Les alterations de la mitose affectent le nombre des chromosomes et des gènes. Ce processus est exloité en amélioration génétique des plantes pour exprimer des traits agronomiques particuliers.

- Au départ, chaque cellule porte deux copies de chaque chromosome (une copie provenant de chaque parent). les chromosomes d'un individu sont associés par paires, ce sont des chromosomes homologues. L'individu est diploïde (2n). Une cellule diploïde possède deux copies d'un même gène, une sur chaque chromosome de la paire d'homologues : ce sont les allèles. Lors de la séparation des chromosomes homologues par méiose, il y a également séparation des allèles. Chaque gamète ne peut recevoir que l'un ou l'autre des deux allèles d'un même gène.

- Avant la mitose, les chromosomes sont répliqués.
- Durant la mitose, les chromosomes sont partagés entre les ceux cellules filles.
- Les cellules-filles portent donc le même nombre de chromosome que la cellule-mère.

- Durant les années 1930, la colchicine est utilisée pour provoquer la polyploïdie.

La colchicine est un alcaloïde tricyclique très toxique, extrait au départ des colchiques (plantes du genre Colchicum), principalement le colchique d'automne.

Elle se fixe sur les microtubules cellulaires (tubuline) et bloque la division cellulaire à la métaphase, empêchant la formation des fibres fusoriales (fuseau achromatique) et la séparation des chromosomes accolés au niveau de la plaque équatoriale. Etant un anti-inflammatoire, la colchicine est utilisée comme médicament contre la goutte (arthrite qui se produit suit au dépôt de l'acide urique dans les articulations en raison d'une élimination trop lente).

La modification quantitative du génotype concerne la polyploïdie et l'haploïdie.

Polyploïdie

Par rapport à une cellule diploïde, une cellule polyploïde correspondante est plus grande avec un pourcentage en eau plus élevé. Ceci se traduit par des appareils végétatifs (feuilles, tiges, racines) et reproducteurs (fleurs, fruits) de grand volume et se développant plus lentement. De ces traits, découle l'intérêt de provoquer artificiellement la polyploïdie à l'aide de la colchicine.

De nombreuses plantes cultivées sont naturellement polyploïdes. C'est le cas de la luzerne (tétraploïde), la pomme de terre (tétraploïde), le blé (hexaploïde) et certaines variétés de pommier qui sont triploïdes.

L'intérêt de la polyploïdie est double:

- Amélioration quantitative du rendement
- Restauration de la fertilité des hybrides interspécifiques

Variation du nombre chromosomique
Définition :
Le génome (x) correspond au nombre chromosomique de base, un ensemble complet de chromosomes hérités d’un parent en tant qu’unité. Dans chaque génome, chaque chromosome est représenté une fois.

- Nombre somatique de chromosomes: 2n
- Nombre gamétique de chromosomes: n
- nombre de base de chromosomes ou génome: x

Exemples: trois espèces d’avoine :

Polyploïdisation. Différents types

La polyploïdie comporte deux types:

- Euploïdie : Le changement dans le nombre de chromosomes implique tout le stock chromosomique.

- Aneuploïdie : La modification du nombre de chromosomes ne touche qu’une partie du génome, seulement, c’est ainsi qu’on peut avoir un ou deux chromosomes en plus ou en moins.

I- Euploïdie :
Le changement dans le nombre de chromosomes implique tout le stock chromosomique. L’euploïdie comprend deux types : les autopolyploïdes et les allopolyploïdes.

1- Autopolyploïdie ou Autoploïdie: Duplication des chromosomes d’une même espèce (même génome). Elle se produit spontanément (non-disjonction des chromosomes au moment de la méiose) ou artificiellement (par traitement à la colchicine ou par croisement entre diploides et tétraploides: 2x X 4x = descendance 3x (stérile, fruits sans graine) par dédoublement chromosomique. Elle a lieu au niveau des gamètes non réduites.

- But: dupliquer artificiellement les chromosomes d'une plante, afin d’obtenir une augmentation de rendement.

Caractéristiques : (= gigantisme)

- cellules et noyaux volumineux ;
- tiges épaisses ;
- feuilles épaisses, large et de couleur verte foncée ;
- grandes fleurs et grandes graines ;
- racines plus développées

Cependant:

- Il y'a réduction de la fertilité ce qui entraîne une faible production de semences, due à des désordres dans la formation des grains de pollen, de la fécondation ou le développement de l’embryon.

- moins de vigueur que les parents diploïdes possédant un nombre de chromosomes de base déjà élevé.

- la génétique des autoploïdes est plus complexe que celle des diploïdes.

Exemple: soit un locus à deux allèles : A et a

Diploïdes : 3 génotypes : AA ; Aa ; aa

Autotétraploïdes : 5 génotypes possibles selon le nombre d’allèles dominants A :

Exemples de plantes autopolyploïdes:

- Pomme de terre : 4x, 48 chromosomes (tétraploïde)
- Banane: 3x, 33 chromosomes (triploïde)
- Cacahuète: 4x, 40 chromosomes (tétraploïde)
- Patate douce: 6x, 90 chromosomes (hexaploïde)

2- Allopolyploïdie (ou Alloploïdie):

- Méthode: on provoque la polyploïdie dans des plantes d’espèces différentes (exemple blé et seigle) puis on croise les descendants polyploïdes.
- But: rendre fertile des hybrides inter-spécifiques, afin de combiner leurs propriétés.

- Exemple d'allopolyploïdes naturels : cas du Blé dur, avoine et blé tendre (6x – 42 chromosomes, hexaploïdes)

- Exemples d'allopolyploïdes induits : cas des triticales.

Triticale : Blé X Seigle (RR)
- Croisement avec Blé dur
- Croisement avec Blé tendre

Caractéristiques des alloploïdes :
- comme pour les autoploïdes, caractéristiques de gigantisme. Augmentation de volume pour les tiges, racines, feuilles, etc.

- cependant, les alloploïdes n’ont pas de problèmes de stérilité ;

- leur génétique est moins complexe que celle des autoploïdes, elle est généralement analogue à celle des diploïdes, avec pour chaque locus deux allèles seulement.

Alloploïdie et amélioration des plantes :

- Identification d’origine génétique des esp. Polyploïdes (exp. blé)
- Faciliter le transfert de gènes d’espèces apparentées
- Produire des génotypes et espèces nouvelles, exp. triticale.

Les différentes espèces de blé ont été générées par des événements successifs de polyploïdisation intervenant après des croisements interspécifiques entre trois espèces ancestrales diploïdes.
Le premier événement, impliquant Triticum monococcum et Aegilops speltoides, a eu lieu il y a environ 500 000 ans et a conduit à l'apparition du blé dur tétraploïde : Triticum turgidum (ou blé à pâtes).
Le deuxième événement de polyploïdisation a eu lieu au cours de la domestication, il y a environ 9000-12000 ans, entre le blé dur cultivé (tétraploïde) et un autre blé diploïde (Aegilops tauschii) et a donné Triticum aestivum, le blé tendre panifiable actuel (ou blé à pain). Il est hexaploïde c'est-à-dire qu'il comporte 6 jeux de chromosomes.

Autres exemples de plantes allopolyploïdes:

Tabac – 4x – 48 chromosomes
Coton – 4x – 52 chromosomes
Avoine – 6x – 42 chromosomes
Canne à sucre – 8x – 80 chromosomes
Fraise – 8x –56 chromosomes

II- Aneuploïdie :

La modification du nombre de chromosomes ne touche qu’une partie du génome. Les individus aneuploïdes présentent des génomes incomplets.Il y a gain ou perte de quelques chromosomes.

Il existe aussi:

- Monosomique double: 2n-1-1
- Trisomique double: 2n+1+1

Hapoïdie

La culture in vitro de cellules haploïdes (cellules sexuelles) permet de régénérer une plante haploïde. La culture d'anthères (androgenèse) a été la première technique mise au point. Il en résulte des plantes paternelles (plantes sans mère) (ex: orge, blé, asperge, pomme de terre, ..). De même, il est possible d'obtenir une plante uniquement maternelle (plante sans père) en faisant la culture d'ovule vierge (gynogenèse). Comme exemple, on cite la betterave sucrière.

La culture in vitro des cellules haploïdes présente des avantages en amélioration génétique, dont:

- La lisibilité parfaite du génome permet de déceler des mutations récessives induites par mutagenèse artificielle

- Réalisation de l'aplodiploïdisation par doublement à la colchicine du stock chromosomique de la plante haploïde. Une plante diploïde homozygote est obtenue. Cette méthode permet de fixer des lignée rapidement. Elle utilisée pour la sélection de nouvelles variétés de colza, org, blé, ...