Genéthique

Blog d'information sur l'amélioration des plantes et les biotechnologies

Tout ce que vous avez toujours voulu savoir sur les hybrides F1

Il existe cinq types de variétés en amélioration des plantes. Le choix du type de variété à créer va dépendre des caractéristiques biologiques de l’espèce en question, et notamment en fonction de leur mode de reproduction. On peut distinguer trois grands groupes de plantes selon ce critère :

  •  les autogames, c’est-à-dire les plantes qui sont capables de s’auto-féconder (comme si vous aviez des ovules et des spermatozoïdes dans votre corps et que vous vous reproduisiez vous même, quasiment à l’identique). Par exemple, le petit pois ou le blé.
  • les allogames, qui ont besoin des gamètes d’un autre partenaire (comme chez les mammifères). Par exemple, le maïs ou la tomate.
  • Les plantes à reproduction végétative, qui se multiplient sans passer forcément par la reproduction sexuée (sans faire de fleurs), comme la pomme de terre ou la fraise.

Bien sûr, en biologie il n’y a jamais de règles fixées, et une plante autogame peut être partiellement allogame, ou le devenir en fin de floraison, tout comme une plante à reproduction sexuée peut avoir une reproduction végétative en parallèle (on peut bouturer une branche de pommier).

Pour comprendre ce qui va suivre, il est important de définir l’homozygotie. Chez un individu dit diploïde, chaque gène existe en deux exemplaires, l’un hérité du père, et l’autre de la mère. Or, un gène peut exister sous plusieurs formes, appelées allèles (par exemple, le gène codant la couleur des cheveux possède un allèle blond, un allèle brun et un allèle roux). On dit qu’un individu est homozygote s’il porte les deux même allèles pour un gène (par exemple blond/blond), et hétérozygote dans le cas contraire (blond/brun). En vertu des lois de Mendel, une plante autogame va donc tendre à être homozygote à tous les allèles, tandis qu’une plante allogame va être beaucoup plus hétérozygote.

Il faut savoir que les plantes allogames supportent en général mal d’être auto-fécondées : c’est ce qu’on appelle la dépression de consanguinité : les descendants de plantes proches génétiquement sont chétifs, sensibles aux maladies, moins productifs. Il existe d’ailleurs plusieurs verrous biologiques ayant pour but d’empêcher cette auto-fécondation, comme l’auto-incompatibilité chez le chou ou la diécie chez le houblon. A contrario, si l’on croise deux plantes allogames éloignées génétiquement, leurs descendants profiteront de l’effet d’hétérosis, et seront plus vigoureuses, résistantes et productives que leur parents.

En fonction de ces réalités biologiques, plusieurs sortes de variétés existent :

  • les variétés lignées (ou lignée pures) : C’est la variété des autogames. Il existe plusieurs méthodes de sélection, qui consistent toutes plus ou moins à combiner des caractères d’intérêt par croisement entre des plantes, puis à auto-féconder les descendants de ce croisement jusqu’à obtenir une plante complètement homozygote et possédant les critères recherchés. Cette variété est parfaitement reproductible : ses descendants seront des répliques quasiment exactes d’elle-même. Cette méthode a été utilisée traditionnellement pour les espèces autogames.
  • les variétés clones : Uniquement pour les plantes pour lesquelles la reproduction végétative est possible. On combine des caractères d’intérêt par croisements, mais au lieu d’auto-féconder la plante afin de la rendre homozygote, on la reproduit végétativement (par bouturage et autres méthodes similaires). Les plants peuvent donc être hétérozygotes, et ils peuvent être reproduits à l’identique par bouturage (mais pas par production de graines). Cette méthode est très utilisée pour les variétés pérennes comme les arbres fruitiers, où la sélection est très longue, car il faut attendre que l’arbre puisse produire des fleurs pour le polliniser, soit 4 à 10 ans selon les espèces.
  • les variétés hybrides : Pour les espèces allogames, avec un fort effet d’hétérosis. Les méthodes de sélection consistent à créer des lignées pures dites « parentes », qui combinent des critères d’intérêt et qui sont éloignées génétiquement. Ces plantes seront chétives du fait de la dépression de consanguinité. On croise ensuite ces deux lignées parentes afin d’obtenir une descendance très vigoureuse (grâce à l’effet d’hétérosis), et qui combine les caractères de ses deux parents. Il est possible de reproduire à l’identique la variété en croisant les lignées parentes, cependant si l’on auto-féconde l’hybride, sa descendance sera complètement hétérogène. Pourquoi ça ? Nommons les lignées parentes A et B, pour une espèce diploïde (c’est-à-dire avec deux copies de chaque gènes, deux allèles). Comme elles sont homozygotes, les deux copies sont identiques tout le long du génome, que l’on symbolise AA et BB. Chacune de ces plantes va donner la moitié de son génome à son descendant, via les gamètes haploïdes (une seule copie de chaque gène). La plante AA fera donc des gamètes A et la plante BB des gamètes B, et le descendant du croisement AAxBB sera donc forcément AB. Cependant, si l’on auto-féconde la plante AB (ABxAB), ses descendants pourront être de type AA, AB ou BB, sans compter tous les phénomènes de recombinaisons qui interviendrons tout au long du génome. Les descendants d’un tel croisement seront donc très différents les uns des autres. Ainsi, si un agriculteur tente de multiplier un maïs hybride, ses plantes seront toutes différentes, certaines seront très mauvaises (mais certaines très bonnes), l’ensemble étant difficile à récolter mécaniquement puis à commercialiser (les acheteurs ne veulent pas d’un mélange de grains). Cependant, en aucun cas on ne peut dire que ces plantes soient stériles. Elles sont simplement impossibles à reproduire à l’identique si l’on ne dispose pas des lignées parentales, ce qui garantit à l’obtenteur le rachat de sa semence. Cependant, les sélectionneurs peuvent insérer des gènes de stérilité mâle (comme la CMS), uniquement dans les espèces où ces gènes existent (principalement les Brassicacées, comme le chou ou le colza), et ce dans le but de faciliter la production de semence en évitant la contamination du lot pour des semences autofécondées (dites « inbred »), toujours présentes en plus ou moins faible proportion. Dans ce cas, et dans ce cas uniquement, les hybrides commercialisés seront stériles. Il existe plusieurs sortes d’hybrides : les hybrides F1, dit « de première génération », sont issus du croisement de deux lignées parentales. Les hybrides doubles sont issus du croisement de deux hybrides F1 (les parents sont hybrides F1, les grand parents sont des lignées pures) ; les hybrides 3 voies sont issus d’un hybride F1 et d’une lignée pure. Leurs structures génétiques sont donc différentes (plus hétérogènes pour les hybrides doubles et 3 voies) mais la multiplication reste dans tous les cas l’apanage du sélectionneur.
  • les variétés synthétiques : C’est le même principe que pour les variétés hybrides, sauf que l’on n’est pas capable de maîtriser le croisement et donc d’assurer que les plantes se croisent bien deux à deux. On fait alors des croisements de type « polycross », en mettant en mélange plusieurs lignées parentes. Par exemple, dans un polycross à 10 composantes, chaque plante reçoit le pollen de 9 autres plantes. On récolte ensuite les semences issues de ce polycross que l’on peut commercialiser. La variété est donc relativement hétérogène, et ne sera pas exactement identique d’une production de semence à l’autre, mais restera très similaire. Il sera possible de la multiplier au champ, mais de la même façon que pour les hybrides, l’hétérogénéité des descendants sera très grande, ce qui encourage le réachat des semences. Cette méthode est utilisée presque uniquement dans la sélection du gazon (hé oui, on crée des variétés pour qu’elles résistent aux crampons des rugbymen en pleine mêlée !).
  • les variétés-populations : C’est le dernier type variétal adapté aux plantes allogames. Contrairement à toutes celles évoquées ci-dessus, elles ne sont pas fabriquées à l’aide de lignées pures, mais en choisissant chaque année les plus belles plantes parmi la variabilité existante afin de les ressemer l’année suivante (c’est ce qu’on appelle la sélection massale), en partant à l’origine de la diversité sauvage (leur origine remonte donc très loin !) ou d’autres variétés-populations. C’est la méthode ancestrale de sélection, celle qui nous a permis de domestiquer les plantes sauvages. Comme on ne passe pas par des lignées pures, on ne peut pas homogénéiser les descendants d’un croisement. Cependant, à terme, on réduit la large diversité sauvage pour créer une variété relativement homogène, identifiable comme telle, même si ses semences sont toutes un peu différentes. C’est une méthode très longue mais efficace (regardez la différence entre des fraises des bois et nos fraises cultivées pour vous en convaincre). En réalité, la variété n’est jamais finalisée, elle est en constante évolution, puisque chaque année on effectue une nouvelle sélection. C’est pourquoi il est impossible de l’inscrire au catalogue variétal, qui exige qu’une variété soit distincte, stable et homogène : les variétés-populations, si elles sont plus ou moins distinctes, ne sont par essence ni stables, ni homogènes.

J’espère qu’après la lecture de ce pavé, vous comprenez désormais mieux la réalité biologique des hybrides F1, qui ne sont pas forcement stériles comme on l’entend souvent dire, mais dont la structure génétique encourage le réachat, et  pourquoi on ne peut pas inscrire les variété-populations au catalogue variétal en l’état actuel de la législation. N’hésitez pas à poser des questions en commentaire si mes explications ne sont pas claires.

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4 commentaires sur “Tout ce que vous avez toujours voulu savoir sur les hybrides F1

  1. ArkSeth
    12/11/2012

    Ah, pour le coup, tu ne m’apprends pas grand chose, ça correspond à peu près à ce que je savais déjà 😛 Mais c’est bien expliqué, je trouve 🙂

    Juste une question/remarque : tu sembles parler ici exclusivement de la génétique mendélienne, or il me semble que, surtout pour le dernier type de sélection présenté, c’est surtout la génétique quantitative qui doit jouer, non ?

  2. k4ede
    12/11/2012

    Merci 🙂

    En fait, la distinction génétique quantitative et mendelienne se fait plutôt sur la base du caractère étudié que sur le type de sélection. En effet, certains caractères, de type qualitatif, comme la couleur des petits pois ou la résistance monogénique à une maladie, vont se comporter selon les lois de Mendel. Cependant, pour des caractères plus complexes, quantitatif, déterminés par plusieurs gènes (comme le rendement par exemple, qui dépend de très nombreux gènes en interaction), ou encore les résistances polygéniques), on compte plutôt sur la génétique quantitative. Mais on utilise les deux modèles dans les programmes de sélection, cela dépend vraiment du caractère recherché.

  3. Danièle
    17/11/2012

    Ben , je n’ai pas tout compris mais je laisse infuser… et j’ai compris la conclusion !!! Peut-être qu’avec l’imprégnation , j’arriverai à m’y faire ….

  4. k4ede
    20/11/2012

    J’espère que c’est plus clair maintenant 😉 Sinon, n’hésite pas à demander des éclaircissements ici !

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Cette entrée a été publiée le 12/11/2012 par dans Explications, Génétique.