Thread by @DurocYann

Vous connaissez la gynodioecie et la stérilité mâle cytoplasmique chez les plantes et leurs utilisations en production d’hybrides ?

Non ?

Ok let’s thread ⬇️⬇️⬇️

La gynodioécie (ou population gynodioïque) est un système de reproduction ou cohabite des individus femelles (gyno-) et des individus hermaphrodites (-dioïque) (male & femelle)

Ce n’est pas un phénomène rare car il représente 7-8% des populations européennes.

Pour les non spécialistes, un petit rappel pour bien fixer les idées :

organes reproducteurs mâles = étamines
organes reproducteurs femelles = pistils

petit point définition

Les plantes femelles sont considérées comme « mâle stériles » puisque qu’elles ont perdu la capacité a produire des gamètes mâles fonctionnels

Ce système de reproduction est sous le contrôle génétique de 2 compartiments qui interagissent : le noyau (en gros les chromosomes) et la mitochondrie

Pause ! Mito-quoi ?

Chez les organismes eucaryotes , l’information génétique n’est pas contenue uniquement dans le noyau (chromosomes) mais aussi dans des structures appelées organites !

On s’intéressera ici uniquement aux mitochondries qui sont souvent décrites comme les usines à énergie des cellules, mais je n’aime pas cette simplification abusive qui ne rend pas hommage au rôle primordial qu’elles peuvent avoir dans bien d’autres processus

Mais on s’égare ... donc ce compartiment essentiel au bon fonctionnement des cellules contient de l’ADN et donc de l’information génétique. Dans le cas qui nous intéresse, c’est la mitochondrie qui possède le(s) gène(s) « stérilisant(s) »

La mitochondrie faisant parti du compartiment cellulaire est appelé « cytoplasme » on parle donc de « stérilité mâle cytoplasmique »

Et le noyau (chromosomes) dans tout ça ?
Son action est ici de contrecarrer la stérilité mâle en « restaurant » la fertilité (rappelez vous il y a toujours des individus hermaphrodites !). Les gènes responsables de ce phénomène sont appelés gènes « restaurateurs »

On peut donc voir, la gynodioécie comme un conflit génétique dynamique entre 2 génomes .... qui n’ont pas le même type d’hérédité !!!
Explications ....

C’est ici tout la beauté de ce système ... alors que lors de la reproduction sexuée, les chromosomes sont apportés moitié par le parent mâle , moitié par le parent femelle les mitochondries ont une hérédité 100% maternelle !

C’est un phénomène extrêmement dynamique :
1-
Les individus mâle stériles (donc uniquement femelle et comportant le gène de stérilité mitochondrial) vont donc donner 100% d’individus mâle stériles.

2-
Il a été constaté que ces individus mâles stériles produisent un peu plus de graines que les individus hermaphrodites (pour des raisons que je ne discuterai pas ici, mais si ça vous intéresse ...commentez)

3-
Ainsi la fréquence du caractère « mâle stérile » augmente significativement au sein de la population (mitochondries gagnantes du round 1)

4-
L’augmentation de la fréquence de la stérilité mâle induit alors une pression de sélection qui favorise l’émergence de gènes restaurateurs de la fertilité aboutissant a la disparition des individus femelles (mâle stérile) dans la
population (chromosomes gagnants du round 2)

5-
Avec le temps, 100% de la population possède le gène de restauration rendant ainsi la stérilité mâle cryptique : présente mais ne s'exprimant que dans certaines conditions particulières.

En effet elle peut être révélée par simple croisement avec des individus issus d’une autre population en ne possédant pas le gène de restauration

Mais l’histoire ne s’arrête pas la ... vu la capacité du génome mitochondrial à générer de nouveaux gènes (par un mécanisme que je ne discuterai pas ici, mais si ça vous intéresse,commentez), un nouveau gène de stérilité peut apparaître et un nouveau conflit génétique prend place

On peut donc cumuler avec le temps au sein d'une même population plusieurs couples gènes de stérilité / gènes restaurateurs

Mais vous me direz, quel rapport entre la gynodioécie et la production d’hybrides ?

Afin d’exploiter la vigueur hybride en agriculture, il est nécessaire de produire a grande échelle, des semences issues d’un croisement contrôlé

Les plantes mâle stériles (donc femelles) ne produisant pas de pollen (gamètes) fonctionnels, la fécondation ne peut se faire que par l’apport de pollen d’un autre individu.

Si des graines sont récoltées sur cette plante femelle et si le pollinisateur possède des caractéristiques différentes alors ces semences seront à coup sur hybrides. Ce sont bien ces semences que l’agriculteur sèmera pour sa production.

Il faut donc produire les parents de ces croisements contrôlés en maintenant la stérilité chez le parent femelle (croisements avec un parent mâle du même type appelé mainteneur)

il faut rappeler ici que les parents femelles peuvent être obtenus par castration manuelle (merci les jeunes dans les champs de maïs chaque année) ou chimique (mais qui reste rare ... ici on peut considérer la CMS comme une castration biologique

Dans le cas d’une espèce ou l’hybride est cultivé pour ces graines , il faut restaurer la fertilité mâle afin de permettre l’autofécondation dans le champ de l’agriculteur.

Le croisement pour l’obtention de l’hybride sera alors fait entre le parent femelle et un parent mâle possédant le gène de restauration de fertilité !

L’utilisation de ces caractères retrouvés dans des populations sauvages a donc permis pour certaines cultures la production contrôlée d’hybrides à grande échelle.

Le transfert de ces caractères des populations sauvages aux plantes cultivées peut se faire par croisements inter/intraspécifiques ou par hybridation somatique ... mais vu la longueur de ce thread , j’en parlerai lors d’un futur thread

L’ensemble des concepts et des données ici développés sont issus de ma thèse (disponible sur demande) et de l’excellent travail de Pascal Touzet de l’université de Lille
ori-nuxeo.univ-lille1.fr/nuxeo/site/esu…

Ces concepts sont complexes et mobilisent des connaissances variées et je suis tout à fait disposé à expliquer toute partie obscure à vos yeux

Merci de m’avoir lu jusqu’ici

FIN