduire à la formation de plantes albinos (Kao et

al., 1991). Le faible taux de différenciation et la noyade des embryons limitent donc

l'utilisation des milieux liquides en culture d'anthères (Kao, 198 1).

D'un autre côté, les conditions anaérobies provoquées en milieu liquide ne nuisent pas

à la régénération des plantes d'orge vertes (Zhou et al., 1991). L'effet d'un manque

d'oxygène, s'il est prdsent, est compensé par d'autres qualités du milieu liquide. Par exemple,

les milieux liquides offrent une plus grande accessibilité aux éléments nutritifs par rapport aux

milieux solides (Johansson, 1986; Zhou et aL, 1991).

L'utilisation d'un milieu de culture ih vitro liquide nécessite un ajustement du nombre

d'anthères par unité de volume (Johansson, 1986). En effet, si le nombre d'anthères par unité

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de volume de miiieu utilisé dans les cuvettes de culture est trop élevé, il y a une inhibition de

l'androgenèse suite à l'épuisement des éléments nutritifs et à l'accumulation de substances

inhibitrices dans le milieu. Si le nombre d'anthères par rapport au volume de milieu utilisé est

trop faible, il y a inhibition de I'androgenèse par diiution, dans un trop grand volume, des

substances conditionnates produites par les tissus vivants en culture.

Les milieux liquides, tout comme les milieux solides, présentent donc une série

d'avantages et d'inconvénients en androgenèse in vitro. Dans la Iittérature, les opinions sont

donc très variées et peuvent être influencées par plusieurs facteurs dont l'espèce végétale.

2333. Les milieux semi-liquides

En 1981, Kao introduit un nouveau type de milieu pour la culture des anthères d'orge.

Au miiieu d'induction liquide, il ajoute du Ficoll, un polymère neutre. Cet ingrédient

augmente la pression osmotique et la densité du milieu, le rendant plus visqueux. Cela

empêche la noyade des anthères, des microspores, des embryons ou des cals. Les structures ne

sombrent plus sous la surface du milieu, ce qui permet un meilleur échange gazeux entre les

cellules en division active et leur environnement. En culture d'anthères de blé, l'addition de

200gL de Ficoli au milieu d'induction augmente la densité du milieu, le pourcentage de cais

flottants et le ratio plantes verteslplanrcs albinos. Toutefois, la présence du FicoU diminue de

façon significative la production de cals et le nombre total de plantes vertes régénérées. En

plus, l'addition de Ficoll au milieu de cuIture augmente significativement le coût de

fabrication des milieux, ce qui rend l'utilisation de ce produit peu souhaitable (Zhou et al..

1992).

Les avis sont donc partagés quant à I'eficacité du Ficoll comme support physique dans

les milieux d'androgenèse in vitro. La technique utilisée pour la stérilisation du FicoIl en

solution pourrait être en partie responsable de ces observations contradictoires, mais cela est

difficile affirmer. Dans la plupart des cas, les auteurs ne précisent pas la technique utilisée

pour st6riliser les solutions de Ficoli. Les compagnies qui commercialIsent ce produit précisent

de ne pas autoclaver le Ficoli. Les effets bénéfiques du Ficoll peuvent être perdus lorsque ce

polymère est stériiisé à I'autodave. La chaleur affecte la stabilité de la molécule et des sous-

produits nuisibles à I'androgenèse peuvent être génkrés. La stérilisation du FicoU par filtration

n'affecte pas Ia molécule et n'entraîne pas la formation de sous-produits nuisibles. Donc, la

méthode utilisée pour stériliser les milieux contenant du Ficoll influence directement

l'efficacité du milieu d'induction en androgenèse in vitro.

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La composition des milieux de culture semi-liquides et les génotypes de céréales

utilisés peuvent aussi expliquer en partie la réussite ou l'échec en androgenèse in vitro.

Récemment, Luckett et Smithard (1995) ont comparé cinq méthodes et milieux de culture

couramment utilisés en culture d'anthères d'orge. Ils ont observé une interaction entre les

milieux et les génotypes des anthères mises en culture. Cela implique que différentes

techniques et différents types de milieux de culture sont nécessaires à la réalisation de

l'androgenèse in vitro avec diffdrents génotypes d'une même espèce.

233.4. Les milieux solidiflés à l'amidon

L'agar peut être totalement remplacé par I'amidon d'orge et de blé dans tes milieux

d'induction et de régénération solides en culture d'anthères chez l'orge (Sorvari, 1986a).

L'amidon est naturellement l'un des composés numtifs majeurs de l'endosperme du grain. Il constitue de 60 à 70 pour-cent de son poids sec. L'amidon, utilisé comme agent solidifiant.

procure au milieu la simplicité et la facilité de manipulation de l'agir, et ce sans ses effets

inhibiteurs.

L'utilisation d'amidon d'orge ou de blé dans les milieux de culture in vitro augmente

le nombre d'embryons, de cals, de plantes vertes produits par anthère, ainsi que le ratio plantes

vertedplantes albinos par rapport aux milieux solidifiés à l'agar. L'amidon d'orge est souvent

plus performant que l'amidon de blé. Un des effets les plus remarquables de I'utilisation de

l'amidon chez I'orge concerne la qualité morphogénétique des embryons. En effet, ceux-ci ont

une structure globulaire dense et, s'ils ne sont pas dormants. ils ont la capacité de se

différencier et de se régénérer en une plante, même si leur diamètre ne dépasse pas un

millimètre (Sorvari, 1986a).

Les milieux soiidifiés à l'amidon sont fermes en début de culture, mais ils ramollissent

progressivement sous l'effet de l'activité enzymatique des tissus vivants posés sur leur surface.

Sous l'effet des amylases, l'amidon est dégradé en hydrates de carbones et du maltose est

produit. L'hydrolyse de I'amidon se visualise sous la forme d'un halo plus clair apparaissant

autour des anthères (Kuhlmann et Foroughi-Wehr, 1989). Cette hydrolyse provoque une liquéfaction du milieu d'induction localisée d'abord sous et autour des anthères. Pour éviter la

noyade des cultures, Sorvari (1986a) place des filets de polyester en surface du milieu et

Kuhlmann et Foroughi-Wehr (1989) augmentent la dose d'amidon.

En androgenèse chez l'orge, le milieu N6 solidifié à l'amidon possedant une forte

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concentration en sucrase (120-140 g L ) stimule l'embryogenèse directe. Ce même miheu en

absence de sucrose stimule l'embryogenèse indirecte, c'est-à-dire la formation de cals

possédant une bonne aptitude à la régénération. D'un autre côté, une faible concentration de

sucrose (20-40 g/L) inhibe l'androgenèse. Lorsque le mélibiose (120 g/L), un sucre inerte

utilisé pour maintenir le potentiel osmotique du milieu, remplace le sucrose, i l y a une

stimulation importante de Ia formation de cals, d'embryons et de plantes vertes. Le maintien

d'une pression osmotique élevée dans le milieu solidifié à l'amidon est donc nécessaire à la

différenciation et à la régénération de plantes vertes, contrairement au sucrose qui est facultatif

(Sorvari et Schierder, 1987).

Sorvari (1986b) a démontré que le milieu à base d'amidon est supérieur en

androgenèse aux milieux soiidifiés à l'agar. D'un autre côté, Kuhlmann et Foroughi-Wehr

(1989) ont démontré que le milieu semi-liquide à base de Ficoll est plus efficace que le milieu

à base d'amidon de Sorvarï (1986a) en culture d'anthères chez l'orge. Cependant, les mêmes

nombres d'embryons ou de cals sont obtenus avec les deux types de milieux. Dans les deux

cas, on observe, chez les plantes vertes régénérées, un taux de doublement spontané des

chromosomes de 80 pour-cent. Les embryons produits sur les milieux à base d'amidon

possèdent cependant une plus faible capacité de différenciation. Toutefois, il est important de

noter que les milieux comparés par Kuhlmann et Foroughi-Wehr (1989) different aussi entre

eux quant à leur composition en sels minéraux, en sucres et en vitamines. Des facteurs autres

que la solidification du milieu à l'aide d'amidon peuvent donc être responsables de la plus

faibIe capacité de diff'éîenciation des embryons en plantes.

23.35. Le potentiel osmotique des milieux de culture in vitro

Le potentiel osmotique des milieux d'induction et de régknération influence le taux de

réussite en androgeaèse in virro. Dès les premières étapes de la culture des anthères, le

potentiel osmotique du milieu conditionne le succès de l'induction.

Sur un milieu de culture in virro, la déhiscence des anthères est plus explosive que la

déhiscence qui a lieu naturellement sur la plante lorsque le pollen est mature. In vitro, la

pression hydrostatique augmente rapidement dans les anthères à cause de l'absorption des

composantes du f i e u de culture, de leur accumulation dans les locules de l'anthère et du

gonfiement des microspores. Cette pression fait éclater les anthères là où les tissus sont les

moins résistants, c'est-à-dire le long des lignes de déhiscence naturelles. Après l'éclatement

des anthères, le pollen immature est relâché directement dans le milieu nutritif (Sunderland et

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De fortes doses de sucre sont souvent nécessaires dans les milieux de culture

d'anthères pour stimuler l'aadrogenèse. Un niveau élevt5 de sucrose confêre un potentiel

osmotique relativement élevé au milieu de culture. Un potentiel osmotique élevé empêche la

lyse des microspores pendant leur division et, par la suite, leur germination précoce pendant

les premiers stades de I'embryogenhe (Collins et Genovesi, 1982).

En culture de microspores isolées chez l'orge, l'utilisation d'un milieu de prétraitement

ayant une pression osmotique encore plus élevée que celle du milieu d'induction stimule la

réponse des microspores et la formation de plantes vertes. Le mannitol est l'agent osmotique

utilisé et les pressions osmotiques optimum sont de 1,04 MPa (440 mOsms kg-[) pour le

milieu de prémitement et de 0,83 MPa (350 mOsm kg-1) pour le milieu d'induction (Hoekstra

et al., 1993).

II est donc nécessaire de maintenir une pression osmotique relativement élevée dans les

milieux de culture in vin-o. Le produit utilisé pour augmenter la pression osmotique du milieu

infiuence aussi grandement le taux de succès en androgenèse in vino.

2.3.4. La variation gamétoclonale

La recombinaison interchromosomique et intrachromosomique, qui apparaît à la

méiose au cours de la formation des gamètes parentaux, est la principale source de diversité

génétiqire pour le sélectionneur. La cuiture in vitro peut aussi être une source de biodiversitk

pour le sélectionneur. De façon générale, les variations produites en culture de cellules se

nomment «variations somaclonales», et les variations produites en culture de cellules de tissus

gamétiques se nomment «variations gamétoclonales» (Evans et al., 1984). Dans le cas de

I'hapIodiploïdisation androgénique, les variations induites in virro sont de type

gamétoclondes. Les plantes issues de l'haplodiploïdisation ont fait l'objet d'études

cytogénétiques et d'études au niveau moléculaire, car I'androgenèse directe ou indirecte

correspond à une déviation du développement normal de la microspore. Cette modification du

développement engendre différents problèmes morphogénétiques (Sangwan et Sangwan-

NorreeI, 1987%). En cuIture in vitro d'anthères chez l'orge, les plantes régénérées sont un

milange de plantes haploïdes, haploïdes doublées, haploïdes possédant des secteurs diploïdes,

aneuploïdes ou tétraploïdes. Ces variations du génome de la plante peuvent se manifester

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phénotypiquement par une pigmentation anormale (albinisme) ou par des variations des

caractéristiques morphologiques. Les plantes régénérées peuvent aussi présenter une réduction

de la fertilité ou une altération de la transmission des caractères génétiques (Evans et al.,

1984).

Les variations gamétoclonales peuvent provenir de changements dans le nombre et la

structure des chromosomes (Evans er al., 1984). Il peut y avoir, dans le génome des plantes

aberrantes, des inversions, des délétions d'une copie d'un gène, une duplication d'un gène ou

des crossing-over méiotiques. Des mutations nuclkaires peuvent dgalemeat affecter les gènes.

Il peut aussi y avoir des changements au niveau de l'ADN cytoplasmique suite des mutations

ou à un tri des organites (Evans et aL, 1984). La stimulation d'un élément transposable dans le

génome de la plante-mère peut aussi causer une variabilité gamétoclonale (Evans et al., 1984).

Chez les plantes issues de I'androgenèse, la variabilité gamétoclonale est

principalement causée par des variations nucléaires et cytoplasmiques déjà présentes dans les

microspores (Chaleff, 1983; Sangwan et Sangwan-Norreel, 1987b). Elle est aussi induite le

patron d'androgenèse suivi, l'andrognèse directe ou I'androgenèse indirecte (Sangwan et

Sangwan-Norreel, 1987b).

Les mutations garn6tocIonales dominantes ou récessives sont exprimées directement

chez les plantes haploïdes, car une seule copie de chacun des gènes est présente (Evans et al.,

1984). Les mutations gamétoclonales dominantes ou récessives sont aussi exprimées

directement chez les plantes haploïdes doublées, car deux copies identiques de chaque gène

sont présentes. Les mutations récessives sont donc plus facilement observables chez les

plantes haploïdes ou haploïdes doublées que chez les plantes diploïdes hétérozygotes.

Cependant, l'altération du phénotypique, observée chez les plantes issues de

I'androgenèse in vitro, n'est pas seulement le fruit d'événements génétiques, comme des

changements nucléotidiques ou des changements dans la structure et dans le nombre des

chromosomes; l'altération du phdnotype peut aussi être d'origine physiologique. Dans ce cas,

la variabilité phénotypique observée est m e réponse physiologique des cellules à un

environnement de développement anormai et à des changements épigénetiques qui affectent le

degré d'expression des gènes. Seuls les variations phhotypiques provoquées par une

altération du génrime (variations garnétoclonales) sont héréditaires et transmissiblent A la

descendance.

En androgenèse, le prolongement du passage in vitro peut augmenter la variabilité

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gamétoclonale et le taux de doublement spontané de la garniture chromosomique des plante:

regénérées. La fréquence d'apparition des individus aberrants augmente avec la duree dc

passage in vitro des cals (Chaleff, 1983; Evans et al., 1984). Par contre, plus I'étape de

croissance et de développement in vitro est longue, plus il y a de possibilités qu'uc

doublement spontané des chromosomes survienne dans les cellules en division (Thompson ei

ai., 1991). Un dilemme existe donc: toute prolongation de la durée du passage in vitro es1

indésirable car elle augmente l'apparition de la variation gamétoclonale, mais une

prolongation du passage in vitro est souhaitable quand elle stimule la formation spontanée de

plantes haploïdes doublées. L'obtention directe de plantes haploïdes doublées permet d'évite1

l'étape de diploïdisation artificielle, ce qui représente un gain de temps et une diminution de Ia

perte de matériel végétai plus ou moins importants selon la technique de doublement et I'agenr

chimique utilisés.

Les plantes haploïdes sont typiquement stériles. Dans ces plantes, la méiose ne se

déroule pas normalement, car les chromosomes ne trouvent pas de partenaires avec qui

s'apparier (Suzuki et al., 1991). La colchicine est l'agent chimique le plus couramment utilisé

pour doubler la garniture chromosomique des régénérants haploïdes et en restaurer la fertilité.

La coIchcine est un composé alcaloïde qui bloque la division cellulaire à la métaphase. Ce

blocage est provoqué par l'action destructrice spécifique de la colchicine sur Ie fuseau

mitotique. La colchicine bloque aussi la formation des microtubules en se liant à la tubuline.

Cela entraine un arrêt de l'activité du fuseau, sans toutefois endommager le cyde cellulaire. La

colchicine n'a aucun effet sur la réplication de l'ADN ou sur la division des chromosomes, et

son action est rdversible si les cellules sont traitées avec une faible concentration de colchicine

et si le traitement n'est pas trop prolongé. La colchicine inhibe donc Ia formation du fuseau

mitotique et provoque la formation de cellules possédant deux garnitures chromosomiques.

Ces cellules se multiplient ensuite pour former un secteur de tissu diploïde (Dustin, 1978).

Cependant, la colchicine peut, à l'occasion, induire des mutations génétiques. Les variations

observées chez les plantes ETD, obtenues suite au traitement & la colchicine de plantes

haploïdes, peuvent être induites en partie par la colchicine (Evans et al., 1984).

Les plantes régénérées par l'androgenèse peuvent donc présenter, en plus de la

diversité d'origine mendélienne, des variations gamétoclonales phènotypiques, physiologiques

et génétiques qui peuvent être utiles d'un point de vue agronomique si eues sont intégrées à un

programme d'am6Iioration (Chaleff, 1983). Les variations somaclonales et gamétoclonales

peuvent être exploitées comme une source potentielle de nouveaux génotypes (Evans et al.,

1984). Cependant, la variabilité générée est en général jugée indésirable, car elle engendre une

instabilité génétique chez Ia descendance (De Paepe, 1985). La variabilité gamétoclonde

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devient totalement indésirable quand elle affecte le nombre de chromosomes, car des

anomalies d'appariement à la méiose provoquent la stérilité de la plante (Suzuki et al., 1991).

Les variants peuvent aussi présenter des anomalies liées au déséquilibre génique et se

caractérisent par des rapports anormaux de ségrégation pour les gènes du chromosome mai représenté (Suzuki et ai., 1991).

L'objectif initial de I'androgenèse in vitro est de redonner un comportement

sporophytique à des cellules gamétophytiques, tout en conservant leur caractère haploïde.

L'objectif suivant est de stimuler ces celIules à se diviser pour former un cal ou un embryon

capable de se différencier en une plante verte haploïde. L'objectif fuial est d'obtenir des plants

haploïdes doublées homozygotes, viables, stables et fertiles, afin de les intégrer directement

dans les programmes d'amélioration ou d'étude des végétaux. La diversité mendélienne

engendrée par la méiose chez les plantes hybrides demeure donc, en ce qui concerne les

programmes d'amélioration des céréales, le type de diversité génétique le plus exploité.

L'amélioration des techniques d'haplodiploïdisation pour limiter l'apparition de la variation

somaclonaie et garnétoclonale est donc souhaitable dans le cas de la production de lignées HD.

23.5. L'albinisme

Contrairement à la gynogentse où les plantes albinos apparaissent seulement

occasionnellement, I'androgenèse produit un taux élevé de régénérants aibinos (Foroughi-

Wehr et Wenzel, 1993). Les plantes d'orges albinos sont inutiles et difficiles à étudier car elles

demeurent dans un état végétatif et ne survivent qu'une courte période en culture in vitro

(Dunford et Walden 1991). Différentes formes d'albinisme ont été observées chez I'orge

(Clapham, 1973). Certaines des plantes présentent une coloration variant du blanc au vert pâle

et au jaune. D'autres plantes présentent des rayures longitudinales blanches ou jaunes sur les

feuilles.

Plusieurs facteurs influencent l'apparition de plantes déficientes en chlorophylle. Chez

l'orge, le génotype de la plantemère influence la fréquence d'apparition des plantes dbinos

(Foroughi-Wehr et ai., 1982). Également, les conditions de culture in vitro (Kasha er al., 1990;

Pickering et Devaux 1992; Foroughi-Wehr et Wenzel, 1993)' l'état physiologique des plantes-

mères (Kasha et al., 1990; Pickering et Devaux 1992) et le stade des microspores (Kasha et al.,

1990; Pickering et Devaux 1992; Foroughi-Wehr et Wenzel, 1993) influencent le taux

d'albinisme en androgenèse. Le taux d'albinisme est aussi affecté par la composition du milieu

de culture in vitro de régénération (Dunford et Walden, 199 l), et par les prétraitements que les

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anthères reçoivent avant leur culture.

L'albinisme observé en culture d'antheres est d'origine genktique et implique

principalement I'ADN de certains organites cellulaires: les plastes. L'ADN double-brin des

plastes, les structures à l'origine des chloroplastes, est circulaire. Cet ADN circulaire se divise

en trois rggions comprenant une petite région simple copie (short singie copy: SSC) et une

Iongue région simple copie (Long single copy: LSC) séparées par deux régions identiques

mais inversées (inversed repeats: IR) (Eilis et Day, 1986). Le génome des plastes des pIantes

d'orge et de blé albinos est aitéré. Des délétions ou des réarrangements de Leur ADN circulaire

sont à l'origine de différentes altérations @ay et Ellis, 1984 et 1985; Ellis et Day, 1986). Chez

des orges aibinos, on observe que l'ADN des plastes n'est plus circulaire; il a la forme d'une

épingle h cheveux (ElIis et Day, 1986). On a égaiement observé des délétions dans ['ADN

chloroplastique de cals d'orge provenant de Ia culture d'anthères (Day et Eus , 1984). Les

plastes des plantes albinos obtenues par embryogenèse directe contiennent des populations

mixtes d'ADN modifiés, qui dans la majorité des cas présentent une déIétion de la partie LSC

du génome (Dunford et Wdden, 1991). On a observé que les patrons des fragments de

restriction, obtenus par une andyse Southem de l'ADN total de plantes albinos, sont différents

de ceux obtenus par une analyse de l'ADN total de plantes chlorophyiiiennes. Les orges

albinos présentent des délétions complètes ou partielles de fragments de restriction spécifiques

à l'ADN des plastes. Il existe aussi des différences entre les patrons des fragments de

restriction observés chez les plants d'orge albinos produits par embryogenèse directe et celles

régénérées à partir de cals. Les fragments de restriction utilisés pour cartographier les régions

du génome des plastes contenant Les deux IR et la SSC sont absents chez les plantes albinos

dérivées de cals, mais présents chez celles obtenues par embryogenèse directe (Dunford et

Wdden, 199 1).

L'albinisme n'est pas toujours provoqué par une altération au niveau de l'ADN des

plastes. Les rayures longitudinales bIanches ou jaunes observables chez certaines plantes

régénérées en androgenèse in vitro sont une forme d'albinisme trop fréquente pour être

attribuable à une mutation des cellules. m e s sont induites par les conditions de culture in virro

(Clapham, 1973). Egalernent, les plants d'orges albinos présentent une détérioration des

structures mernbranaires, ainsi que différents blocages dans le développement des plastes

(Foroughi-Wehr et Wenzel, 1993). L'ADN des plastes est moins abondant chez les plantes

dbinos que chez les pIantes chlorophyliiennes (Dunford et Walden 199 1). Des observations au microscope 4Iectronique ont révélé la présence de proplastes dans les cellules foliaires des

plantes albinos. Cependant, un manque de ribosomes a empêché les proplastes de se

développer en chloroplastes normaux (Sun et al., 1979).

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Parmi les nombreuses tentatives réalisees pour limiter le développement des plants

d'orge albinos en androgenèse in vitro, les travaux de Clapham (1973), bien que réalisés il y a

déjà 25 ans, demeurent très instructifs. Ii a été observé qu'une exposition des anthères à la

lumière des fluorescents pendant la phase d'induction ou une exposition des cals à la lumière

solaire pendant Ia phase de régénération ne diminue pas le taux d'albinisme en culture

d'anthères chez l'orge. L'ajout de substances connues pour leur effet stimulateur sur la

synthèse de la chlorophylle, comme les cytokinines (kinétine ou 6-benzylaminopurine), la

glycine, le succinate, l'alanine, le lait de noix de coco, les sources d'acides aminés (caséine

hydroIysée ou extraits de levure), la leucine, l'acide aspartique et les auxines (NAA, AIA ou

2,4-D) dans le milieu nutritif ne diminuent également pas le taux de formation des plantes

dbinos. Une augmentation de la teneur en fer, en magnésium ou en cuivre du milieu nutritif

est inefficace contre la régénération de plantes déficientes en chlorophylle. Depuis les travaux

de Clapham, les techniques et les milieux de cuiture ont énormément évolués, mais l'albinisme

demeure un problème très présent. Si on reprenait les travaux de Clapham (1973) à l'aide de

nos connaissances actuelles de l'androgenèse in vitro chez l'orge, peut-être obtiendrait-on

d'autres résultats plus satisfaisants.

Les plantes régénérées par les techniques de culture in vitro sont donc un mélange de

plantes haplo'ides, haploïdes doublées ou chimériques. Elles sont chlorophylliennes ou albinos.

Une meilleure connaissance des phénomènes à l'origine de telles plantes doit être acquise afin de comprendre et de contrôler leur apparition, car les plantes albinos ou chimériques sont

nuisibles en production de lignées HD.

2.4. L'hypothèse de recherche

Plusieurs facteurs influencent l'androgenèse in vitro en culture d'anthères. Panni ces

facteurs, la composition du milieu d'induction ainsi que le génotype des plantesmère sont

déterminants. Cependant, il est ficile de caractériser précisément les besoins de chacun des

génotypes utilisés. En 1988, Hunter rapporte la mise au point du milieu nommé &HG semi- liquide, pouvant répondre aux besoins nutritifs d'un grand nombre de génotypes d'orge. Nous

avons apporté queIques modifications à ce milieu et on s'y réfère sous le nom dTIGL» (tableau 3.1 et annexe D) .

Nous postulons qu'il est possible d'amdliorer davantage les résultats offerts par le

&eu FHGL, en modifiant la concentration de certains groupes d'ingrédients pendant les

premiers jours de la période d'induction avant de les ramener à la concentration décrite pour le

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milieu FHGL semi-liquide d'induction (tableau 3.1).

Des mvaux préliminaires à ce mémoire ont permis d'obtenir de façon fortuite un granc

nombre d'embryons en culture d'anthères d'orges de printemps. Au cours d'une manipulation

des anthères d'orges de printemps provenant d'hybrides Fi, dont les parents sont inconnus, on1

été placées sur des d e u x d'induction FHGL semi-liquide à demi séchés. Une certaine partit

de leur contenu en eau s'était évaporée pendant un entreposage de quelques mois dans un tiroii

à la température de la pièce. Les cuvettes de culture étaient scellées avec du ~arafilrn@ <<Mx (American National CanTM, Greenwhich). il a été observé que le milieu séché avait la viscosit€

du sirop de mais. Quatre jours après la mise en culrure des anthères, 1 ml de milieu FHGL liquide a ét4 rajouté dans les cuvettes de culture, car le milieu d'induction avait séché

davantage Lorsque placé dans l'incubateur ii 25°C. La mise en culmre des anthères sur les

d i e u x à haute viscosité, puis l'ajout inhabituel de d i e u liquide au milieu d'induction séché

pour le ramener à une consistance plus acceptable, ont stimulé l'induction d'un nombre plus

élevé d'embryons que le milieu d'induction FHGL semi-liquide normal. Cependant, les

embryons générés n'ont pas pu être récupérés, car l'ajout du milieu FHGL liquide a trop

diminué la viscosité du milieu dans la cuvette de culture et les embryons se sont noyés.

Pour reproduire le phénomène d'évaporation de façon controlée, des cuvettes de

culture contenant du milieu FHGL semi-liquide ont été placées ouvertes dans la hotte à flux

laminaire horizontal pendant différentes périodes de temps. Des anthères des cultivars d'orge

Cadette, Coms, Acca, Shannon, Sterling, Kitchen, Abee et BQCB-IO, cultivés dans une serre

tunnel, ont été déposées à la surface des nouveaux mifieux séchés. Après quatre jours

d'incubation à 2S°C, le rajustement inhabituel de la viscosité du milieu de culture a été répété-

Contrairement à nos attentes, il n'y pas eu d'embryogenèse pour l'ensemble des cultivars

testés.

Quand l'eau s'évapore du milieu d'induction FHGL semi-liquide, tous les ingrédients

du milieu sont concentrés dans un plus petit volume. A partir de ce principe, il a été estimé,

suite aux essais de séchage contrôlé, qu'environ la moitié du contenu en eau du miiieu

d'induction semi-liquide s'était évaporée lors de l'entreposage prolongé. Par conséquent, tous

les ingrédients du milieu d'induction ont été concentrés dans la moitié du volume de liquide

initial. D'autres essais ont été réalisés en doublant la concentration des groupes d'ingrédients

principaux du milieu d'induction: le maltose, les sels et I'ensemble de tous les ingrédients. À

cause de problèmes de stkriiisation par filtration du milieu de culture, la dose de FicoU 400 n'a

pu être augmentde. La concentration des groupes d'ingrédients du milieu d'induction a donc

été doublée à l'exception de celle du FicoU 400, qui est demeuré à 200 g/L. Des anthères

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d'orge ont été placées pendant quatre jours dans 1'5 ml d'un milieu FHGL semi-liquide don

tous les ingrédients, le maltose ou les sels ont été doublés. Suite à cette période dc

prétraitement des anthères, 1,s ml de milieu FHGL semi-liquide modifié pour que 1;

concentration en sels, en maltose ou en tous les ingrédients soit ramenée à la concentratiol

décrite dans la recette du milieu FHGL semi-liquide (tableau 3. 1)' ont été rajoutés dans le:

cuvettes correspondantes. Le volume final dans les boîtes après le rajustement de 1;

concentration était de 3 ml.

Ces essais préliminaires (données non présentées) ont donc permis d'observer que lei

variations de la concentration en maltose, en sek et en tous les éléments du milieu d'inductioi

FHGL semi-liquide influencent la production de plantes vertes et de plantes albinos en cultun

d'anthères chez l'orge. il a aussi été observé qu'en doublant la concentration de tous lei

éléments du milieu d'induction FHGL semi-liquide pendant les quatre premiers jours dr

l'induction, le nombre de plantes vertes régénérées augmente par rapport A un témoin FHGI semi-liquide. il a en plus été observé qu'en doublmt seulement la concentration des sels (le:

rnacrosels et les rnicrosels), il y a augmentation du nombre de plantes vertes régénérées. Il 2

égaiement été observé qu'en doublant la dose de maltose on obtient plus de plantes vertes et de

plantes albinos qu'avec le traitement témoin. En raison de différents problèmes de

manipulation et de contamination des milieux d'induction au cours de ces essais, aucune

analyse statistique n'a pu être réalisée sur les données recueillies.

Le but de cette recherche est donc de démontrer que Ies microspores d'orge en culture

d'anthères in vitro sont très sensibles à la concentration de diverses composantes du milieu

d'induction FHGL semi-liquide pendant les premiers jours de l'induction. Ces travaux oni

aussi pour objectif de démontrer qu'il est possible de stimuler l'androgenèse en culture in vina

d'anthères chez l'orge par des prétraitements des anthères avec un milieu FHGL serni-liquide

dont Ia concentration en certains groupes d'ingrédients est modifiie.

L'hypothèse de recherche suivante a donc Cté émise:

«Les microspores d'orge en culture d'anthères in vitro sont îrès sensibles à la concentration

des composantes du milieu d'induction FHGL semi-liquide pendant k s premiers jours de la

p h e d'induction».

Pour vérifier cette hypothèse, les objectifs suivant ont &é fxés:

*observer l'effet d'une modification de la concentration de tous les ingrédients du milieu

d'induction FJ3GL semi-liquide pendant les premiers jours de l'étape d'induction sur la

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production des embryons et la rég6ndration des plantes vertes et albinos;

-obsewer l'effet d'une modification de la concentration du maitose du milieu d'induction

FHGL semi-liquide pendant les premiers jours de l'étape d'induction sur la production des

embryons et la régénération des plantes vertes et albinos;

.obse~er l'effet d'une modification de la concentration des sels du milieu d'induction FHGL

semi-liquide pendant les premiers jours de l'étape d'induction sur ia production des embryons

et la régénération des plantes vertes et albinos.

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III- MATÉRIEL ET HODES DES

3.1. Le matériel végétal

3.1.1. Le génotype des plantes-mères

Les cultivars d'orge de printemps utilisés sont 1 .es génotype :s Léger et Cadette. Lc cultivar Léger possède une meilleure aptitude à I'androgenèse in vitro que le cuItivar Cadette

En effet, Ouédraogo (1995) rapporte un taux d'albinisme élevé et une faible régénération dc

plantes vertes en culture d'anthères du cultivar Cadette.

3.1.2. L'environnement et les conditions de croissance des plantes-mères

Les plantes-mères croissent dans des pots de 15 cm de diamètre contenant un substrai

composé de 60 pour-cent de compost (Les composts du Québec, s t - H e ~ de Lévis, Qué.,

Can.), 15 pour-cent de Pro-Mix (Premier Horticulture LTÉE., Rivière-du-Loup, Qué.. Can.), 15

pour-cent de Perlite (Premier Horticulture LTÉE, Rivièredu-Loup, Qué., Can.) et 10 pour-ceni

de Vermiculite (Vil Vermiculite Inc. Montréal, Qué., Can.). Elles sont semées à une densité de

deux plantes par pot en cabinet de croissance (modèie PGWIO8, Fercival, Boone, Iowa,

U.S.A.). Les plantes-mères reçoivent une fertilisation (N-P-K) au 20-20-20 soluble ( 5 a ) une

fois par semaine ainsi qu'un arrosage quotidien. La température de croissance varie de 13 à

15°C le jour et de IO à 13°C la nuit. Les plantes poussent sous une photopériode de 16 heures

de lumière et de 8 heures d'obscurité. L'intensité Iumineuse au niveau des pots est de

350 pEm-2s-1. Le spectre lumineux est créé par 12 ampoules électriques (Specrro 40W) et 28

néons (F72T12 CW VHO, Sylvania, Can.). L'humidité relative dans le cabinet de croissance

varie entre 65 et 85 9% selon la période de la journée et la saison.

3.13. Le prélèvement du matériel végétal

Les épis sont récoltés quand le développement des microspores à l'intérieur des

anthères correspond aux stades «mi-uninucléés» (Annexe A). Les talles contenant les épis sont

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conservées à une température de l0C, la base des tiges trempant dans un bain d'eau et d,

glace. Seules Ia tige p ~ c i p a l e et les cinq premières talles d'une plante-mère sont récoltées-

3.1.4. L'évaiuation du stade de développement des microspores

Le stade de développement des microspores est determiné précisément en prélevant le

trois anthères d'une fleur centrale d'un côté de l'épi. Les anthères sont placées sur une lame dc

verre dans une goutte de colorant d'Alexander modifié par Kol(1996) puis recouvertes d'unc lamelle de verre. De petites pressions appliquées sur la lamelle écrasent les anthères et libèren

les microspores dans le colorant. Seuls les épis dont la population de microspores est UI

mélange des stades uninucléés ND», «En et aF» (Annexe A) sont conservés, Les épis son

e%arbés, identifiés à l'aide d'un morceau de ruban collant fixé à la base du rachis et placé:

dans des flacons contenant quelques gouttes d'eau. Ces flacons sont scellés avec un boucho1

mousse imbibé d'eau distillée de type «Dispo PIugs» (No. T1384, Baxter Corporation divisior

Canlab, Ont., Can.) et sont placés à une température de 4°C. Le bouchon mousse imbibé d'ea~

évite une perte de turgescence du matériel végétal par évaporation d'eau et se comportr

comme une éponge, empêchant le matériel de baigner directement dans l'eau.

Les anthères sont mises en culture le jour même de la récolte ou au plus tard le

lendemain. Le matériel végétal qui n'est pas évalué le jour de sa récolte est conservé à 1°C le

bas de la tige trempant dans un bain d'eau et de glace.

3.2. La culture in vitro

3.2.1. Les milieux de prétraitement, le milieu d'induction et le milieu de régénération

Les milieux de prétraitement sont des variations du milieu d'induction FHGL semi-

liquide (milieu témoin et milieu utilisé en production de lignées HD). Le milieu FHGL est le

milieu FHG semi-liquide de Hunter (1988) dans lequel le NaFe-diethylène-triamine-

pentaacétate (No. FL-95 1 109, Sprint, Ciba-Geigy corporation, Greenshoro, Caroline du Nord,

U.S.A.) remplace le FeNaEDTA du milieu FHG originel. Le milieu FHGL contient en plus un mélange d'acides aminés mis au point par Trottier et al. (1993). Le tableau 3.1 présente la

composition détaillée du milieu FHGL semi-liquide qui correspond à la dose «lx» de tous les

ingrédients.

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Les milieux de prétraitements sont des combinaisons d'ingrédients (tous les ingrédients

«Tous», seulement les sels «Selsu, ou seulement le maltose «Maltose») et de concenuations

(0, 1, 2 ou 3 fois la dose d'un groupe d'ingrédient ou des ingrédients du milieu FHGL semi-

liquide). Pour des raisons techniques, la dose de Ficoll4ûû (No. F-4375, SIGMA Chemical

Co., St-Louis, U.S.A.) n'a pas été modifiée dans les milieux de prétraitement. L'annexe B

présente la liste complète des milieux de prétraitement qui ont été évalués.

À chacun des milieux de prétraitement est associé un milieu complémentaire. Les

milieux complémentaires sont aussi des milieux FHGL modifiés. Par exemple, pour fabriquer

le milieu de prétraitement «Maltose 2x», la dose de maltose du milieu FHGL semi-liquide est

doublée. Alors, le milieu complémentaire est composé de tous les ingrédients du milieu FHGL

semi-liquide à I'exception du maltose. L'ajout de miiieu complémentaire au miiieu de

prétraitement permet de ramener la concentration des éléments du mélange à la dose « lx» de

tous les ingrédients, ce qui correspond au milieu RfGL semi-liquide décrit au tableau 3.1.

La préparation du milieu FHGL semi-liquide, des milieux de prétraitement et des

milieux complémentaires s'effectue en une seule étape; le protocole de préparation du miiieu

FHGL semi-liquide est présenté à l'annexe D. Le pH de tous les milieux est de 5,6. Les

milieux semi-liquides sont conservés à 4'C à I'obscurité dans des bouteilles hermétiques

(PYREX Brand Laboratory bottles). Ils sont agités avant chaque utilisation. Les milieux de

prétraitement sont versés dans les cuvettes de culture uniquement au moment de leur

utilisation d'éviter toute évaporation d'eau, ce qui affecterait la concentration des

différentes composantes des milieux.

Le milieu de régénération est le milieu FHGL semi-liquide dans lequel l'agiu noble

(No. 0142-17-0. DIFCO Laboratory, Detroit, U.S.A.) remplace Ie Ficoll 400 (No. F-4375,

SIGMA Chemicai Co.. St-Louis, U.S.A.) et où la dose de BAP est réduite à 0,4 g/L et la dose

de maltose est diminuée de moitié. La composition détaillée du milieu FHGL solide est

présentée au tableau 3.1, et le protocole de préparation de ce milieu est présenté à l'annexe D. Le volume de milieu de régenération versé dans une cuvette de culture de 60 x 20 mm (No.

4036, Lab-Tek Petri ~ ishes@, Nunc Nc., Naperviüe, U.S.A.) est de 12 ml.

33.2. La mise en culture des anthères, leur prétraitement et le transfert des embryons

Avant de prélever les anthères sur les fleurs centrales des épis et de les déposer en

surface des milieux de prétraitement semi-liquides, les épis sont stérilisés dans une solution à

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2% d7hypochlorite de calcium pendant quatre minutes. Trois rinçages successifs d'une minute

à l'eau distillée stérile permettent d'enlever I'hypochiorite de calcium.

Le prétraitement des anthères et la phase d'induction sont réalisés dans la même

cuvette (35 x 10 mm Falcon. No. 3001, Becton Dickinson Labware, Lincon Park, U.S.A.).

Pour tous les prétraiternents, à l'exception du témoin « 1'2 mb, qui représente la procédure

conventionnelle, 0,4 ml de milieu de prétraitement sont utilisés. Après la période de

prétraitement, soit quatre ou six jours plus tard, 0'8 ml de milieu complémentaire est rajouté

dans les cuvettes. Dans cenains cas, l'addition des 0-8 ml de milieu complémentaire se fait en utilisant un seul type de milieu de remplissage, tandis que dans d'autres cas, deux types de

milieux de remplissage sont nécessaires (Tableau 3.2). Après la période de prétraitement,

toutes les cuvettes con t ie~en t un volume total de 1,2 ml de milieu d'induction dont la

composition fiale correspond à ceile du milieu FHGL semi-liquide (concentration «lx»).

Entre chacune des manipulations, toutes les cuvettes sont scellées avec du araf fi@

«MD (American National Can TM, Greenwhich). Après le rajustement de la concentration des

ingrédients et du volume de milieu d'induction, les cuvettes sont soumises individuellement à

un lent mouvement de rotation pour homogénéiser le milieu. Les mouvements brusques

doivent être évités, car ils peuvent entraîner la noyade des anthères et des microspores.

Les cuvettes scellées sont placées dans des boîtes de Nylon non totalement

hermétiques contenant un bouchon mousse de type «Dispo Plugs» (No. Tl384, Baxter

Corporation division Canlab, Ont., Cm.) complètement imbibé d'eau distillée (environ 5 ml).

Le rôle du bouchon est d'empêcher le liquide de se répandre lors de la manipulation des boîtes.

Les boîtes sont placées à l'obscurité dans un incubateur (modèle I23L, Conviron. Conuolled Environment Ltd-, Winnipeg, Manitoba, Cm.) a une teinpérature constante de 25'C. De façon

à maintenir une humidité reiative assez élevée dans l'incubateur, un contenant d'eau distillée

est placé sous le ventilateur responsable de la circulation d'air dans I'appareil.

Les embryons produits en milieu d'induction dont le diamètre est égal ou supérieur à

0,s mm sont msférés sur le milieu FHGL de régénération solide pour un maximum de 22

embryons par cuvette. La p6riode de préPvernent prend fin au soixantième jour suivant la

mise en culture des anthères. Les cuvettes de régénération contenant des embryons sont

scellées sur la moitié de leur circonférence à l'aide d'un ruban poreux MicroporeTM, c'est à

dire un sparadrap chirurgical de 12,s mm de largeur (No. 1530-0, 3M Canada NC., London,

Ont., Can.) et à l'aide de ~ara f ih@ «Mm (American National Can M, Greenwhich) sur la

deuxième moitié de leur circonférence. Ces cuvettes sont placées sur une tablette éclairée par

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deux néons Cool-White (Econo-Watt F40CW/RS/EW-II, Philips, U.S.A.) alternant avec deux

néons Gro-Lux (F40T12-Gro-WS, Sylvania, Canada) et ventilée en permanence. La distance

entre les néons et la tablette où sont placées les cuvettes contenant les embryons est de 24 cm.

Les embryons reçoivent une pbotopériode de 16 heures de lumière et de 8 heures d'obscurité.

Pendant les heures de Lumière, la température est de 24 à 26°C au niveau des cuvettes et elle

est de 20 à 22'C pendant la période d'obscurité.

33. Le dispositif expérimental

Les traitements sont des combinaisons de trois groupes d'ingrédients (tous les

ingrédients «Tous», seulement les sels «Sels», ou seulement le maltose «Maltose»), d'une

concentration (O, 1.2 ou 3 fois la dose d'un groupe d'ingrédient ou des ingrédients du milieu

FHGL serni-liquide) et de deux durées (4 ou 6 jours). Les annexes C. 1 et C.2 présentent la

randomisation des traitements évalués pour les génotypes Léger et Cadette respectivement, et

l'annexe B présente la numérotation aléatoire des traitements.

11 y a 24 traitements et un témoin « 1,2 ml». Le volume de milieu d'induction du témoin

est constant à 1'2 ml pendant toute la période d'induction. Ce témoin représente la procédure

conventionnelle de culture d'anthères d'orge sans prétraitement des anthères. Parmi les 24

traitements, il y a deux groupes de trois traitements témoins identiques. Le premier groupe de

témoins est: «Tous lx durant 4 jours», «Maltose lx durant 4 jours» et «Sels lx durant 4

jours», et le deuxième groupe de témoins est: «Tous lx durant 6 jours), «Maltose lx durant 6

jours» et «Sels lx durant 6 jours». Ces témoins correspondent tous au milieu FHGL semi-

liquide et leur volume initiai est de 0,4 ml. Les coefficients attribués aux trois membres

équivalents d'un groupe permettent de les pondérer de façon à ce que les trois traitements

identiques aient le même poids qu'un seul traitement (Annexe G). Les témoins «0,4 ml » et le

témoin ~ 1 . 2 ml» permettront de vérifier si le volume de milieu présent dans les cuvettes

pendant les quatre ou les six premiers jours de la période d'induction influence Ia réponse

androgénique des génotypes Léger et Cadette.

Le nombre élevé de traitements rend impossible la réalisation d'une répétition en une

seule étape et la combinaison des deux génotypes dans une même expérience. La disponibilité

du matériel végétai et la durée de chacune des manipulations limitent la somme de travail

pouvant être accomplie en une journée. Les deux génotypes sélectionnés pour leur aptitude

cIBérente à I'androgenèse sont donc étudiés séparément, mais de façon identique. Le dispositif

expérimental pour chacun des deux génotypes d'orge est un plan en blocs complets soumis

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aux contraintes de randomisation d'un plan en lattice équilibré 5x5 comprenant six dpétition:

composées chacune de cinq blocs incomplets (sous-blocs). Les blocs incomplets SOL

composés de cinq traitements diswibués aléatoirement et de façon à ce que deux traitement

n'apparaissent jamais deux fois ensemble dans un bloc incomplet des six répétitions. L

dispositif expérimental en lattice permet donc de réaliser de façon séparée les cinq sous-bloc

d'une répétition (Annexes C.1 et C.2), ce qui élimine une partie des contraintes lides 1

manipulation du materiel végktal.

Cinq épis sont attribués au hasard à chacun des sous-blocs des répétitions. Douze fleur

par épis sont sélectionnées, soit les six fleurs centrales de chacun des côtés d'un épi. Les troi

anthères de ces fleurs sont distribuées ensemble dans un même traitement. Le prélèvement de

trios d'anthères s'effectue du bas vers le haut de l'épi et ceux-ci sont distribués alternativemen

à chacun des traitements. Puisque six fleurs par côté d'épi sont utilisées, et qu'il n'y a que cinc

traitements par sous-bloc, chacun des traitements reçoit la même proportion d'anthère

provenant des fleurs du bas, du centre et du haut des épis. Au total, chacun des traitement

reçoit 36 anthères, ce qui correspond à 12 fleurs provenant de cinq épis différents. Les unité

expérimentales sont donc constituées chacune d'une cuvette de culture contenant 36 anthères.

Les variables dépendantes mesurées sont le nombre d'embryons, de plantes verte:

possédant une tige et des racines, et de plantes albinos possédant une tige et des racines pa

100 anthères. Ces données sont analysées à l'aide de la procédure GLM du progiciel SA2

(version 6.0 SAS institute Inc., Cary, N.C., U.S.A.). Des contrastes polynomiaux et de:

contrastes d'interaction sont utilisés pour décrire les effets des concentrations des composante!

du milieu de culture sur la production d'embryons, de plantes vertes et de plantes albinos.

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Tableau 3.1. Liste des composantes du milieu FHGL semi-liquide et solide, à la concentration « 1 x» des composantes

Semi- Solide Semi- Solide Composantes liquide Composantes liquide

( m a ) (ma) ( m a ) ( m a )

Micro-sels Fer (Sequestrene 330)

MnS04.H20 NazMo04.2HzO CoC12.6H20

H3Bo3 %SO4.7H20 CuS04.5H20

Vitamines Thiamine Inositol

Sacre Maltose

Hormone BAP (Bbenzylaminopurine)

Agent osmotique Ficoll400

Agent gélifiant Agar noble

Acides aminés Glutamine Caséine hydrolysée Tyrosine

Mélange d'acides' aminés Acide Garninobutyrique

Aianine Arginine Asparagine Caséine hydrolysée Cystéine Glycine Histidine Isoleucine Leucine Lysine Méthionine Phénylalanine Proline Sérine Thréonine Tryptophane Valine

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Tableau 3.2. Milieux et volumes de prétraitement et de remplissage d'induction effectuée en deux étapes

4

utilisés pour une phase

Première étape Deuxième étape

Milieu de prétraitement Milieu de remplissage 1 Milieu de remplissage 2

Concentration Volume Concentration Volume Concentration (m0 (ml)

Ox Tous7 l x TOUS* 2x Tous 3x Tous

Ox Sels lx Sels* 2x Sels 3x Seis

Ox Maltose lx Maltose 2x Maltose 3x Maitose

2x Tous Ix Tous Ox Tous Ox Tous

2x Sels lx Seis Ox Sels Ox Sels

2x Maltose l x Maltose Ox Maltose Ox Maitose

lx Tous -

Ix Tous -

Ix Sels -

lx Sels -

lx Maltose -

Ix Maitose -

Volume (ml)

Volume

Milieu d'induction FHGL semi-liquide à la concenûation témoin des composantes, tel que décrit au tableau 3.1. f Milieu contenant uniquement 200-en de Ficoll400.

Après rajustement du volume des milieux de prétraitement à 1.2 ml, la concentration finale des ingrédients du melange (milieu d'induction + milieu(x) de remplissage) correspond il celle du milieu d'induction FHGL semi- liquide à Ia concentration «lx», quel que soit Ie milieu de prétraitement utilisé au départ.

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CPJAP3TEE IV

R É S U L T A T S E T D I S C U S S I O N

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4.1. Introduction

Les essais d'ajustement préliminaires ont pennis de constater que les microspores

uninucléées répondent plus ou moins bien en culture in vitro d'anthères selon leur stade de

développement. Les microspores du génotype Cadette mises en culture à un stade uninucléé

trop jeune, soit le stade «C», soit une combinaison des stades CC» et (CD», ont une mauvaise

aptitude à I'androgenèse (Annexe A). La réponse optimale est observée aux stades <<Il» et «E». La réponse des microspores uninucléées du génotype Léger semble moins affectée par le stade

de maturité de l'anthère, bien que les microspores aux stades «CD ou MF» semblent répondre

plus faiblement en cuiture d'anthères. Pour cette raison, seulement les épis des génotypes

Léger et Cadette dont les microspores uninucléées sont au stade «D» ou contiennent un

mélange de microspores aux stades «Dm, «EN et «F» (mélange «D-E», «D-E-F» ou NE-FM) sont sélectionnés. En général, les microspores du génotype Cadette sont aux stades appropriés

lorsque la ligule de la feuille étendard est située de un à deux centimètres au-dessus de la

ligule de l'avant-dernière feuille d'une talle. Pour le génotype Léger, la ligule de la feuille

étendard doit se situer de un à deux centimètres au-dessous de la ligule de l'avant dernière

feuille d'une talle.

Un problème de vibrations dans l'incubateur (modèle 123 1, Conviron, Conuolled

environment Ltd.) a provoqué, lors des essais préliminaires d'ajustement, une noyade des

anthères, des microspores et des embryons dans le milieu semi-liquide. Ces vibrations

parasites ont été diminuées à un taux acceptable à l'aide d'une plaque de plomb de 22,68 Kg

(50 1b) préalablement montée sur sept bouchons de ikge coniques, dont le plus grand diamètre

est de 1,5 cm, et déposke sur la tablette de l'incubateur. Cette plaque de plomb offre une

surface où les vibrations sont très atténuées, ce qui élimine, pour les boîtes placées dessus, les

vibrations indksirables et donc la noyade des structures dans les milieux semi-liquides.

Au cours des essais préliminaires d'ajustement, on a observé que les cuvettes de

rég6nkration scellées uniquement avec le araf film@ KM?, (American National Can

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Greenwhich) présentent une grande accumulation d'eau, résultat d'un phénomène de

condensation à l'intérieur du couvercle, et la formation d'un film liquide indésirable A la

surface du milieu. Ce nIm de liquide. quand il recouvre partiellement les embryons, est très

nuisible à leur croissance et à leur développement. D'un autre côté, si les cuvettes sont scellées

uniquement à l'aide du ruban poreux, il y a un séchage trop rapide du milieu de régénération

sous les conditions de ventilation et de température effectives au laboratoire. L'utilisation d'un

ruban poreux pour sceller uniquement la moitié de la circonférence permet d'éviter

l'accumulation d'un film de liquide en surface des milieux solides sans en causer un

assèchement excessif. Ces observations sont corroborées par les travaux de Salmenkallio-

Maaila er al. (1995)' parus après le début des essais d'ajustement. Les chercheurs ont observé

que les plantes se développent plus rapidement, ont une meilleure apparence et présentent un

meilleur enracinement dans les boîtes scellées avec un ruban poreux (Scotch Brand Tape, 3M);

il y a aussi une diminution de la condensation d'eau.

Il a été noté que les embryons transférés plus de 30 jours après la mise en culture des

anthères ont une faible capacité de régénération en plantes. Ils forment généralement des cals

ou se régénèrent en plantes albinos.

L'analyse de la variance (ANOVA) et les contrastes concernant le nombre d'embryons,

de plantes vertes et de plantes albinos produits par 100 anthères sont présentés au tableau 4.1

pour le génotype Léger et au tableau 4.2 pour le génotype Cadette. De façon à améliorer

l'homogénéité de la variance, les nombres de plantes vertes et de plantes albinos par 100

anthères des génotypes Léger et Cadette ont été transformés à l'aide d'une transformation

logarithmique (log [x+ 11).

Le volume de milieu semi-liquide, utilisé au début de l'induction, n'influence pas

l'androgenèse. Pour les génotypes Léger et Cadette, le volume de milieu d'induction FHGL serni-liquide utilisé pendant les quatre ou les six jours de la période de prétraitement des

anthères n'affecte pas la production d'embryons, de piantes vertes ou de plantes albinos par

100 anthères pour les deux volumes initiaux comparés (0,4 et 1'2 ml). Les modifications

apportées à l'environnement physique (pH, substances sécrétées ou absorbées) ou gazeux dans

la cuvette par l'addition des anthères en surface du milieu ne sont pas assez importantes pour

entraîner une modification de la réponse androgénique.

La durée du prktraitement des anthères n'affecte pas la dponse androgénique. Il n'y a

aucun effet significatif de la durée des prétraitements sur la réponse des génotypes Léger et

Cadette en culture d'anthères. Les prétraitements de quatre et de six jours ont un effet similaire

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sur la production d'embryons, de plantes vertes ou de pIantes albinos. Par conséquent, pour les

deux génotypes, on a combiné les données en confondant les effets non significatifs (durées de

prétraitement) pour générer les tableaux 4.3'4.4.4.5 et 4.6. Les données non confondues sont

présentées aux annexes F. 1. F.2, F.3, F.4 et F.5.

42- Essais sur l'orge possédant une bonne réponse androgénique, cv. Léger

43.1. Effets d'un prétraitement des anthères impliquant un changement global de la concentration des ingrédients du milieu FHGL semi-üquide

Chez le génotype Léger, les productions d'embryons et de plantes vertes suivent une

courbe de type quadratique (P < 0,001) en fonction des doses utilisées pour tous les

ingrédients. Elles suivent égaiement une courbe de type cubique pour les embqons (P c 0,O 1)

et pour les plantes vertes (P < 0,001). La production de plantes albinos par 100 anthères suit

une courbe de type quadratique (P < 0'0 1) (Tableau 4.1).

En prétraitement des anthères, la concentration de l'ensemble de tous les ingrédients du

milieu FHGL semi-liquide influence I'ernbryogenèse. La production maximale d'embryons est

atteinte lorsque la dose de tous les ingrédients du milieu d'induction est doublée «Tous 2x»

pendant la période de prétraitement des anthères (Tableau 4.3). Cela représente une

multiplication par un facteur de 1'6 du nombre d'embryons produits comparativement au

traitement «Témoin lx». L'absence totale d'éléments (Tous Ox) ou la présence de leur triple

dose (Tous 3x) dans le milieu d'induction, pendant les quatre ou les six premiers jours de la

période d'induction, a un effet assez négatif sur l'embryogenèse.

La production de plantes vertes est très stimulée par le traitement «Tous 2x» pendant

les quatre ou les six premiers jours de la période d'induction (Tableau 4.3). Le prétraitement

«Tous 2x» permet d'obtenir sept fois plus (calcul effectué à partir des données

détransformées) de plantes vertes que le traitement «Témoin lx». Une omission de tous les

ingrédients (Tous Ox) a un effet négatif sur la production de plantes vertes par rapport au

nombre de plantes vertes obtenues à l'aide du traitement <<Témoin lx». La dose de tous les

ingrédients présents dans le milieu de prétraitement influence donc beaucoup la production de

plantes vertes chez le génotype L6ger.

La production de plantes albinos augmente lorsque la dose des ingrédients du milieu

d'induction est doublée (Tous 2x) pendant le prétraitement des anthères (Tableau 4.3). Le

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Tableau 4.1. Analyse de la variance et des contrastes pour le nombre d'embryons. de plante: vertes et de plantes albinos par 100 anthères, cv. Léger

Moyennes des carrés des écarts Sources d.1. Embryons Plantes vertes Plantes albinos

- /IO0 anhères 1100 anthères* /IO0 anthères*

Blocs 5

Traitements 24 Erreur 120

Contrastes

Témoin 0,4 ml vs témoin I,2 ml

Durée (4 jours vs 6 jours)

Maltose Linéaire

Maltose Quadratique

Maltose Cubique

Sels Linéaire

Sels Quadratique

Sels Cubique

Tous Linéaire

Tous Quadratique

Tous Cubique

Durée x Maitose Linéaire

Durée x Maltose Quadratique

Durée x -Maltose Cubique

Durée x Sels Linéaire

Durée x Sels Quadratique

Durée x Sels Cubique

Durée x Tous Linéaire

Durée x Tous Quadratique

Durée x Tous Cubique

Maitose 2x vs Tous 2x

Sels 2x vs Tous 2x Maltose 3x vs Tous 3x

Sels 3x vs Tous 3x * ** *** . , Significatif aux niveaux 0.05,0,0 1 et 0,001

Donnt?es msformées (Iog [x+l])

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Tableau 4.2. Analyse de la variance et des contrastes pour le nombre d'embryons, de plantes vertes et de plantes albinos par 100 anthères, cv. Cadette

Moyennes des canés des écarts Sources d.1. Embryons Plantes vertes Plantes albinos

- 1100 anthères 1100 anthères' /1ûû anthères'

Blocs

Traitements

Erreur

Contrastes

Témoin 0-4 ml vs témoin 1-2 ml

Durée (4 jours vs 6 jours)

Maltose Linkaire

Maltose Quadratique

Maltose Cubique

Sels Linéaire

Sels Quadratique

Sels Cubique

Tous Linéaire

Tous Quadratique

Tous Cubique

Durée x Maltose Linéaire

Durée x Maltose Quadratique

Durée x Maltose Cubique

Durée x Sels Linéaire

Durée x Sels Quadratique

Durée x SeIs Cubique

Durée x Tous Linéaire

Durée x Tous Quadratique

Durée x Tous Cubique

Maltose 2x vs Tous 2x

Sels 2x vs Tous 2x Maltose 3x vs Tous 3x

Sels 3x vs Tous 3x * ** *** , , Significatif aux niveaux 0,05,0,0 1 et 0.00 1 Données transformées (log [x+l])

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nombre élevé de plantes albinos, obtenues suite à ce prétraitement, peut s'expliquer par la

production plus élevée d'embryons du génotype Léger, par rapport au nombre d'embryons

obtenus avec les autres types de prétraitements (Tous Ox, Témoin Ix et Tous 3x). On constate

cependant une diminution assez importante de la fraction du nombre total de plantes

régénérées sous la fome albinos lorsque la dose de tous Les ingrédients du milieu FHGL semi-

liquide est multipliée par deux (Tous 2x1 ou par trois (Tous 3x) (Tableau 4.4). Le

Tableau 4.3. Production moyenne d'embryons, de plantes vertes et de plantes albinos par

100 anthères pour quatre doses de l'ensemble de tous les ingrédients, du

maltose ou des sels du milieu FHGL semi-liquide, cv. Léger

Embryons+

par 100 anthères

Ingrédients;

Concentrations Tous Maltose Sels

Plantes vertes* 1 par 100 anthères

par 100 anthères

Milieu d'induction FHGL semi-liquide à la concentration témoin des composantes. tel que decrit au tableau 3.1. ~rreur type = 91-14 Données ddtransform&s prbentées; erreur type = 0.40 pour les données ansformées

+ Données détransformées présentdes; erreur type = 0.38 pour les données transfom6es Moyenne des prétraitements de quatre et de six jours * ** ***

, Significatif aux niveaux 0,05,0,0 1 et 0,00 1 nS Non significatif

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prétraitement «Tous 2x» ne favorise donc pas l'albinisme. L'augmentation du nombre de

plantes albinos par rapport au nombre de plantes albinos obtenues avec le traitement témoin

(Témoin lx) provient principalement de l'augmentation de la production d'embryons.

Les prétraitements de quatre ou de six jours des anthères au début de la période

d'induction à l'aide du milieu FHGL semi-liquide dans lequel la dose de tous les ingrédients

est doubiée (Tous 2x) constituent donc une amélioration technique très appréciable pour la

production de lignées HD en culture d'anthères. Toutefois, cette amélioration sera réellement

efficace si elle offre un effet stimulateur similaire avec d'autres cultivars et hybrides d'orge de

p ~ t e m p s .

Tableau 4.4. Pourcentage d'albinisme (%) obtenu pour quatre doses de

l'ensemble de tous les ingrédients, du maltose ou des sels du

milieu FHGL semi-liquide, cv. Léger

- - - -

Concentrations Tous Maltose Sels

Milieu d'induction FHGL semi-liquide à la concentration témoin des composantes. tel que décrit au tableau 3.1.

7 Les donnees démsforrnées sont utilisées pour effectuer le calcul: [(plt, albinos / plt. total)* 1001

4.2.2. Effets d'un prétraitement des anthères impliquant un changement de la concentration du maltose du milieu FHGL semi-liquide

La production moyenne de plantes albinos par 100 anthères forme une courbe de type

quadratique (P c 0'05) en fonction des doses de maltose étudiées (Tableau 4.1). La

concentration de maltose présente dans le milieu de prétraitement influence donc la production

de plantes albinos du genotype Léger. La plus faible dgénération de plantes albinos est

obtenue en doublant la dose de maltose (Maltose 2x) (Tableau 4.3). Par contre, le pourcentage

de plantes albinos régénérées diminue lorsque la dose de maltose du milieu FHGL semi-

liquide est doublée (Maltose 2x) en comparaison avec les résultats obtenus pour le traitement

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«Témoin 1 x» (Tableau 4.4).

4.2.3. Effets d'un prétraitement des anthères impliquant un changement de la concentration des seIs du milieu FaGL semi-liquide

La production moyenne d'embryons par 100 anthères du génotype Léger forme une

courbe quadratique pour l'intervalle formé par les quatre concentrations des sels étudiées

(P c 0,05) (Tableau 4.1).

La teneur en sels du milieu FHGL de prétraitement influence l'embryogenèse (Tableau

4.3). L'absence totale des sels (Sels Ox) ou la présence de leur triple dose (Sels 3x) a un effet

négatif sur l'embryogenèse par rapport au traitement témoin et au prétraitement «Sels 2x».

4.3. Essais sur l'orge possédant une mauvaise réponse androgénique , cv. Cadette

4.3.1. Effets d'un prétraiternent des anthères impliquant un changement global de la concentration des ingrédients du milieu FHGL semi-liquide

Pour les quatre doses de l'ensemble de tous les ingrédients du miiieu FHGL semi-

liquide étudiées en prétraitement des anthères, la production moyenne d'embryons et de

plantes albinos par 100 anthères forme une courbe de type quadratique (P c 0,001) (Tableau

4.2).

Pour le gknotype Cadette, il est donc possible d'améliorer, par rapport au traitement

témoin «Témoin lx», le taux de production d'embryons en doublant tous les ingrédients du

milieu d'induction FHGL semi-Iiquide (Tous 2x) pendant les quatre ou les six premiers jours

de la période d'induction en culture d'anthères. On observe une forte diminution de

I'embryogenèse quand on omet tous les ingrédients (Tous Ox) ou quand on les triple (Tous 3x)

par rapport au traitement témoin (Témoin lx) (Tableau 4.5).

Les prétraitements de quatre et de six jours des anthères avec le milieu FHGL semi-

liquide dans lequel la concentration des ingrédients est modifiée n'ont aucun effet significatif

sur la production de plantes vertes par 100 anthères du gdnotype Cadette. Cependant, des

tendances, refldtant un effet bénefique d'une dose élevée de tous les ingrédients (Tous 2x).

sont observées (Tableau 4.5).

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La concentration initiale de tous les ingrkdients du milieu d'induction influence la

régénération de plantes albinos en culture d'anthères du génotype Cadette (Tableau 4.5). La production maximale de plantes albinos par 100 anthères est obtenue en utilisant le milieu

FHGL d'induction (Témoin Ix). La régénération des pIantes albinos par 100 anthères (Tableau

4.5) et le taux d'albinisme (Tableau 4.6) diminuent lorsque tous Les ingrédients du milieu

d'induction FHGL sont omis (Tous Ox) ou triplés (Tous 3x). Bien que ces prétraitemeni

permettent de diminuer l'albinisme, iIs ne stimulent pas efficacement la régénération de

plantes vertes. Dans le cas particulier de Ia production de lignees HD, les traitements qui stimuient la production d'embryons et surtout de plantes verzes, mêmes s'ils offrent un taux

d'albinisme élevé, doivent être favorisés. L'application des prétraitements <<Tous Ox» et «Tous

3x» en culture d'anthères In vitro apparaît donc inutile.

L'objectif de la production de lignées HD est d'obtenir le plus grand nombre possible

de plantes vertes par 100 anthères mises en culture. En culture d'anthères des génotypes Léger

et Cadette, doubler la dose de tous les ingrédients du milieu d'induction FHGL semi-iiquide

pendant les quatre ou les six premiers jours de l'induction a un effet positif sur la production

de pIantes vertes. Il serait donc souhaitable d'introduire le prétraitement (<Tous 2x» dans le

protocole de production de lignées HD. Dans le cas du génotype Cadette, les données

recueillies ne permettent pas de démontrer que c'est une amélioration technique très marquée,

mais elles démontrent clairement que ce n'est pas une régression technique. Tout prétraitement

qui affecte à la hausse la production des plantes vertes et qui s'effectue facilement est

souhaitable en production de lignées HD, surtout s'il permet d'abaisser les coûts de production

de teiies Lignées.

4.3.2. Effets d'un prétraitement des anthères impliquant un changement de la concentration du maltose du milieu FHGL semi-liquide

L'intervalle comprenant les concentrations «Ox», «lx», <<2x» et «3x» de maitose dans

le miLieu FHGL semi-liquide forme une courbe de type quadratique (P c 0,001) pour la

production d'embryons et de plantes albinos par 100 anthères, et de type linéaire (P < 0.05)

pour la production de plantes vertes par 100 anthères (Tableau 4.2).

La quantité de mdtose présente dans le milieu FHGL de prétraitement influence le

taux de formation des embryons (Tableau 4.5). Le nombre maximal d'embryons par 100

anthères est obtenu avec la dose témoin (Témoin lx) de maitose. L'absence totale de maltose

(Maltose Ox) pendant les quatre ou six premiers jours de l'induction provoque une diminution

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de la formation des embryons chez le génotype Cadette. La présence de la double (Maltose 2x)

ou de la triple (Maltose 3x) dose de maltose dans le milieu d'induction pendant le

prémitement des anthères a aussi un effet négatif sur la production d'embryons par rapport à

la concentration témoin (Témoin lx).

La dose de mdtose présente dans le milieu de prétraitement influence la régénération

des embryons en plantes wxtes en culture d'anthères du génotype Cadette (Tableau 4.5). Le

Tableau 4.5. Production moyenne d'embryons, de plantes vertes et de plantes albinos par 100 anthères pour quatre doses de l'ensemble de tous les ingrédients, du

maltose ou des sels du milieu FHGL semi-liquide, cv. Cadette

Concentrations Tous Maltose Sels

par 100 anthères I

Plantes vertes* 1 par 100 anthères I

L

Planter albinos+ 1 par 100 anthères I

Milieu d'induction FHGL semi-liquide à la concentration témoin des composantes, tel que dkcxit au tableau 3.1. Erreur îype = 85.32 Données denaasformkes présentées; erreur type = 0.43 pour les donnees nansformées

+ Données détransforxndes présentées; erreur type = 055 pour les données aansformées f Moyenne des prétraitements de quatre et de six jours * ** *** , , Significatif aux niveaux O,OS,O,O 1 et 0.00 1 nS Non significatif

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Tableau 4.6. Pourcentage d'albinisme (%) obtenu pour quatre doses de

l'ensemble de tous les ingrédients, du maltose ou des sels du

milieu FHGL semi-Iiquide, cv. Cadette

Ingrédients

Concentrations Tous Maltose Sels

ox lx* 2x 3x

Milieu d'induction FHGL serni-Iiquide à la concentration témoin des composantes. tel que décrit au tableau 3.1. Les données détransformées sont utiIisées pour effectuer le calcul: [(plt albinos / ph. total)* 1001

traitement «Maltose 3x» stimule la production de plantes vertes en comparaison avec le

traitement «Témoin lx», même si la plus forte production d'embryons est obtenue avec le

traitement témoin. La production de plantes vertes diminue drastiquement en absence de

maltose (Maltose Ox) dans le milieu de prétraitement par rapport au traitement témoin (Témoin

lx).

La dose de maltose présente dans le milieu FHGL de prétraitement influence la

régénération des embryons en plantes albinos (Tableau 4.5). Le nombre de plantes albinos par

100 anthères est maximai pour la dose dmoin de maltose (Témoin lx) et il est minima1 en

absence tocaie de maltose (Maltose Ox). Ceci présente un parallèle évident avec la production

des embryons. Le nombre de pIantes albinos produites diminue lorsque la dose de maltose est

doublée (Maltose 2x) ou hiplée (Maitose 3x). Le pourcentage du nombre de plantes albinos

régénérées par rapport au nombre totai de plantes obtenues, pour les quatre doses de maltose,

est plus élevé pour le traitement «Témoin lx» que pour le traitement «Maltose 3 x ~ (Tableau

4.6).

En pratique. ces essais sur les doses de maltose avec le génotype Cadette démontrent la

nécessité de la présence du maltose dans le milieu d'induction pendant les quatre ou les six

premiers jours suivant la mise en culture des anthères. La dose optimale de maltose à utiliser

est cependant difficile à préciser sur la base de Ia série de résultats obtenus pour le génotype

Cadette, mais il semble qu'une haute concentration en maltose dans le milieu d'induction

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pendant les premiers jours de i'androgenèse stimule la production de plantes vertes et rkduise

l'albinisme. Toutefois, doubler la dose de tous les ingrédients du milieu EHGL semi-liquide en

prétraitement des anthères stimule encore plus efficacement la production de plantes vertes

qu'une simple augmentation de Ia dose de maltose.

4.3.3. Effets d'un prétraiternent des anthères impliquant un changement de la concentration des sels du miiieu FHGL semi-liquide

L'intervalle délimité par les quatre concentrations des sels (Ox, lx, 2x et 3 x ) forme une

courbe de type quadratique (P c 0'0 1) pour Ia production moyenne d'embryons et de plantes

albinos par 100 anthères (Tableau 4.2).

La dose des sels présents dans le milieu de prétraitement pendant les premiers jours de

l'induction influence l'embryogenèse. Une augmentation (Sels 3x) ou une diminution de la

dose des sels (Sels Ox) dans le miiieu d'induction a un effet négatif sur l'embryogenèse en

culture d'anthères du génotype Cadette (Tableau 4.5). On constate cependant que

l'embryogenèse est plus affectée par une absence totale de tous les ingrédients ou du maltose

que par une absence totale des sels pendant les premiers jours de la période d'induction. Ceci

est en accord avec les travaux de Vasil (1980) où on rapporte que la source de sucre et le fer

sont les plus importantes composantes du milieu de culture, et que Ies sels minéraux sont

requis seulement à faible concentration.

Le nombre de plantes albinos régénérées varie en fonction de la dose des sels dans le

milieu de prétraitement. Chez le ggnotype Cadette, la régénération des plantes aibinos diminue

quand on augmente la dose des sels dans le milieu de prétraitement par un facteur deux (Sels

2x) ou un facteur trois (Sels 3x) en comparaison avec les résultats obtenus pour la dose témoin

(Témoin lx) (Tableau 4.5). Cependant, lorsqu'on calcule le pourcentage des plantes totales

régénérées sous la forme albinos, pour les quatre concentrations étudiées, on constate que la

dose des sels présents dans Ie milieu de prétraitement n'influence pas réellement le taux

d'albinisme (Tableau 4.6). Les variations du nombre de plantes albinos observées proviennent

d'une variation du nombre d'embryons produits.

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4.4. Les interactions entre la durée du prétraitement et la dose des ingrédients dans le milieu de prétraitement.

Chez le génotype Cadette, il n'existe mcune interaction entre la durée du prétraitement

et la dose des ingrédients en ce qui concerne la production moyenne d'embryons, de plantes

vertes ou de plantes albinos par 100 anthères.

Chez le génotype Léger, il existe une interaction significative (P < 0-05) entre la durée

du prétraitement et la dose de tous les ingrédients dans le milieu d'induction pendant la

période de prétraitement, en ce qui concerne [a production moyenne de plantes vertes par 100

anthères (Tableau 4.1). il existe donc un effet différentiel de la durée du prétraitement des

anthères selon la dose de tous les ingrédients dans le milieu de prétraitement. Cependant, les

données recueillies ne sont pas assez nombreuses pour permeme d'identifier la combinaison

optimale, entre une durée de prétraitement et une dose de tous les ingrédients du milieu FHGL, qui permettlait de régénérer le maximum de plantes vertes. Ceci est d'autant plus difficile que

les analyses statistiques n'ont fait ressortir aucune différence significative entre les

prétraitements de quatre ou de six jours sur la production d'embryons, de plantes vertes ou de

plantes albinos par 100 anthères chez le génotype Léger.

4.5. Discussion concernant les effets des prétraitements des anthères sur la réponse androgénique de l'orge

Les résultats obtenus démontrent clairement l'existence de nouveaux types de

prétraitements des anthères permettant de stimuler efficacement l'androgenèse in vitro. Ii s'agit

d'une amélioration technique appréciable pour la production de lignées HD par la culture

d'anthères. La principale amélioration obtenue concerne le nombre d'embryons et de plantes

vertes par 100 anthères, quand la dose de tous les ingrédients du milieu FHGL est doublée

(Tous 2x). L'effet de ce prétraitement est présent à un degré différent chez les génotypes Léger

et Cadette, lesquels different dans leur aptitude à l'androgenèse. Puisque cet effet est présent à

la fois chez un cultivar ayant une bonne réponse androgénique et chez un cultivar présentant

une mauvaise réponse androgénique, ce prétraiternent peut donc être appliqué à la production

de lignées HD d'orge sans crainte qu'il provoque une diminution de la régénération des

plantes vertes.

Contrairement aux espèces comme N. tabacum (Zarsky et al., 1992; Touraev er al.,

1996) et le riz (Ogawa et al., 1994), l'orge présente une dponse variable à l'absence d'une

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source de sucre pendant les premiers jours de la période d'induction. Une dose de maltose plus

élevée dans le milieu FHGL semi-liquide pendant Ies premiers jours de l'induction permet de

stimuler la production de plantes vertes. Il y a donc une similarité avec les travaux récents de

Salmenkallio-Mamila et a1.(1995), où i1 a été démontré que la production de plantes vertes en

culture de microspores isolées est stimulée par une augmentation de la dose de maltose dans le

milieu d'extraction des microspores et le milieu de cultue des anthères d'orge.

Chez les génotypes Léger et Cadette, le prétraitement des anthères avec le milieu ne

contenant que 200 g/L de Ficoll400 «Tous Ox» a un effet négatif sur la production moyenne

d'embryons et de plantes vertes par 100 anthères. Cette observation corrobore les résultats

rapportés par Cistué et al. (1994) démontrant qu'un pr6traitement des anthères au FicoiI 400

inhibe le développement des microspores et induit un faible taux de division des microspores

et de production de plantes vertes par anthère. Cependant, il demeure étonnant de constater, en

absence de tout élément nutritif pendant les premiers jours de I'induction. que les microspores

puissent se diviser, former des embryons et se régénérer en plantes vertes. L'absence de tout

élément à l'exception de l'agent osmotique a un effet négatif beaucoup plus marqué dans le

cas du génotype Cadette. Les réserves nutritives emmagasinées dans les locules des anthères

des génotypes Léger et Cadette diffêrent peut-être des points de vue quantitatif et qualitatif.

Ces travaux de recherche démontrent que la compositiori du milieu d'induction

pendant les premiers jours de Ia période d'induction influence le succès de l'androgenèse Ni

vitro en culture d'anthères chez I'orge. Quels peuvent être les effets des prétraitements sur

l'initiation et le développement des grains de pollen multicellulaires? Quels peuvent être les

mécanismes d'action de ces prétraitements? Quelques hypothèses appuyées par la littérature

peuvent être émises.

Sangwan et Sangwan-Norreel (1987b) mentionnent que le pollen répond aux

traitements en culture in vitro pendant un intervalle de temps limité, et que la période

favorable à l'induction de l'androgenèse in vitro varie en fonction de l'espèce végétale enidiée.

On a démontre que les microspores d'orges. en culture d'anthères, sont très sensibles à la

composition du milieu d'induction pendant les quatre ou les six premiers jours suivant la

dissection des anthères. Il est possible que ce soit pendant cette période que les microspores

développent I'aptitude à l'embryogenèse et à la régénération en plantes vertes. Cela pourrait

expliquer les faibles ou les meilleures réponses androgéniques obtenues avec certains types de

prétraitements des anthères.

Une explication possible il la stimulation de l'embryogenèse suite à l'utilisation du

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milieu FHGL dans lequel la dose de certains ingrédients est modifiée, serait la stimulation dr

développement atypique du pollen (dimorphisme pollinique) favorisant l'embryogenèse des

des microspores uninucléées. Cette hypothèse s'appuie sur les travaux de Rashid (1983).

Prakash et Giles (1987) et Dunweii (1978). Les formes polliniques dont le développemeni

dévie du développement normal (dimorphisme pollinique) ont le potentiel de suivre uc

développement sporophytique (Rashid, 1983; Prakash et Giies 1987). 11 est possible

d'augmenter de façon substantielle le nombre de microspores embryogkniques en soumettani

des épis ou des bourgeons floraux, dont les microspores sont uninucléées, à des prétraitementi

particuliers (Dunweli, 1978). Donc, certains des prétraitements des anthères peuvent stimule1

le dimorphisme pollinique et favoriser le développement de microspores embryogéniques.

En culture d'anthères, la paroi de l'anthère joue un rôle de filtre pour l'importation des

éléments nutritifs du milieu d'induction aux microspores. Tous les éléments nutritifs doivent

passer au travers du tapétum ou être métabolisés par celui-ci avant d'atteindre les microspores.

L'induction de I'androgenèse in vitro implique une détection par la microspore de stimuli

causés par des changements dans son environnement immédiat (Dunwell, 1978), c'est à dire,

dans le cas de la culture d'anthères, un changement dans la composition du fluide contenu

dans les locules de l'anthère. Par exemple, le traitement à l'aide d'une concentration élevée de

sucrose stimule I'androgenèse en provoquant des changements dans les tissus de la paroi de

l'anthère (Wang et al., 1980). Ainsi, il est possible que la présence, en grande ou en faible

quantité, des ingrédients du milieu FHGL semi-liquide, pendant les premiers jours de la phase

d'induction, ait une influence indirecte sur la nature et la quantité des éléments nutritifs qui

atteignent les microspores. Une variation de l'environnement nutritif entourant Les microspores

uninucléées peut donc stimuler une plus grande ou une plus faible proportion de celles-ci à

dévier de la voie gamétophytique vers la voie sporophytique. Ceci pourrait expliquer la

variation de la réponse androgénique observée suite aux différents prétraitements des anthères.

Le potentiel osmotique des milieux de culture in vitro d'induction et de régénération

influence le taux de réussite en androgenèse in vitro. Le potentiel osmotique des différents

milieux de prétraitement testés au cours de ces travaux de recherche varie énormément en

fonction de la dose et des ingrédients présents (Annexe E). Par exemple, Ia pression osmotique

du milieu FHGL semi-liquide (témoin lx) est de 275 mOsm Kg'. La pression osmotique du

milieu de prétraitement le plus efficace (Tous 2x) est de 98 1 mOsm Kg-' et celle de la solution

d'eau et de Ficoll (Tous Ox) est de 110 mOsm Kg'. Dès les premières étapes de la culture des

anthères, le potentiel osmotique du milieu conditionne le succès de l'induction. Dunwell

(1978) mentionne que le détachement des anthères du reste de la fleur provoque un

changement osmotique dans celles-ci. Dans les anthères placées sur un milieu d'induction, la

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pression hydrostatique augmente rapidement, résultat de l'absorption du miLieu de culture, de

son accumulation dans les locules des mthères et du gonflement des microspores. Cette

pression fait Mater tes anthères là où les tissus sont les moins résistants. c'est-à-dire le long

des lignes de déhiscence natureDes. Après l'éclatement des anthères, le pollen est relâch6

directement dans le milieu (Sunderland et al., 1984). Un potentiel osmotique relativement

étevé du miiieu de culture empêche la lyse des microspores pendant leur division et empêche

par Ia suite leur germination précoce pendant les premiers stades de l'embryogenèse (Collins

et Genovesi, 1982). II est possible que les éléments du adieu d'induction soient pius ou moins

absorbés et à des vitesses variées par les anthères et les microspores selon leur concentration

dans le milieu de prétraitement. De cette façon, les microspores seraient Iibérées plus ou moins rapidement dans Ie milieu d'induction. La Libération plus rapide des microspores dans le

miiieu d'induction suite aux prétraitements avec des pressions osmotiques éIevées peut

expliquer en partie la stimulation de l'embryogenèse observée par rapport au témoin (Tt5moin

lx).

Ces travaux ont donc permis de démontrer qu'une réponse androgénique supérieure est

obtenue lorsque la dose de tous ies ingrédients du milieu FHGL est muhipliée par deux (Tous

2x). Un tel effet n'est pas provoqué par le doublement de la dose du maltose (Maltose 2x) ou des sels (SeIs 2x). En effet, pour le génotype Léger, le nombre d'embryons obtenus lorsque la

dose de tous les ingrédients du d i e u d'induction FHGL semi-liquide est doublée (Tous 2x)

est significativement plus éievé que Ie nombre d'embryons produits avec tout autre traitement.

De &me, le nombre de plantes vertes produites par 100 anthères, quand la dose de tous les

ingrédients est doublée dans le milieu FEGL (Tous 2x1, est sigmfkativement plus élevé que

celui de tous les autres traitements. Le doublement de la dose de maltose ou des sels ne peut

donc pas expliquer la muItiplication du nombre de plantes vertes observt lorsque La dose de

tous les ingrédients du milieu FKGL est doublée «Tous 2x». Il est possible que certains

ingrédients dont la concentration est doublée puissent provoquer l'effet bénéfique observé sur

l'embryogenèse et la régénération des embryons en plantes vertes. Les travaux rt5alids dans le

cadre de ce projet de recherche ne permettent pas de cibler queiles autres composantes du

milieu d'induction FHGL semi-liquide auraient un effet stimulateur sur I'androgenèse en

culture d'anthères. Ces travaux ne permettent également pas de vérifier l'existence d'une

synergie entre les composantes du rniIieu d'induction, ni de savoir si les proportions entre ks

composantes du milieu doivent être respectées pour b6nèficier de l'effet stimulateur du

prémitement <<Tous 2 x ~ .

La phytohormone, les acides aminés ou les vitamines présents dans te milieu FHGL d'induction semi-liquide pourraient participer à l'effet stimulateur du prétraitement (<Tous 2x»

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sur I'androgenèse. D'un autre côté, l'effet du prétraitement <Tous 2xr pourrait Erre osmotique. Seuls des travaux de recherche complémentaires permettront de déterminer I'origine et le mode d'action du prétraitement «Tous 2x».

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5.1. Retour sur l'hypothèse de recherche

Une hypothèse de recherche a été émise au début de ces travaux: d e s microspores

d'orge en culture d'anthères in vitro sont très sensibles à la concentrution des composantes du milieu d'induction FHGL semi-liquide pendant les premiers jours de la phase

d'induction *.

On a effectivement démontré que les microspores, en culture d'anthères in vitro, sont

très sensibles à la composition du milieu d'induction dès les premiers jours suivant la

dissection et la mise en culture des anthères. On a aussi démontré que la concentration des

ingrédients du milieu d'induction FHGL semi-liquide, au début de la phase d'induction en

culnue d'anthères, affecte la production moyenne d'embryons, de plantes vertes et de plantes

albinos par 100 anthères. La composition du milieu d'induction pendant les premiers jours de

la phase d'induction a donc une grande importance sur l'initiation de l'androgenèse et la

régénération de plantes vertes.

La réalisation des objectifs de recherche a permis de démontrer qu'un doublement de la

quantité de tous les ingrédients dans le milieu d'induction FHGL semi-liquide (traitement

«Tous 2x») pendant les quatre ou les six premiers jours de la période d'induction en culture

d'anthères, stimule l'androgenèse, septuple la production de plantes vertes chez le cultivar

Léger et double la production de plantes vertes chez le cultivar Cadette.

À la lumière de ces résultats, obtenus lors de l'utilisation de différents milieux de

prétraitement des anthères, il apparaît très bénéfique de doubler la dose «Tous 2x» de tous les

ingrkdients du milieu FHGL semi-liquide pour améliorer la production de lignées HD d'orge

en culture d'anthères. Les effets du prétraitement des anthères, avec le milieu <<Tous 2x», sur

la production d'embryons, de plantes vertes ou de plantes albinos par 100 anthères, sont très

satisfaisants. Le prétraitement stimule l'androgenèse chez les génotypes Léger et Cadette et

permet egalement, chez ces deux ghotypes, de diminuer le taux d'ûibinisme. Ceci indique que

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ce prétraitement pourrait être utilisé de façon générale sur des génotypes dont la réponsc

androgénique est moins connue. sans crainte d'un effet négatif sur la production de lignées H I

d'orge de printemps.

Ces travaux démontrent donc qu'il est possible d'améliorer le taux de production dr

lignées HD par 100 anthères. L'amélioration du taux de production des plantes vertes aura LU

impact direct sur les coûts de production des lignées HD. Ces travaux exploratoires sont donc

importants, car ils ont permis de cibler une des étapes clefs de la culture in vitro des anthères.

5.2. Essais d'application du prétraitement «Tous 2x» en production de lignées HI: d'orge de printemps.

Les travaux de recherche effectués ont permis de développer des outils pour améliore1

la production de plantes vertes en culture d'anthères. Dans l'optique d'un transfert des

techniques de production de lignées HD au secteur de l'amélioration privée de l'orge.

l'augmentation du taux de production de plantes vertes obtenues par l'application d'un

prétraitement aux anthères au début de la phase d'induction est très rentable.

5.2.1. Première tentative d'application du prétraitement «Tous 2x» à la production de lignées HD d'orge de printemps

Une première tentative d'application du protocole de prétraitement «Tous 2x» à la

production à grande échelle de lignées HD a été réalisée. Au cours de cette première tentative,

il y a eu des problèmes élevés de contamination dans les milieux de prétraitement où étaient

déposées des anthères d'orges provenant d'hybrides Fi. Ces contaminations semblaient être

d'origine bactérienne. Le contenu élevé en acides aminés du milieu de prétraitement «Tous

2x» peut favoriser le développement des bactéries endogènes présentes dans les tissus mis en

culture. 11 n'existe actuellement pas de solution miracle pour remédier à ce problème

technique, découlant des conditions de culture des plantes-mères. L'amélioration de la qualité

de I'environnement et des conditions de croissances des plantes-mères demeure pour l'instant

un des éléments clefs de la réussite de I'androgenèse in vitro. Cependant, des solutions

pourraient être apportées bientôt. Par exemple, Eudes et al. (1995) rapportent que l'addition de

lysozyme dans le milieu de culture in vitro permet de contrôler le développement indésirable

de bactéries Gram-positives comme Baccillus subtilis.

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5.2.2. Deuxième tentative d'application du prétraitement «Tous 2 m à la production de

lignées HD d'orge de printemps

Une seconde tentative d'application du protocole de prétraitement des anthères «Tous

2x» à la production à grande échelle de lignées HD a été réalisée. Au cours de cette seconde

tentative, il n'y a eu aucun problème de contamination du milieu de prétraitement et le

prétraitement a été comparé avec la procédure conventioanelle de production de Iignées HD d'orge de printemps en vigueur au laboratoire de phytogénétique du département de

phytoiogie de l'université Laval. Le génotype Léger et des hybrides «Cadette X Accan,

MBQCB-IO X Bedford» et «Acca X Bedford» ont été utilisés comme plantes-mères.

GIobalement, Ie traitement «Tous 2x» a permis de doubler la production de plantes vertes par

rapport à la technique conventionnelle (données non présentées).

Cependant, le degré de stimulation de la production de plantes vertes varie selon le

génotype traité. Les génotypes qui présentent une faible réponse androgénique avec le

traitement témoin ont aussi une faible réponse androgénique avec le traitement <<Tous 2x»; Ia

Fi ((BQCB-10 X Bedford» présente une très faible réponse androgénique, avec ou sans

prétraitement des anthères (D. Chénard, cornm. pers.).

Par conue? la variabilité de la réponse androgénique observée d'un épi à I'auue à

l'intérieur d'un même génotype est beaucoup moins exprimée lorsque le prétraitement «Tous

2x» est appliqué aux anthères. Ce prétraitement permet donc de compenser, en partie, l'effet

d'un matériel végétai de moins bonne qualité, d'uniformiser la réponse androgénique à

l'intérieur d'un même génotype et de stimuler le taux de régénération des plantes vertes.

Les résultats obtenus lors de la deuxième tentative d'application à grande échelle du

prétraiternent confirment donc que le prétraitement des anthères «Tous 2x», appliqué dès le

début de la phase d'induction, a un effet positif sur l'androgenèse, qu'il peut être utilisé pour

diminuer la variabilité de la réponse androgénique à l'intérieur d'un même génotype, et qu'il

améliore la production globale de plantes vertes par 100 anthères en production de lignées HD d'orge de printemps.

53. Perspectives d'optimisation du prétraitement des anth&res

Une suite à ce projet de recherche est impérative. U est important de cibler quelles sont

les composantes du miIieu FHGL semi-liquide qui, deux fois plus concentrees pendant les

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premiers jours de la phase d'induction, provoquent une stimulation de la régénération des

plantes vertes. Une meilleure connaissance des relations entre les composantes du milieu de

prétraitement et ses effets physiologiques sur l'initiation de l'embryogenèse et Ia formation

d'embryons plus aptes à se régénérer en plantes vertes permettra de transférer cette

technologie Zt la culture des microspores isolées pour la production de lignées HD d'orge. Ces

connaissances pourraient aussi être transférées à la production de lignées d'autres cérédes

comme le blé.

Des études concernant la durée de prétraitement des anthères et la concentration des

ingrédients du milieu FHGL semi-liquide sont également ndcessaires pour compléter les travaux rapportés dans ce mémoire. Seuls des travaux de recherche supplémentaires

permettront de déterminer l'origine et le mode d'action de I'effet stimulateur du prétraitement

«Tous 2x». Pour mieux généraliser I'effet des pr6traitements appliqués aux anthères, un pIus

grand nombre de génotypes et d'hybrides (Fi, F2, RC1, etc.) devrait être utilisé.

5.4. Impacts de la culture des anthères en amélioration des céréales

Pour demeurer compétitifs, les améliorateurs, Ies obtenteurs ou Ies sélectionneurs de

variétés végétales doivent adopter de nouvelles stratégies pour accélérer et mieux cibler leur

programmes de sélection. Cela doit être fait en coopération avec le biologiste végéral

(Bonjean, 1995). L'intégration des techniques d'haplodiploïdisation dans les programmes

privés d'amélioration de l'orge semble très prometteuse. Chez l'orge de printemps, Bonjean

(1995) rapporte que la production de semences à partir d'haploïdes doublés est possible en un an. Ce temps inclut la culmre des parents hybrides FI. Les techniques d'haplodiploïdisation

permenent aussi de créer de nouvelles variétés fixées directement à partir d'hybrides F2 ou à

tout autre stade de sélection d'un programme d'amélioration (Xu, 1990). La sélection au

champ du matériel intéressant est facilitée par le caractère totalement homozygote des lignées

HD, car le phénotype, exprimé en absence d'un effet environnemental majeur, correspond au

génotype de la plante. En plus, l'expression des gènes n'est pas affectée par Ie caractère

dominant, partiellement dominant ou récessif de ces gènes, et il y a absence de masquage ou

d'hétérosis dans le génome des lignées d'orge HD. Les lignées HD sont donc plus facilement

caractérisables et les caractères sélectionnés sont stables et présents chez la descendance issue

de la reproduction autogame.

L'adoption et l'utilisation efficace et rentable des lignées HD en amélioration des

céréales nécessite: 1) que la technique d'haplodiplo'idisation utilisée permette Ia production en

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grand nombre de lignées HD, et ce avec la plus grande diversité de génotypes parentaux

possibles, 2) que Ia population de lignées HD issue d'un parent hybride soit représentative de

la diversité des gamètes parentaux produits, et 3) que les lignées HD produites soient

génétiquement stables (Snape et al., 1986).

À l'heure actuelle, la production de lignées HD en grand nombre avec une plus grande

diversité de génotypes parentaux est le facteur qui limite le plus l'adoption de

I'haplodiploïdisation dans le secteur de l'amélioration privée. Les progrès réalisés dans le

domaine de l'androgenèse in virro en cuiture d'anthères et de microspores isolées offrent

l'espoir d'éliminer prochainement ce problème majeur. La poursuite plus détaillée des travaux

présentés dans ce mémoire doit inclure Ieur adaptation à la culture des microspores isolées.

Cette technique d'haplodiploïdisation permet de produire plus de plantes vertes par 100

anthères que la culture d'anthères selon certains laboratoires. Nous avons démontré que les

premiers jours de la culture in vitro des anthères sont une étape clef en androgenèse in vitro; il

pourrait en être de même pour la culture des microspores isolées.

En attendant de nouveaux développements techniques majeurs, les techniques

d'haplodiploïdisation demeurent complémentaires aux techniques d'amélioration

conventionnelles, mais leur contribution dans ce domaine est certes non négligeable. Des

efforts de recherche supplémentaires doivent donc être fournis afin de rentabiliser

l'investissement que reprksente l'intégration des Lignées HD dans le secteur privé de

t'amélioration des céréales.

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RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES

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A N N E X E S

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Stades de développement des microspores uninucléées utilisées en culture in

vitro d'anthères chez l'orge

P

noy

nuc

int

exi

P Pore poiiinique noy Noyau nuc Nucléole int Paroi pollinique interne: intine ext Paroi poUinique externe: exine

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ANNEXE B

Numérotation aléatoire des traitements

No. - .. -

Traitement No. Traitement

Tous Ox; 6 jours

Maitose 2x; 4 jours

Maltose Ox; 6 jours

Sels 3x; 4 jours

Sels 3x; 6 jours

Seb 2x; 4 jours

Tous 3x; 4jours

Témoin i x; 4 jours

Sels Ox; 6 jours

SeIs 2x; 6 jours

Tous 3x; 6 jours

Tous Ox; 4 jours

Maitose Ox; 4 jours

Maitose 3x; 6 jours

Témoin f x; 6 jours Maltose 3x; 4 jours

Témoin lx 6 jours

Témoin lx: 6 jours

T6moin 1 x; 4 jours

SeIs Ox; 4jours

Tous 2x; 6 jours

Maltose 2x; 6 jours

Témoin lx; 4 jours

Tous 2x; 4 jours

Témoin 1,2 ml

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ANNEXE C.1

Plan des répétitions et des sous-blocs, cv. Léger

RepIt [419 17* 19 16 20 18 Repu [8] 3 23 13 18 8 [SI 23 25 21 24 22 [6] 16 21 1 6 1 1 [ i l 1 2 4 5 3 173 17 22 12 2 7 131 12 14 13 15 1 1 [9] 14 24 4 19 9

[21 6 9 7 8 1 0 [IO] 5 10 25 20 15 7 Numkro de la répétition

Numéro du bloc l Numéro du naitement

Rep ïïï [14] 23 10 4 17 1 1 Rep TV [17] 16 24 2 10 13 [12] 2 21 8 14 20 [ZO] 8 22 5 1 1 19 [Il] 19 13 25 7 1 [19] 21 15 7 4 18 [15] 18 24 5 12 6 [16] 20 12 23 9 1 [13] 9 15 22 3 16 1181 6 25 3 14 17

Rep V [23] 19 12 10 21 3 Rep Vi [26] 18 14 1 22 10 [25] 5 7 23 14 16 [28] 20 24 3 7 11 [21] 24 1 8 15 17 [30] 5 17 21 13 9 [22] 2 1 1 25 9 18 [29] 12 25 4 16 8 [24] 13 20 6 22 4 [27] 23 6 15 19 2

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Plan des répétitions et des sous-blocs, cv. Cadette

RepIt [219 9' 8 7 10 6 Rep II [8] 23 18 3 8 13 [SI 21 23 25 22 24 [IO] 25 10 15 20 5

- -

Numéro de la répétition " Numtro du bloc Numéro du maitement

Repm 1121 2 21 20 8 14 R e p N [17] 24 13 2 16 10

RepV [22] 18 9 25 2 11 RepVI[30] 21 5 9 17 13 [25] 23 5 7 14 16 [28] 3 24 20 11 7

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ANNEXE D

Protocole de préparation d'un litre de milieu d'induction FHGL semi-liquide et d'un litre de

milieu de régénération FHGL solide

Tous les milieux sont préparés avec de l'eau déionisée (18 Mi2 - cm; NANOpure,

ultrapure water system, Bamstead, Iowa). La liste des composantes des milieux FHGL semi-

liquide et solide est présentée au tableau 3.1 (chap. III).

Miïieu d'induction FHGL semi-liquide

Le milieu FHGL semi-liquide témoin (milieu de base) ainsi que les différents milieux

de prétraitement sont préparés en une seule phase pour éviter les conditions de filtration

difficiies quand la dose de maltose et de tous les ingrédients est doublée ou triplée.

- Tarer un bécher de lL et y peser directement Ie Ficoll.

- Ajouter 600 ml d'eau déionisée dans le bécher et amener le mélange à ébullition légère en agitant constamment.

- Lorsque le FicolI est complètement dissous. laisser tiédir un peu la solution en l'agitant constamment, puis ajouter le maltose.

- Lorsque la température de la solution de Ficoll et de maltose est environ de 24-26°C incorporer les autres ingrédients, un par un selon l'ordre donné au tableau 3.1, à l'exception du CaC12 et du Fer qui doivent être ajoutés en dernier lieu,

- Quand torrs les ingrédients sont intégrés, ajuster le volume de la solution à 975 ml à l'aide d'eau déionisée.

- Ajuster le pH de la solution à 5,6 à l'aide d'une solution de KOH ou de HCI (1 ou 0'1 N).

- Compléter le volume de la solution à 1000 ml (IL) avec de l'eau déionisée. Bien agiter la solution pour obtenir un milieu homogène.

- Filtrer stérilement le milieu sous une hotte à flux laminaire à l'aide d'un filtre (VacuCapTM 90 Filter Unit 0,2 pm, Gelman Sciences, Michigan, U.S.A.) installé sur une bouteille (PYREX Brand Laboratory bottles) de 1L.

- Conserver Ies milieux qui ne sont pas immédiatement utilisés à 4°C.

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Milieu de régénération FHGL Soüde

Le milieu FHGL solide de régénhtion est préparé en deux phases: une phase autodav& et une phase filtrée.

1) Phase autoclavée

- Porter à ébullition 500 ml d'eau déionisée dans un erlenmeyer de 2L. Ajouter I'agar par petites quantités. Boucher I'erlenmeyer à I'aide d'un bouchon mousse de type «Dispo Plugs» (No. T1387, Baxter Corporation division Canlab, Ont. Can.). Recouvrir le goulot de I'erlenmeyer et le bouchon mousse d'une double couche de papier d'aluminium. Autoclaver la solution 20 minutes à 12 1 OC.

- Lorsque la stérilisation est complétée, laisser tiédir Ia solution d'eau et d'agar en l'agitant constamment. La température de la solution ne doit pas diminuer audessous de 30°C. sinon le mélange poumit se solidifier lorsqu'on y incorpore la phase filtrée. D'un autre côté, la tempékature de la phase autoclavée ne doit pas être supérieure à 40°C. Une température trop chaude entraînerait une dénaturation des composantes thermolabiies de La phase filrrée.

2) Phase filtrée

- Dissoudre le maltose dans 300 ml d'eau déionisée.

- Lorsque le maltose est complètement dissous, incorporer les autres ingrédients, un par un, selon l'ordre d'apparition des ingrédients au tableau 3.1, à l'exception du CaCb et du Fer qui doivent êrre ajoutés en dernier lieu.

- Compléter le volume de la solution à 450 ml.

- Ajuster le pH de cette solution à 5,6 avec des solutions de KOH (1 ou O, 1 N) ou de HCl (1 ou 0.1 N).

- Compléter le volume de la solution à 500 mi avec de l'eau déionisée. Bien agiter pour homogén6iser Ia phase filtrée.

- Filtrer stérilement la solution sous une hotte à flux laminaire à l'aide d'un filtre (VacuCapTM 90 Filter Unit 0,2 pm, Gelman Sciences, Michigari, U.S.A.) installé sur une bouteille (PYREX Brand Laboratory botties) de 500 ml .

3) Intégration de la phase filtrée à la phase autoclavée

- Lorsque la phase autoclavée est assez refroidie, y ajouter la phase fdtrée.

- Une agitation constante est nécessaire lors du mélange des deux phases. Distribuer immédiatement le &eu dans les cuvettes de culture.

- Laisser le milieu refroidir au moins Z heure sous la hotte avant de l'utiliser ou de sceller les cuvettes à l'aide de ~arafüm@ *M> (Arnerican National Can TM, Greenwbich). Entreposer le d i e u à 4°C s'il n'est pas utilisé au cours de la semaine suivant sa fabrication.

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Mesure de la pression osmotique des milieux utilisés pour le prétraitement des anthères au

début de la phase d'induction

Milieux Mesure 1 Mesure 2 Mesure 3 Mesure 4

FHGL liquide

FHGL semi-liquide (Témoin Ix et 1,2 mi)

Tous Ox Tous 2x Tous 3x

Maitose Ox Maltose 2x Maltose 3x

Sels Ox Sels 2x Sels 3x

Pressions osmotiques mOsm K g 1 H20+t

t Détermination de la pression osmotique par osmomérrie a congélation (Advanced Wviicro4 modèle 3M0, Advanced Instruments. hc.. Massachusetts) Facteur de convesion de mOsm Kg' HzO à MPa = 423.9

O Plus grand que 2000 mOsm Kg' H20 Icapacid de mesure maximale de l'appareil)

Moyenne

275

463

110 98 1

> 2000

198 650

> 2000

429 5 10 577

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ANNEXE Fm1

Production d'embryons par LOO anthères pour quatre doses de l'ensemble de tous les ingrédients, du maltose ou des sels du milieu RiGL semi-liquide, appliquées en prétraitement des anthères, pendant les quatre ou les six premiers jours de la phase

d'induction, cv. Léger et Cadette

Cadette Léger

Traitements Données Brutes

Témoin 1,2 ml' 484 532

Tous Ox TOUS lx' Tous 2x

Tous 3x

Maltose Ox Mdtose l x '

Maltose 2x

Maltose 3x

Sels Ox

Sels lx' Sels 2x

Sels 3x

4 jours 6 jours 4 jours 6 jours

' Milieu d'induction FHGL semi-liquide à la concentration témoin des composantes. tel que dCcnt au tableau 3.1.

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Production de plantes vertes par 100 anthbres pour quatre doses de l'ensemble de tous les ingrbdients, du maltose ou des sels du milieu FHGL semi-liquide, appliquées en prétraitement des anthères, pendant les quatre ou les six premiers jours de Ia phase d'induction, cv. Cadette

Traitements Données Données Données TransfomCes+ Détrünsformées Brutes

Témoin 1,2 ml' 1,40 3 ,O6 5,56 Données Donn6es Données Transformées" Détransfornit5es Brutes

4 jaurs 6 jours

Tous Ox 0,64 0,89 2.32 0,22 0,25 0,46

TOUS lx4 1 ,O4 1,83 4,32 0,66 0,93 2,47 Tous 2x 1,20 2,33 6,48 1,48 $40 9,26

Tous 3x 1,77 4,89 6,95 0,22 0,25 0,46

Maltose Ox 0,Oo 0,Oo 0.00 0,22 O,25 0,46

Maltose 1 x ' 1 ,O4 1,83 4,32 0,66 0,93 2,47

Maltose 2x 0,69 0,99 2,32 0,92 1,50 11,11

Maltose 3x 1.35 2,86 5,56 0.76 1,15 3.24

Sels Ox 0,79 1,20 3,24 0,67 0,96 2,78

Sels lx' lm 1,83 4,32 0,66 0,93 2,47

Sels 2x 0,89 1,44 3,24 0.83 1,30 3,70

Sels 3x (lm w)o 0,OO 0,67 0,96 2,78

* Milieu d'induclion FHGL senii-liquide h la conceniraiion idinoin des coinpsanlcs, le1 que ddcrit au tableau 3.1. * DonnCes transfonnees (log Ix+l])

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Production de plantes albinos par 100 anthhres pour quatre doses de I'ensenible de tous les ingrédients, du maltose ou des sels du milieu FHGL semi-liquide, appliquées en prétraitement des anthères, pendant les quatre ou les six premiers jours de la phase d'induction, cv. Cadette

Traitements Donndes Donnies Données Transfom6es+ DQransforinées Brutes

Témoin 1,2 ml' 3,36 27 ,66 36,ll Données Données Données Transformkes* Détransformées Brutes

4 jouis 6 jours

Tous Ox 0,92 1,5 1 5 ,O9 0,45 0,57 2,32 Tous lx* 2,98 18,65 25,77 2,56 1 1,97 24,85 Tous 2x 2,59 12,38 19,45 2,76 14,8 1 18.52 Tous 3x 1,98 6,26 12,97 0,OO 0,OO

Maltose Ox 0,Oo 0,Oo 0,44 0,56 0,93 Maltose lx' 2,98 18,65 25,77 2,56 1 1,97 24,85 Maltose 2x 2,44 1 0,47 15,28 1,72 439 28,24 Maltose 3x 1,60 3,97 7,4 1 1,22 2,40 5.56

Sels Ox 2,54 1 1,67 28,24 1,37 2,93 20,37

Sels 1 x' 2,98 18,65 25,77 2,56 1 1,97 24,85 Sels 2x 2,18 7,86 17,13 2,47 10,77 19,91 Sels 3x 0,97 1,65 6,02 1,16 2,19 12,96

' Mitieu d'induclion FHGL semi-liquide ?I la concentration ifnioin des coinpanles, I C I que décrit au tableau 3.1. * Donnks transformCes (log [x+l])

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Production de plantes vertes par 100 anthères pour quatre doses de l'ensemble de tous les ingrédients, du maltose ou des sels du milieu FHGL semi-liquide, appliquées en prétraitement des anthères, pendant les quatre ou les six premiers jours de la phase d'induction, cv. Léger

Traitements Données Données Données Transformées+ Détransformées Brutes

TCmoin 1,2 ml' 1,45 3,28 6,48 Données Donndes Données Transformées+ D6transformées Brutes

4 jours 6 jours

Tous Ox 1,lO 2,O 1 4,17 0,22 0,25 0,46 TOUS lx' 0,97 1,63 3 ,O9 1,22 2,40 3,86 Tous 2x 2,56 1 1,93 16,20 2,85 16,32 23,15

Tous 3x 1,36 2,89 5 ,O9 0,70 1,OI 3,24

Maltose Ox 1,11 2,04 6,48 2,O 1 6,42 1 0,65 Maltose 1 x' 0,97 1,63 3 ,O9 1,22 2,40 3,86

Maltose 2x 0,59 0,8 1 1,85 1,22 2,40 6,95

Maltose 3x lm 1,84 3,7 1 1,78 4,9 1 7,4 1

Sels Ox 0,37 0,45 1,39 0,86 1,36 2,78 Sels lx' 0,97 1,63 3 ,O9 1,22 2,40 3,86 Sels 2x 0,95 1,59 3,24 t ,26 2,52 5 ,O9 Sels 3x 1,40 3 ,O4 6,48 0,67 0,96 2,78

Milieu d'induction FHGL semi-liquide B la conceniration itnioin des composantes, tel que décrit uu (ahleau 3.1. + Donntes iransformtes (log lx+ I l )

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Production de plantes albinos par 100 anthères pour quatre doses de l'ensemble de tous les ingrddients, du maltose ou des sels du milieu FHGL semi-liquide, appliquées en prét raitement des antheres, pendant les quatre ou les six premiers jours de la phase d'induction, cv. Uger

Traitements Données Données Dondes Transfomides* Détransform&s Brutes

Tbmoin 1,2 ml' 1,78 4,95 1 0,65 Données Donn6es Donndes Trunsformées+ Détransformées Brutes

4 jours 6 jours

Tous Ox 1 ,O4 1,84 3,7 1 0,37 0,45 1,39

TOUS l x ' 0,92 1,52 3 ,O9 1,lO 1,99 4,32 Tous 2x 1,27 2,57 6,95 I,42 3,12 5 ,O9 Tous 3x 0,22 0,25 0,46 0,22 0,25 0,46

Maltose Ox 1,21 2,35 6,02 135 3,69 6,95

Maltose lx' 0,92 1,52 3 ,O9 1,lO 1,99 4,32 Maltose 2x 0,OO 0,OO (),O0 0,85 1,34 2,32

Maltose 3x 0,44 0,56 0,93 1,65 4,22 5,56

Sels Ox 0,67 0,94 1,39 0,54 0,7 1 1,39

Sels lx' 0,92 1,52 3 ,O9 1,lO 1,99 4,32

Sels 2x O() 0,OO 0,Oo 1,42 3,12 $56 Sels 3x 0,67 0,96 2,78 0,59 0,8 1 1,85

' Milieu d'iiiduciion FHGL semi-liquide h la concentraiion témoin des cornposiinies, iel que décrii au iuhlcaii 3.1. * Donnees transfomees (log 10 [x+ l 1)

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Tableau des coefficients iittribubs aux traitements (suite)

Coefficients

Traitements 3x 1 x 3x L X I x 1 x ox 2x 2x 1 x 2x 1,2 ml Maltose ldmoin Maliose tdmoin iénioin tdnioin Sels Tous Maltose temoin Tous ternoin

Durées 6jours 6 jours 4 jours 6 jours 6 jours 4 jours 4 jours 6 jours 6jours 4 jours 4 jours

Contrastes

0,4 ml vs 1.2 ml Durée Maltose Linéaire Maltose Quadratique Maltose Cubique Sels Lindaire Scls Quadratique Sels Cubique Tous Lintaire Tous Quadratique Tous Cubique Durée X Maltose Lin Durée X Mallose Qua Durde X Maltose Cub Durée X Sels Lin Durte X Sels Quo Dur& X Sels Cub Durde X Tous Lin Durée X Tous Qua Durée X Tous Cub 2 Maltose X 2 Tous 2 Sels X 2 tous 3 Maltose X 3 Tous 3 Sels X 3 Tous

* Une pondCraiion égale es1 accordée aux traitements «Tdinoin 1 x» pour les préirnitements de quatre jours et pour les prdtraitcinents dc six jours

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f MAI; t LVALUATION TEST TARGET (QA-3)

APPLIED IMAGE. lnc - = 1653 East Main Street - -. -, Rochester. NY 14609 USA -- -- - , Phone: 71 6/482-O3GU -- -- - - Fax: 71 61288-5989

O 1993. Applied Image. 1%. All Rigins Resewed