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Dans les années 20, les scientifiques ont découvert qu’ils pouvaient accroître la fréquence des mutations et par conséquent, des nouveaux traits, en traitant les cultures par rayonnement ou avec certains produits chimiques. Même si les mécanismes de la mutagenèse sont restés méconnus pendant des dizaines d’années, la sélection par mutation a connu un vif succès dans la création de nouveaux traits utiles pour l’introgression dans des lignées actuelles. Les scientifiques qui font l’amélioration génétique des cultures savent maintenant que différents mutagènes peuvent occasionner diverses sortes de mutations. Par exemple, les rayons gamma causent souvent des cassures double brin d’ADN et les substances mutagènes causent souvent une excision de la nucléotide ou un mauvais appariement. Si les dommages ne sont pas réparés correctement, la mutation induite qui en découle pourrait occasionner un trait de culture désirable. Une bonne connaissance du mécanisme de dommages et réparations peut guider un phytogénéticien dans son choix de mutagène. La sélection par mutation a généré plus de 3000 différentes variétés végétales depuis environ 170 espèces différentes, y compris le blé, le riz, l’orge, le soya, les pommes de terre et les pamplemousses. Depuis 1987, les scientifiques en Chine utilisent des rayons cosmiques pour la sélection par mutation en envoyant des semences dans l’espace sur des satellites ou dans des vaisseaux spatiaux.

Un autre outil précieux de l’amélioration génétique des cultures est la sélection effectuée à l'aide de marqueurs moléculaires. Auparavant, le rétrocroisement et l’introgression se fiaient sur le criblage phénotypique pour déterminer les plantes qui avaient les traits recherchés, mais cette approche peut être lente, difficile et inefficace. Par exemple, si le trait recherché n’est pas évident jusqu’aux derniers moments de la saison de croissance, comme la résistance accrue au gel, alors il faut faire pousser de nombreuses plantes toute la saison afin de sélectionner les meilleures pour chaque génération de rétrocroisement. Si le trait désiré dépend du milieu, comme la résistance à la sécheresse ou aux insectes, il pourrait s’avérer difficile d’obtenir les bonnes conditions pour le criblage de chacune des générations des cultures. La sélection effectuée à l'aide de marqueurs moléculaires est au fond un raccourci moléculaire.

Les marqueurs d’ADN sont de courtes séquences nucléotidiques qui sont faciles à identifier en laboratoire. Si un marqueur se trouve sur le même chromosome et près du gène désiré (ou même dedans), on peut s’en servir comme « repère » pour indiquer la présence du gène sans criblage pour le phénotype correspondant. Quand un marqueur se trouve assez près d’un gène et qu’ils sont presque toujours transmis ensemble, cela s’appelle la liaison génétique. Une courte distance nucléotidique entre les gènes ou marqueurs reliés signifie qu’il est peu probable qu’une recombinaison méiotique les sépare. Les marqueurs d’ADN sont généralement décelés par réaction en chaîne de la polymérase (PCR), qui est rapide, facile et convenable pour un criblage grande capacité à l’aide de dispositifs PCR automatisés qui peuvent analyser des milliers d’échantillons individuels simultanément. Seul un échantillon de tissu très petit est requis pour le criblage de marqueurs d’ADN. De plus, le prélèvement d’un échantillon minuscule n’endommage pas la plante, donc il est possible de cribler les semis à un stade précoce dans chaque génération de rétrocroisement afin d’identifier les plantes qu’il vaut la peine de faire pousser (voir la figure 1).

Les marqueurs d’ADN peuvent aussi aider à pyramider les gènes ou à combiner plusieurs traits en un seul génotype. Les tomates sont sensibles à un grand nombre de pathogènes, comme les virus, les bactéries, les champignons et les nématodes. Plusieurs marqueurs d’ADN associés à des gènes de résistance naturels ont été identifiés dans le génome de la tomate. Le pyramidage de gènes de résistance multiples effectué à l'aide de marqueurs moléculaires a permis de faire pousser des tomates plus robustes.

Figure 1 : Rétrocroisement effectué à l'aide de marqueurs moléculaires.
Précisons que chaque barre verticale représente le génome entier d’une plante. Le trait de résistance au gel (RG) peut être criblé de façon phénotypique seulement à la fin d’une saison de croissance, mais il existe un marqueur d’ADN relié au gène de RG que l’on peut identifier par PCR. Pour faire déplacer le gène de RG dans la lignée élite établie, les semis de chaque génération de rétrocroisement sont criblés par PCR pour le marqueur, indiquant la présence du trait de RG. Ceci peut améliorer grandement l’efficacité de la procédure de rétrocroisement.

L’équipe des services d’éducation

Ce contenu est fourni par l'équipe des services d'éducation de Parlons sciences.


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