biotechnologies, biodiversité des plantes

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Plantes autogames. Sélection (Exercice)

La sélection de plantes autogames prend en considération le mode de reproduction marqué par l'autofécondation


Amélioration génétique des plantes. Introduction --- Polyploïdisation, Haploïdisation des plantes --- Modes de reproduction des plantes (autogames, allogames) -- Sélection Assistée par Marqueurs (MAS) -- Sélection des plantes allogames. Exercice --

Questions
Question 1 -- aller à la Réponse 1

D’après le schéma ci dessous, préciser le devenir de l’hétérogénéité globale de la population ? Et qu’en est-il de la fréquence du caractère dans la population ?.

Plantes. Sélection massale


Question 2 -- aller à la Réponse 2

Quelle conséquence aura sélection massale sur la variabilité génétique de la population ? Augmentation ou diminution ? Pourquoi ?


Question 3 -- aller à la Réponse 3

Si les caractères d’individus, constituant une population autogame, sont très proches, peut-on espérer un progrès par la sélection massale ?


Question 4 -- aller à la Réponse 4

Dans une population où les individus ne diffèrent presque pas, comment faire pour apporter de la diversité (des gènes nouveaux) ?


Question 5 -- aller à la Réponse 5

En considérant le mode de reproduction des plantes autogames, pensez-vous que l’hybridation entre des individus appartenant à la même espèce autogame présente des difficultés ?


Question 6 -- aller à la Réponse 6

En prenant l'exemple du blé, quelles sont les différentes opérations que doit réaliser le sélectionneurpar pour réaliser l'hybridation?


Question 7 -- aller à la Réponse 7

Rappelez ce que donnera l’hybridation entre deux lignées pures. Quelles caractéristiques auront les descendants de ce croisement ?


Question 8 -- aller à la Réponse 8

Comment va devoir procéder le sélectionneur pour reconstituer des lignées pures à partir des hybrides produits ? (Ceci est indispensable, puisque les variétés d’autogames sont des lignées pures.)


Question 9 -- aller à la Réponse 9

En se basant sur les connaissances en génétique, expliquer pourquoi le sélectionneur cherchant des individus pour leurs caractères intéressants, doit attendre la génération F2 pour commencer à trier les lignées ?


Question 10-- aller à la Réponse 10

Comment peut-on être sûr qu’un allèle sera obligatoirement transmis aux descendants d’un individu donné, et que cet allèle s’exprimera ?


Question 11 -- aller à la Réponse 11

La sélection généalogique du blé (schéma).
1. De quoi est constitué « l’épi-ligne » (ou « ligne-épi ») et la « famille de lignées »?
2. Qu’élimine-t-on en F3 ? en F4 et après ? Pourquoi ?
3. Quelle(s) contrainte(s) voyez-vous à ce protocole expérimental ?

sélection généalogique. Blé


Question 12-- aller à la Réponse 12

Lors de la sélection généalogique, on a pu voir qu’en F2, le sélectionneur a beaucoup éliminé de lignées, et a donc pris le risque de perdre définitivement
des gènes intéressants. Il doit ici résoudre un dilemme : tenter de conserver un maximum de lignées, tout en réduisant la charge que constitue le travail de suivi. Deux solutions ont été trouvées à cela ; elles sont résumées dans les schémas suivants, ce sont la 'méthode Bulk' et la 'sélection SSD'.
Comparer les deux méthodes de sélection

Sélection bULK

Sélection SSD


Question 13-- aller à la Réponse 13

Dans la sélection amélioratrice des autogames. Les affirmations suivantes sontelles vraies ou fausses ?
1. Dans la sélection massale, le sélectionneur n’effectue aucun croisement.
2. La disjonction des allèles est observable chez les hybrides F1.
3. Le tri des lignées s’effectue à partir de la F2.
4. Les techniques de génie génétique peuvent accroître la variabilité de l’espèce.
5. La sélection généalogique permet de sélectionner des lignées pures.
6. Les semences F3 sont récoltées sur des plantes F3.
7. La méthode Bulk a l’inconvénient de nécessiter des surfaces importantes.
8. Dans la SSD, on ne conserve qu’une graine par épi de blé.


Autogames. Céréales


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QCM Systèmes de reproduction des plantes


sciences de la vie-Biochimie. Livre


Réponses aux questions
Réponse1 --- revenir à la Question 1

Lors de la sélection massale, la population reste aussi hétérogène au cours des cycles de sélection, mais la fréquence du caractère recherché (donc sélectionné) croît dans la population (la moyenne de P1 est supérieure à celle
de P0 pour le caractère voulu). La sélection massale est une méthode utilisée traditionnellement par les agriculteurs afin de conserver chaque année la semence nécessaire pour une prochaine culture, consiste à prélever les graines des meilleures plantes. Les plantes productrices de semence sont ainsi choisies sur leur apparence extérieure, c’est-à-dire leur phénotype, et ceci parmi toute une masse d’individus présents dans le champ. C’est pourquoi cette méthode ancienne de sélection, porte le nom de sélection massale ou phénotypique. L’homme n’intervient pas dans la reproduction et, en particulier, il n’effectue pas de croisements.

Réponse 2 --- revenir à la Question 2

On peut voir qu’un grand nombre d’individus ne sont pas retenus lors du choix des reproducteurs : la variabilité génétique doit fatalement diminuer. De plus, le choix se faisant sur le phénotype des individus, on peut penser que les allèles récessifs non exprimés, sont plus facilement éliminés que les dominants..


Réponse 3 --- revenir à la Question 3

Avec la réduction de la variabilité génétique, les possibilités de créer des variétés réellement nouvelles et différentes des précédentes sont réduites; elles reposent essentiellement, chez les autogames strictes, sur les mutations spontanées, et celles-ci sont rares. La sélection massale a été progressivement abandonnée pour cette raison..


Réponse 4 --- revenir à la Question 4

Si l’on persiste à ne sélectionner des individus qu’à l’intérieur d’une même population, on a vu qu’on ne peut qu’avoir une réduction de la variabilité génétique. Il faut donc, pour introduire des gènes nouveaux, effectuer des croisements avec des individus issus de populations différentes: il s’agit de réaliser des croisements intraspécifiques (à l’intérieur d’une même espèce)..


Réponse 5 --- revenir à la Question 5

Oui, cela pose des difficultés: les autogames sont en principe autofécondés. Les hybridations devront être réalisées par le sélectionneur qui devra empêcher également les autofécondations.


Réponse 6 --- revenir à la Question 6

Opérations à réaliser :
1- choix des lignées parentales qui devront servir de parents mâles et femelles,
2- castration de la lignée femelle : le blé possédant des fleurs bisexuées, il est nécessaire de détruire les organes mâles avant leur maturité afin d’empêcher toute autofécondation,
3- collecte du pollen sur la lignée mâle,
4- fécondation du parent femelle par le pollen mâle recueilli
auparavant..

Réponse 7 --- revenir à la Question 7

Les croisements de parents lignées pures donne toujours des hybrides vrais ou F1 qui sont hétérozygotes à 100 %, tous semblables entre eux et, en principe, beaucoup plus vigoureux que leurs parents, tout en ayant conservé les principaux caractères de ceux-ci.


Réponse 8 --- revenir à la Question 8

En favorisant les autofécondations, les hybrides vont donner des individus de plus en plus homozygotes ; les lignées pures pouvant être reconstituées en 6 à 8 générations (voir Question 2 de l'exercice sur l'autofécondation et autogamie).


Réponse 9 --- revenir à la Question 9

Nous savons que les F1 sont tous semblables : par conséquent, il n’est pas possible de faire un choix parmi eux. Par contre en F2, les individus présentent des phénotypes très variés, parmi lesquels on pourra distinguer ceux qui ont un intérêt éventuel pour le sélectionneur. L’origine de cette grande diversité dans les F2 est la disjonction des caractères (2e loi de Mendel ou 'loi de ségrégation').

L’hybridation intraspécifique (entre individus d’une même espèce) entre des lignées distinctes d’une même espèce autogame permet de créer l’hétérogénéité nécessaire au travail du sélectionneur. A partir de la génération F2, cette hétérogénéité entre les individus, est observable (les F1 étaient eux tous semblables et ne permettaient pas au sélectionneur d’effectuer un choix), aussi dès ce moment le sélectionneur va éliminer certaines lignées et ne conserver que celles qui présentent un intérêt particulier. Bien entendu, ce tri
entraîne inévitablement une perte d’une partie de la diversité apparue auparavant. Il faut noter, de plus, que l’hybridation intraspécifique ne permet d’attendre que peu de progrès, si les lignées parentales choisies sont proches génétiquement (génotypes voisins car ayant la même origine). C’est pourquoi
les sélectionneurs cherchent à accroître la variabilité des espèces grâce à l’introduction de gènes rencontrés dans des espèces voisines ('hybridation interspécifiques'), ce qui est possible actuellement grâce aux biotechnologies.


Réponse 10 --- revenir à la Question 10

Pour être transmis et s’exprimer obligatoirement, un allèle doit être à l’état homozygote. Il s’agit donc de trier dans les individus F2 et leurs descendants, ceux chez qui les allèles recherchés sont exprimés, et de les autoféconder durant 6 à 8 générations afin d’être sûr de leur homozygotie.


Réponse 11 --- revenir à la Question 11


1. 'L’épi-ligne': c’est une ligne où sont semés les grains d’un même épi.
'La famille de lignées': pour une année donnée, correspond à un ensemble de 'lignes-épis' provenant de plants d’une même 'ligne-épi' de l’année précédente.

2. En F3, on élimine les « lignes-épis » qui apparaissent hétérogènes. De la même façon, en F4 et après, on élimine les lignes-épis, voir les familles entières, si elles se montrent hétérogènes. La raison est qu’on recherche de l’homogénéité, ce qui est le signe de l’homozygotie des caractères.
3. Il y a plusieurs contraintes d’après le document : tout d’abord, on remarque que l’implantation des lignes demande beaucoup de rigueur, ensuite on peut observer que la quantité de semence récoltée s’accroît, la surface nécessaire également, mais le suivi doit toujours être aussi sérieux. On comprend donc qu’il est impératif, pour le sélectionneur, de détecter et d’éliminer au plus tôt les lignées non conformes (plus il attend, plus le préjudice financier est grand).

La technique de sélection des autogames consiste à étudier la descendance d’individus choisis parmi les F2. Pour cela, on va les multiplier par autofécondation durant plusieurs générations (6 à 8) dans le but d’obtenir des lignées homozygotes possédant les caractères recherchés. On s’intéresse donc au génotype d’individus descendants les uns des autres ; c’est pourquoi ce type de sélection est appelé 'sélection généalogique ou génotypique'.
Chaque individu de chaque génération doit être parfaitement identifié dans la généalogie, ce qui oblige le sélectionneur à respecter la filiation dans les parcelles d’essais.

Principe de la sélection généalogique

après hybridation (exemple du blé)
Après hybridation, on a obtenu des hybrides F1 qui n’ont pas pu faire l’objet d’une sélection car ils sont tous semblables.

Sur les F1 autofécondés, on a pu ensuite récolter des épis F2 ; les plantes F2 qui en sont issues, sont très hétérogènes (disjonction des allèles) et vont faire l’objet d’une sévère sélection. Chaque épi F2 est semé sur une ligne ('ligne-épi') et on ne conserve que les semences (F3) des plantes possédant
les caractères recherchés (250 plantes sur 5 000 soit = 5%) : de nombreuses lignées sont éliminées. Les graines (F4) récoltées sur les plantes F3 vont être placées en 'familles de lignées' dont les grains seront récoltés en mélange (il convient donc de conserver ou bien d’éliminer toute une famille). A partir de la génération F5, les lignées sont plus homogènes et les essais prennent en compte des résultats quantitatifs (rendements) obtenus sur des 'microparcelles'. Les années suivantes (F6 à F8), la sélection va se poursuivre
dans des milieux très divers (sols et climats variés) afin d’étudier davantage de caractères (comparaison par rapport à des témoins, contamination par des maladies, résistance aux facteurs climatiques, etc).
Enfin les générations F9 et F10 subiront les tests nécessaires à l’inscription des nouvelles variétés ce qui montre qu’il faut au moins une dizaine
d’années pour mettre au point une variété.


Réponse 12 --- revenir à la Question 12

Dans la méthode Bulk : toutes les lignées sont conservées jusqu’en F4 ; le tri ne commence qu’en F5, puis le travail est le même qu’en sélection généalogique.
Dans la sélection SSD : toutes les lignées sont conservées chaque année, mais on ne garde qu’une graine par plante.

La sélection généalogique peut être améliorée afin de conserver le plus longtemps, une certaine diversité (cela doit permettre en particulier au sélectionneur de détecter les gènes à faible fréquence).
Deux méthodes ont été mises au point pour cela, la méthode Bulk et la SSD.

La 'méthode Bulk' ou 'sélection généalogique différée' a pour objectif de simplifier le travail de suivi durant les premières années de sélection, puisqu’on laisse les plantes se multiplier en mélange dès la génération F2 à la F5 ; par contre les surfaces de culture nécessaires sont plus importantes qu’en sélection généalogique classique.

La SSD ('Single Seed Descent') ou 'filiation monograine' consiste à conserver toutes les lignées F2, mais pour réduire la surface totale, on ne garde ensuite qu’une seule graine par plante autofécondée (le nombre de lignées est, au mieux, stable d’année en année) jusqu’en génération F5 en général, où la sélection généalogique classique prend le relais (élimination de lignées, etc.).
Malgré ces améliorations, la sélection généalogique reste une technique longue ; de plus, l’hybridation intraspécifique réalisée entre lignées ayant en commun de nombreux gènes, comme c’est le cas chez le blé tendre, réduit les progrès envisageables pour l’avenir. Certains sélectionneurs ont donc envisagé de rechercher chez des espèces ou même des genres voisins du blé des gènes réellement nouveaux pour cette espèce ; de tels croisements interspécifiques ou intergénériques ont déjà permis l’apparition de variétés inscrites (par exemple : la variété de blé Clément possède un chromosome de seigle).


Réponse 13 --- revenir à la Question 13

1. Vrai.
2. Faux. Non, elle apparaît à la F2.
3. Vrai.
4. Vrai. En particulier les techniques dites de « transfert de gènes ».
5. Vrai.
6. Faux. Ce sont les semences F4 que l’on trouve sur les plantes F3.
7. Vrai.
8. Faux. On ne conserve qu’une graine par plante, quel que soit le nombre
d’épis.


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