totipotence chez le végétal

S7 : Technologie et biotechnologie

végétales

Totipotence chez le végétal

Signification et limites

S7 : Technologie et biotechnologie végétales

Plan

Quelques définitions

Naissance et développement des cultures in

vitro

Applications et limites de la totipotence

Mécanismes sous-jacents à la totipotence

Signification biologique de la totipotence des

cellules végétales


Quelques définitions

Cellules totipotentes: cellules issues des premières division de l'oeuf fécondé capables de donner naissance à tous les types de cellules de l'organisme et les seules à permettre le développement complet d'un individu.

Cellules pluripotentes : Capacité que possède une cellule de se différencier en environ 200 types cellulaires représentatifs de l’ensemble des tissus (cellules souches embryonnaires issues d’embryons de 5 à 7 jours)

Cellules multipotentes : capables de donner naissance à plusieurs types cellulaires (les cellules souches myéloïdes de la moelle osseuse sont à l’origine des cellules sanguine)

Chez les animaux

Spécificité du végétal

Chez les plantes, la totipotence peut se définir comme la propriété

qu’ont certaines cellules de pouvoir régénérer un individu lorsqu’elles

sont placées dans des conditions appropriées, en passant

éventuellement par une étape de dédifférenciation


Exemple : microbouturage du Saint Paulia

2 mois plus

tard

Source : http://www.didier-pol.net/1CLONES.html


végétales

Historique

La totipotence comme fil

conducteur de la naissance

des biotechnologies

végétales


Historique de la culture de tissus et d’organes de plantes

Contexte théorique au début du XXème siècle:

– Théorie cellulaire (Schleiden et Schwann)

– Microbiologie et biochimie

Comment étudier le comportement de cellules

isolées ?

Cultures en conditions

stériles

Caractérisation de substances

de croissance


G. Haberlandt : le concept de totipotence de la cellule végétale

Aspects historiques

Deux idées importantes :

•la culture de cellules isolées constituerait

potentiellement un modèle de recherche

•maintient en vie de cellules isolées

•Pas de multiplication cellulaire

•on peut potentiellement régénérer une plante

entière à partir d’une cellule isolée totipotence

•Échec (mauvais choix d’explants,

méconnaissance des substances de

croissance)

http://users.ugent.be/~pdeberg

h/his/his2az1.htm


Émergence des techniques de culture

– Haberlandt (1902) : concept de totipotence

– White (1934) : culture in vitro de racines de tomates

– Gautheret (1935) : utilisation d’auxine pour cultiver

du cambium de saule

– 1939 : 1ère culture indéfinie de cals de carotte

Aspects historiques

La culture de tissus est possible en utilisant des substances de

croissance et/ou des tissus méristématiques

https://www2.carolina.com


Émergence des techniques de culture

– Braun (1941) : travaux sur le crown

gall

– Miller (1955) : cytokinines

– Murashige et Skoog (1953-1962) : mise au point de milieux de culture efficaces

contenant des cytokinines et des auxines

Aspects historiques

Croissance in vitro des tumeurs

sans ajout d’hormones


Confirmation des hypothèses d’Haberlandt

1956 (Muir) suspensions cellulaires

1958 (Reinart et Stewart) Embryogenèse somatique chez la carotte

Aspects historiques


Confirmation des hypothèses de Haberlandt

1965 (Vasil et Hilderbrandt) Régénération d’un plant de tabac à partir d’une cellule unique

1971 (Nagata et Takabe) Régénération d’un plant entier à partir d’un protoplaste

Aspects historiques


Développements : des outils agronomiques

1965 (Morel) multiplication in vitrodes orchidées

1972 (Sharp) : tomates haploïdes à partir de pollen

1973 : hybride issu d’une fusion de protoplastes

Aspects historiques


Développements : production de métabolites secondaires

1977 : culture de cellules de tabac dans un réacteur de 20 000 litres

1983 (Mitsui Petrochemical) : production industrielle de métabolites secondaires

Aspects historiques


Développements : la transgenèse

Van Montaigu (1983) : tabac résistant à la kanamycine

1994 : Flavr Savr (Calgene, antisensage d’une polygalacturonase)

1996 : maïs transgénique commercialisé aux USA

Aspects historiques


végétales

La totipotence : applications et limites


Des cellules plus ou moins totipotentes

Les méristèmes :

•un réservoir de cellules totipotentes

Les autres types cellulaires :

• une totipotence plus ou moins facile à exprimer

•Utilisation de substances de croissance exogènes

•Régénération directe

•Régénération en passant par un stade de cal

Variabilité

interspécifique


Limites de la totipotence :impossibilité technique

Différentiation irréversible : xylème (!)

En fonction de la méthode de préparation des protoplastes,

récalcitrance à la régénération

Pour beaucoup d’espèces d’intérêt agronomique, les

protoplastes ne sont pas totipotents (récalcitrants) ex : Vitis

vinifera


Limites de la totipotence :

Variation somaclonale

Les plantes régénérées présentent souvent

des problèmes

– Perte de caractères chimériques

– Aneuploïdies , délétions chromosomiques

Modification du caractère juvénile

– Impact sur la fertilité


végétales

Mécanismes sous-jacents à la totipotence

Chez les cellules

végétales


Pourquoi les cellules végétales sont totipotentes : Arguments classiques

Petit nombre de types cellulaires

Seulement 3 ou 4 types d’organes

fondamentaux (racine, tige, feuilles) dont les fleurs,

vrilles, épines, fruits et tubercules sont des dérivés

Grande plasticité génomique

– la croissance peut rester presque normale malgré

de profonds remaniements chromosomiques


Etapes liées à la totipotence

Etape 1 :

– Cellules différentiées : dédifférenciation nécessaire

– Cellules souches méristématiques

Etape 2 : mise en route de l’activité mitotique utilisation

de substances de croissance

Etape 3 : autonomie de la croissance tissulaire vis-à-

vis des substances de croissance exogènes

Enjeux scientifiques actuels:

Comprendre les mécanismes de dédifférenciation

Comprendre la nature des cellules souches

totipotence chez le végétal

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