Limites de l’androgenèse

1.3.2.1 La réponse génétique à l’androgenèse observée est variable

L’androgenèse est devenue un outil biotechnologique utilisé chez un grand nombre d’espèces (Ferrie et Caswell 2011). Malgré cela, des espèces d’intérêt agronomique ou scientifique demeurent récalcitrantes à ce processus d’embryogenèse de la microspore (Soriano et al. 2013). Parfois, la microspore répond de manière variable à l’embryogenèse chez différents génotypes au sein d’une espèce pourtant reconnue comme performante en androgenèse (Soriano et al. 2013). La capacité de la microspore à former des embryons serait donc dépendante de l’espèce et du génotype en culture. Donc, les protocoles doivent souvent être développés ou affinés au cas par cas pour surmonter deux limites principales qui sont (i) l’incapacité ou l’inefficacité à induire l’embryogenèse chez les microspores (Soriano et al. 2013) et (ii) la mauvaise régénération des embryons en plantes (Germanà 2006; Soriano et al. 2013). D’autres rapportent en plus un important problème d’albinisme chez les espèces de monocotylédones (Kumari et al. 2009; Torp et Andersen 2009). Dans une perspective d’augmenter la performance de l’androgenèse, accroître notre compréhension des déterminants génétiques dirigeant ces deux transitions développementales semble incontournable. Des travaux ont étudié ces deux goulots d’étranglement. Nous avons une compréhension relativement bonne des gènes clés contrôlant l’initiation de la division cellulaire et son développement ultérieur. En revanche, nous connaissons bien peu les évènements précoces à l’étape de l’acquisition du potentiel embryogénique. Nous savons que des mécanismes de contrôle épigénétique interviennent pour rétablir la totipotence cellulaire des microspores. Par contre, aucune étude n’a identifié de gène(s) clé(s) capable(s) de réguler cette acquisition de potentiel embryogénique. L’identification de tels gènes aurait pour avantage le développement de bons marqueurs moléculaires permettant de déterminer le potentiel androgénique des variétés.

1.3.2.2 La distorsion de ségrégation observé chez les populations d’haploïdes doublées

En principe, un individu hétérozygote produit un nombre égal de gamètes portant l’un et l’autre allèle à un locus donné. Supposons qu’aucune sélection génétique ne s’exerce en androgenèse. Comme les plantes HD dérivent directement des produits méiotiques de la plante F1, la fréquence allélique attendue dans la

population est de 1:1 selon l’attente mendélienne. Dans la pratique, ce ratio n’est parfois pas respecté. Ce phénomène s’appelle la distorsion de ségrégation (DS) et se définit comme une déviation de la fréquence allélique par rapport à l’attente mendélienne (Diouf et Mergeai 2012). Chez les populations HD, cette distorsion est attribuée à la présence (à proximité des marqueurs moléculaires biaisés) d’un gène dont un des deux allèles confère un avantage, lequel entraîne une transmission plus fréquente de ce dernier au sein de la descendance HD (Sayed et al. 2002). Étonnement, aucune étude n’a encore déterminé quand survient la DS au cours de l’androgenèse.

Dans les programmes d’amélioration génétique, la DS est indésirable puisqu’elle modifie la fréquence des allèles en ségrégation et peut réduire les chances d'obtenir l’événement de recombinaison allélique recherché. Certaines études ont rapporté l’observation de la DS, cependant, l’objectif premier de ces populations en ségrégation était la cartographie génétique. Rarement, la DS a directement fait l’objet d’une étude. L’étude la plus exhaustive a été faite par Li et al. (2010) chez l’orge. Li et al. (2010) ont analysé quatre populations HD (dérivées de l’androgenèse ou de la gynogenèse) avec plus de 500 marqueurs par population. Les travaux de Li et al. (2010) contrastent avec les précédentes études réalisées sur une seule population HD et avec moins de 100 marqueurs ADN (Graner et al. 1991; Manninen 2000; Sayed et al. 2002). En somme, les études montrent qu'une proportion importante des marqueurs est sujette à la DS dans les populations HD alors qu’environ 40 % (Graner et al. 1991; Manninen 2000; Sayed et al. 2002) et 25 % (Li et al. 2010; Manninen 2000) des marqueurs sont sous l’effet de la DS à un seuil de signification de p ≤ 0,05 et p ≤ 0,01 respectivement. Ces valeurs sont

supérieures à celles observées chez des populations issues de l’autofécondation (en génération F2) où la proportion de marqueurs biaisés se situe autour de 15 %

(Manninen 2000; Sayed et al. 2002). Graner et al. (1991) ont observé une augmentation du taux de DS lorsqu’un parent de l’hybride répond mieux à la culture in vitro. Cela renforce l’idée que la DS reflète la sélection d’un allèle à un gène favorable à la performance à l’androgenèse. Bien qu’informatif, cette observation ne permet aucunement de déterminer quand la pression sélective s’exerce en androgenèse. Pour déterminer quand survient l’effet de sélection en androgenèse, il semble incontournable de mesurer la fréquence allélique à différents stades de développement cellulaire pendant l'androgenèse.

La DS observée chez les populations HD semble avoir fait l’objet de plus d’études chez l’orge que chez les autres espèces. Une problématique s’observe. Il est difficile d’évaluer le chevauchent des régions de distorsion de ségrégation (RDS) en raison du nombre limité de populations étudiées, de la faible densité de couverture des marqueurs et de la diversité des types de marqueurs moléculaires utilisés. Lorsque nous compilons l’ensemble des études significatives faites chez l’orge, un total de 31 RDS semble avoir été signalé sur un total de six populations en ségrégation chez des orges d’un même type (orges à deux rangs de printemps). L’étude de six populations au total ne représente qu’un très petit échantillon de la ressource génétique de l'orge. Ajoutons que pour ces travaux, les RDS ont été simplement définies comme couvrant une certaine partie d'un chromosome sans préciser l'endroit où la distorsion maximale a été observée. Le simple fait d'observer un chevauchement entre deux RDS ne constitue pas une assise solide pour soutenir que le locus « causal » (celui sur lequel agit une pression sélective pendant l'androgenèse) est le même. À cela s’ajoute le nombre de marqueurs. Par exemple, les travaux de Sayed et al. (2002) et ceux de Li et al. (2010) ont respectivement utilisé 43 et plus de 500 marqueurs. Il n’est pas raisonnable de comparer l’étendue des RDS pour les marqueurs positionnés sur ces cartes génétiques. Enfin, les types de marqueurs utilisés pour réaliser ces études étant très variés (RFLP, SSR, DArTs, SNP); il n’est pas banal de placer

tous ces marqueurs sur une même carte consensus et de comparer leur emplacement.

1.3.3 Facteurs limitant la compréhension des mécanismes moléculaires de