biotechnologies, biodiversité des plantes

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Sélection Assistée par Marqueurs (MAS) et amélioration génétique des plantes

La sélection du matériel génétique porteur du gène d'intérêt est l'étape faisant suite à l'étape de la création de la variabilité pré-requis pour l'amélioration génétique. Elle peut faire appel aux marqueurs biochimiques et moléculaires dans le cadre de la sélection assistée par marqueurs (MAS)


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Marqueurs biochimiques est moléculaires au service de la sélection précoce des plantes.

L'amélioration génétique commence par l'étape de la création de la variabilité. La sélection de 'génotypes supérieurs' est pratiquée au sein de cette variation. Les marqueurs biochimiques et moléculaires peuvent être utilisés pour procéder à une une sélection précoce et rapide du matériel porteur du gène d'intérêt. En plus des protéines et des isoenzymes, les marqueurs biochimiques et moléculaires utilisés en amélioration génétique des plantes sont de types RFLP, RAPD, SSR (microsatellites), AFLP et d'autres marqueurs basés sur la PCR.

Amélioration génétique. Marqueurs, sélection MAS

Les marqueurs permettent l’élaboration de cartes génétiques où chaque chromosome est représenté par un ensemble de marqueurs moléculaires dont l’ordre et l’espacement sont déterminés en comparant les individus de la descendance d’un croisement.

Pour rappel: Les cartes génétiques reposent sur l'évaluation de la distance relative séparant des caractères héréditaires ou marqueurs génétiques. Un marqueur génétique est transmis selon les lois de la génétique. La distance génétique entre deux gènes se définit par la fréquence d'apparition d'événements de recombinaisons entre ces gènes d'une génération à l'autre. Cette fréquence de recombinaison constitue l'unité de mesure des cartes génétiques, 1% de recombinaison correspondant à une distance de 1 centi-Morgan.

Certains caractères sont sous le contrôle d'un seul gène et sont dits de type 'qualitatifs' (présence ou absence). Les caractères qualitatifs sont transmis de façon simple à la descendance d’un croisement. Le gène responsable d’un phénotype intéressant (gène d'intérêt) peut être localisé sur une carte génétique et entouré de marqueurs moléculaires qui lui sont liés.

A l’opposé, d’autres caractères résultent de l’action de plusieurs gènes et sont dits 'quantitatifs'. C'est le cas d'un rendement ou de la hauteur des individus, par exemple. Ces caractères peuvent prendre toutes les valeurs situées entre deux extrêmes. Les régions chromosomiques impliquées dans l'apparition de ces caractères quantitatifs (QTL, de Quantitative Trait Loci) peuvent être localisées sur une carte génétique à l’aide de méthodes statistiques. Elles sont repérées par des marqueurs moléculaires. La mise en évidence de cette liaison est réalisée en étudiant la correspondance dans la descendance d’un croisement entre les caractères phénotypiques observés et la présence des marqueurs moléculaires associés. Lorsque les QTL sont identifiés, le sélectionneur peut repérer les plantes intéressantes dans la descendance d’un croisement en se basant uniquement sur la présence des marqueurs moléculaires proches des gènes contrôlant les caractères recherchés.

Amélioration génétique. Marqueurs, sélection MAS

Les questions posées:

- Comment identifier les régions du génome impliquées dans l’expression d’un caractère (quantitatif ou qualitatif) ? ---> Par cartographie de QTL.

- Comment accéder au(x) gène(s) qui gouverne(nt) ces caractères ? ----> Par cartographie fine de la région d’intérêt (clonage positionnel).

- Comment exploiter les résultats dans des schémas de sélection ? -----> Par le développement de marqueurs utilisables dans la sélection assistée par marqueurs (MAS,' Marker Assisted Selection').


Sélection Assistée par Marqueurs (MAS, Marker Assisted Selection)

La Sélection Assisteé par Marqueurs ou MAS (Marker Assisted Selection) est basée sur la possibilité de détecter la présence d’un gène ou d’un trait agronomique intéressant par la recherche du marqueur qui lui est étroitement lié (linkage).

Les avantages liés à l’application des marqueurs moléculaires en sélection sont nombreux:

- La MAS est non destructive
- La MAS nécessite peu de tissu végétal
- La MAS n’est pas influencée par des facteurs environnementaux.

Ce type de sélection est particulièrement avantageux lorsque le caractère étudié est difficile de détection, coûteux à évaluer ou influencé par les conditions climatiques ou édaphiques. Avec la SAM, le sélectionneur peux anticiper la résolution de problèmes liés à l'adaptation des plantes à de nouvelles contraintes, comme l'amélioration des plantes pour la résistance aux maladies dans des régions où le pathogène n’existe pas encore.

De même, la MAS présente un grand intérêt dans les programmes d’introgression destinés à modifier de manière ciblée un matériel génétique existant, en remplaçant un segment chromosomique initial par un segment porteur de caractéristiques favorables provenant d’un autre matériel. Cette approche suppose de croiser deux lignées, l’une considérée comme le parent donneur (géniteur), l’autre comme le parent receveur (parent récurrent), puis d’éliminer progressivement par rétro-croisements successifs (back-cross) le génome du parent donneur, tout en conservant de façon ciblée le segment (gène) d’intérêt.

Le rétrocroisement (back-cross) est une méthode d'amélioration pratiquée par les sélectionneurs. Son principe est d'éliminer (vider) progressivement tous les gènes d'un géniteur donné comme un géniteur de résistance (parent donneur), sauf celui qui confère la résistance à une maladie déterminée. Ceci est réalisé par des recroisements successifs de celui ci avec une variété de bonne valeur agronomique (= parent récurrent = parent receveur) . Au cours des recroisements, les gènes du parent récurrent 'remplissent' le géniteur où leur proportion augmente de 50% (première hybridation) à 75% (= 50 + 50/2) (premier recroisement), 87,5% (= 50 + 75/2) (deuxième), 93,75% (troisième), 96,875% (quatrième recroisement) ,...

Sélection MAS. Backcross

Microsatellites (SSR)

D'autre part, la MAS peut aider à accumuler dans une plante plusieurs gènes de résistance complémentaires pour une même maladie, de façon à obtenir une résistance multigénique, potentiellement plus stable car difficile à contourner par le pathogène. Le phénotype seul ne permet pas de différencier les individus cumulant deux ou plusieurs résistances de ceux qui n’en possèdent qu’une, rendant le recours aux marqueurs indispensable.
En plus des avantages, la MAS présente des limites dont:

- La MAS n'est compétitive en termes de coût et de temps par rapport aux méthodes de sélection traditionnelles, lorsque le phénotype peut être déterminé facilement (hauteurs des plantes, précocité, résistance à certaines maladies...)

- La MAS est inefficace pour la sélection de caractères agronomiques à déterminisme génétique complexe (comme le rendement, par exemple), gouvernés par un grand nombre de gènes ou de QTL qui interagissent et dont la plupart sont encore inconnus.


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