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Qu’est-ce que la transformation des plantes : Transformation stable

Vous avez peut-être entendu des scientifiques spécialistes des plantes dire qu’ils utilisaient la « transformation végétale » pour exprimer un gène dans une plante cible. Mais qu’est-ce que cela signifie exactement ?

La transformation des plantes est un moyen d’insérer l’ADN d’un autre organisme – normalement une autre plante, dans le génome d’une plante d’intérêt. Par exemple, dans mon travail, j’ai inséré un gène appelé Stilbène synthase du raisin dans la tomate pour permettre la production du composé médicinal resvératrol à des niveaux élevés dans les tomates.

Pourquoi utilisons-nous cette technologie ?

La modification génétique est utilisée dans de nombreux domaines de la recherche scientifique et est largement utilisée pour modifier : Des levures, des bactéries, des plantes et des cellules de mammifères. L’une des utilisations les plus importantes des organismes génétiquement modifiés est la production à grande échelle de composés médicalement importants. Par exemple, les bactéries génétiquement modifiées sont utilisées pour la production d’insuline synthétique.

Dans les plantes, nous utilisons la transformation des plantes pour étudier l’effet de certains gènes, et pour améliorer les caractéristiques des plantes telles que : le rendement, la résistance aux maladies, la tolérance au stress, et la production de nutriments. L’ingénierie des plantes pour l’avenir, en améliorant la tolérance au stress (aux stress tels que les niveaux élevés de sel, et la sécheresse) est un domaine de recherche particulièrement important- avec les problèmes prévisibles que les agriculteurs vont bientôt rencontrer avec le changement de climat dû au réchauffement climatique.

La transformation des plantes- comment le faisons-nous ?

Il existe deux types de transformation des plantes : la transformation stable, et la transformation transitoire. Ce post se concentrera sur la transformation stable.

Qu’est-ce que la transformation stable des plantes?

La transformation stable des plantes est utilisée pour l’introduction stable d’un gène dans une plante – ce qui signifie que le gène sera entièrement intégré dans le génome de l’hôte, de sorte qu’il est exprimé en permanence, et sera également exprimé dans les générations ultérieures de la plante. Ce type de transformation végétale est utilisé pour la recherche à long terme de gènes, et pour la production à long terme d’un trait/composé à grande échelle.

Méthodes utilisées pour la transformation stable:

La transformation végétale implique 2 étapes : La livraison de l’ADN dans une seule cellule, et la régénération en plantes fertiles complètes.

La livraison de l’ADN:

Il existe 2 méthodes principales pour la livraison de gènes dans les plantes- Agrobacterium et le canon à particules. (Je vais me concentrer sur Agrobacterium car c’est ce que j’utilise, mais je mettrai quelques articles sur l’utilisation des canons à particules en bas de page).

Agrobacterium

Agrobacterium est une bactérie naturelle du sol, qui a la capacité unique de transférer une partie de son propre ADN dans les cellules végétales. Dans la nature, le transfert d’une partie de l’ADN bactérien provoque une division rapide des cellules végétales, et le développement d’une tumeur végétale.

Agrobacteriumgall
Agrobacterium Gall (tumeur)à la racine de Carya illinoensis : source wikimedia

En laboratoire, nous exploitons la capacité de transfert d’ADN d’Agrobacterium, mais nous supprimons les gènes ‘formant la tumeur’ – au lieu de les remplacer par nos gènes d’intérêt.

Nous inoculons Agrobacterium contenant nos gènes d’intérêt, sur des explants de tissus végétaux blessés. L’Agrobacterium transfère alors le gène d’intérêt dans l’ADN du tissu végétal.

Générer une plante transgénique entière:

Après innoculation avec l’Agrobacterium, le tissu végétal est cultivé sur des milieux qui contiennent des antibiotiques pour tuer l’Agrobacterium, ainsi que des facteurs sélectifs. Le facteur sélectif est généralement un antibiotique qui devrait normalement tuer les cellules végétales. Lorsque le gène d’intérêt est ajouté à l’agrobacterium, nous ajoutons un marqueur sélectif, par exemple un gène de résistance aux antibiotiques. Cela signifie que seules les cellules dans lesquelles l’ADN étranger a été intégré avec succès dans leur propre ADN, seront capables de survivre dans des milieux avec l’antibiotique.

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Schéma simplifié de la transformation des plantes par Agrobacterium.

Culture de tissus:

Comme mentionné ci-dessus, l’agrobacterium est ajouté à des explants de tissus végétaux blessés. Un explant végétal peut être prélevé sur de nombreuses parties différentes d’une plante : pousses, feuilles, tiges, racines ect. Le type d’explant dont vous avez besoin pour la transformation des plantes diffère d’une plante à l’autre.

Lorsque l’explant est cultivé, différentes hormones végétales sont ajoutées au milieu tissulaire pour induire la régénération de la plante. Cela induit la formation d’un cal qui est une masse de cellules végétales non organisées. Après la formation d’un cal, les cals sont déplacés vers des milieux contenant des hormones pour induire la croissance des pousses, puis vers des milieux induisant la croissance des racines. Une fois que les pousses et les racines ont suffisamment poussé, le plant peut être déplacé dans le sol.

Après que la plante ait réussi à pousser sur le sol, la plante sera analysée pour confirmer l’intégration réussie de l’ADN désiré, et qu’elle fonctionne correctement.

Lectures complémentaires :

Transformation végétale partie 2 : expression transitoire

Une belle introduction à la biotechnologie : http://nepad-abne.net/biotechnology/

Un aperçu de la modification génétique : http://sphweb.bumc.bu.edu/otlt/MPH-Modules/PH/GMOs/GMOs3.html

Un bel aperçu de la modification génétique chez les Bactéries : https://www.learner.org/courses/biology/textbook/gmo/gmo_2.html

Aperçu de l’utilisation de la modification génétique dans les cultures et les animaux http://www.genewatch.org/sub-532324

Article très approfondi sur la transformation des plantes : https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC150518/

Transformation des plantes par les canons à particules : http://passel.unl.edu/pages/informationmodule.php?idinformationmodule=958077244&topicorder=3&maxto=7

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