Les approches in vivo sont des alternatives aux méthodes in vitro pour la génération de plantules haploïdes. Globalement, les méthodes in vivo sont moins nombreuses que les méthodes in vitro : elles consistent à induire la formation d’un embryon haploïde directement sur la plante par croisement interspécifique, croisement intraspécifique avec du pollen inactivé ou encore par pollinisation avec des lignées inductrices. Ces méthodes in vivo peuvent paraitre être plus simples, car c’est principalement la plante qui effectue le travail au lieu de procédures laborieuses in vitro. Cependant, une combinaison des deux méthodes pour induire des embryons haploïdes in vivo puis les cultiver in vitro peut-être nécessaire.

Dans deux précédents billets, nous vous avions présenté les dessous de la création de plantes haploïdes doublées et les méthodes d’induction in vitro . Ici, nous approfondirons spécifiquement les méthodes in vivo.

Haploïdisation par croisements interspécifiques

La production d’embryons haploïdes par croisements interspécifiques consiste à réaliser des croisements entre des espèces appartenant à des catégories taxonomiques différentes. Ils concernent souvent des croisements entre une culture cultivée et une espèce sauvage apparentée. Ces croisements sont également appelés hybridations larges et impliquent de surmonter des barrières pré-fécondation et post-fécondation. Suite à la germination du grain de pollen, il peut y avoir une induction du développement d’un embryon haploïde à partir d’un des noyaux du sac embryonnaire. Bien que les chromosomes paternels soient éliminés dans la plupart des cas pour donner naissance à des embryons haploïdes maternels, quelques cas rares ont été rapportés dans la littérature dans lesquels le génome paternel reste, le génome maternel étant éliminé.

Une découverte pionnière dans l’haploïdisation par les croisements interspécifiques a été la méthode Bulbosum. Il s’agit de la pollinisation de l’orge cultivé (Hordeum vulgare) avec du pollen d’une espèce sauvage (Hordeum bulbosum) qui permet d’induire la production d’embryons haploïdes. Cette méthode a ensuite été étendue à d’autres espèces, notamment en utilisant le pollen de maïs pour induire l’haploïdisation chez le blé. En général, les croisements interspécifiques sont limités à certaines cultures, mais une fois que ces méthodes sont bien établies, elles ont l’avantage d’être efficaces sur un large éventail de génotypes, contrairement aux approches in vitro, qui sont fortement dépendantes du génotype au sein d’une espèce donnée. Chez les céréales, cette méthode est très pratiquée car les plantes haploïdes produites ne sont pas albinos, contrairement aux méthodes d’androgenèse qui génèrent très souvent des HD albinos, inexploitables. Cependant, une limitation de la méthode des croisements interspécifiques est qu’elle n’est pas entièrement in vivo. En effet, l’utilisation de pollen non fécondant ne permet pas la formation de l’endosperme, tissus de réserve indispensable au bon développement de l’embryons, ce qui nécessite une étape de sauvetage d’embryons par culture in vitro pour éviter l’avortement des embryons.

Haploïdisation par croisements intraspécifiques

L’haploïdisation par croisements intraspécifiques consiste en deux méthodes principales : la pollinisation avec du pollen de la même espèce, mais inactivé, et l’utilisation de lignées inductrices d’haploïdes. Alors que les méthodes basées sur le pollen inactivé nécessitent le sauvetage des embryons haploïdes en raison de l’avortement précoce des graines, l’utilisation de lignées inductrices d’haploïdes présente l’avantage d’être une méthode entièrement in planta, car elle produit des graines viables contenant des embryons haploïdes.

Les pollinisations avec du pollen inactivé induisent la formation d’embryons haploïdes maternels. Cette méthode consiste à traiter le pollen, avant la pollinisation, avec des agents physiques ou chimiques, l’irradiation étant le traitement le plus couramment utilisé. Cependant, bien que l’haploïdisation par des traitements du pollen ait été signalée dans plus de 15 espèces, elle est peu efficace (faible taux d’induction haploïde) et n’est utilisée en sélection végétale que lorsque d’autres méthodes alternatives ne sont pas disponibles. Elle est par exemple couramment utilisée sur le melon.

Les lignées inductrices d’haploïdes, en revanche, sont plus efficaces car elles produisent directement des embryons haploïdes viables dans des graines. Ces lignées existent dans quelques espèces seulement et sont couramment utilisées en sélection, notamment dans le cas du maïs et de la pomme de terre. Ces méthodes présentent toutefois des limites, notamment la nécessité d’un taux d’induction haploïde relativement élevé et la nécessité de disposer d’un système pour identifier les graines contenant des embryons haploïdes parmi les graines contenant des embryons diploïdes. La découverte récente des gènes impliqués dans le mécanisme d’induction de l’haploïdisation chez le maïs ouvre la porte à l’introduction de la technique pour d’autre espèces.

Sources

• Niazian, M., & Shariatpanahi, M. E. (2020). In vitro-based doubled haploid production : Recent improvements. Euphytica, 216(5), 69. https://doi.org/10.1007/s10681-020-02609-7
• Segui-Simarro, J. M. (Éd.). (2021). Doubled Haploid Technology : Volume 1 : General Topics, Alliaceae, Cereals (Vol. 2287). Springer US. https://doi.org/10.1007/978-1-0716-1315-3

Crédits photos

• Image à la une « pollinisation d’un plant de blé avec du pollen de maïs » générée par ChatGPT
• Sélection et recadrage d’une illustration de © SEMAE : L’obtention d’haploïdes par croisement interspécifique et à partir d’organes femelles