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Développement de la cryoconservation pour la conservation des ressources génétiques végétales

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Academic year: 2021

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(1)

L

a

méthode la plus

.

couramment

utili-sée

pour

conserver

l

es

ressources

génétiques végétales est

l

e stockage

des

semences.

De très nombreuses

espèces, y compris

la plupart des

espèces

cu

lti

vées o

u

apparentées aux espèces

culti-vées, produisent

en effet

des

semences

qui

peuvent

être

déshydratées jusqu

'

à

de

s

teneurs

e

n

eau

réduites

et stockées à

bas

se

rem pérature. Leur

lon

gévité augme

nt

e

dans

ces condit

i

ons

de

conserva

tion.

Les

semences aya

nt

de

ce

ll

es

propriétés

sont

appelées

orthodoxes [l].

Cependant

,

plusieurs

catégories

de

plantes présentent des problèmes pour

l

a

conservation

de leurs

semences

.

Toue

d'

abord

,

un

nombre important d'

espèces,

principalement

tropicales ou su

b-cropi-cales, celles

que

l

e cocotier

,

l

e cacaoyer,

ainsi

que de nombreux

li

gneux

tropicaux

ont

des

semences

qui

n

e s

ubi

ssent

pas

d

e

déshydratation

au cours

de leur

matura-tion

et sont

disséminées

avec

une

teneur

en ea

u

relativement

é

l

evée

[2]

.

Ces

semences

ne

s

upport

ent

pas

une

déshy-dr

atation,

m

e

limit

ée,

et

sont souvent

sensib

l

es a

u

froid. Appelées récalcitrantes

[l],

e

ll

es

doiv

ent être conservées

dan

s

d

es

F. Engelmann : International Plant Genetie Resources lnstitute (IPGRI), Via delle Sette Chiese 142, 00145 Rome, Italie.

<[email protected]>

S. Dussert: Institut de recherche pour le développement (IRD), BP 5045, 34032 Montpellier cedex 1, France. <d ussert@mpl. i rd.fr>

Tirés à part: F. Engelmann

Ressources génétiques

Développement

de la cryoconservation

pour la conservation des ressources

génétiques végétales

Florent Engelmann, Stéphane Dussert

conditions

de

température et

d

'humidité

relativement é

l

evées et,

même

l

orsqu'e

ll

es

sont stockées

dans les

conditions

opti-males

,

leur

l

ongévité est

limit

ée à

quelques

semaines

ou quelques mois. Les

semences

d'

un

e

troisième catégorie de

plantes

sont

dites

in

termé

di

a

ire

s

[

3].

Ces

semences

peuvent

être

d

és

h

y

draté

es

jusqu'à des teneurs

en eau

relativement

réduites,

mais elles

so

nt

sensib

l

es a

u

x

basses températures. Par

compa

r

aison

avec

des

semences

récalci cran ces

,

l

e

ur

durée de

stockage

peut

être

prolongée,

mais

il est

impossible d

'

obtenir

une

conservat

i

on à

l

ong

terme,

comme avec

l

es semences orthodoxes. Cerce catégorie

de

semences

inclue

des plantes

d

'intérêt

économique telles

que

l

e caféier et

l

e

pal-mier

à

huile

[3

,

4).

Certaines

plantes

ce

ll

es

que

l

es

bananiers

fruits

er

l

es

plantains ne produisent pas

de

semences.

D'autres plantes, celles que

de nombreux fruitiers,

l

a

pomme de

terre, l'igname,

l

e

manioc,

l

a

patate

dou

ce

ou la

canne à sucre

ont à

l

a

fois

des

génotypes

stéri

l

es et

d'autres qui

pro-dui

sen

c

d

es semences

orthodoxes.

Cependant,

ces semences correspo

ndent

généralement à

des

génotypes

forcement

hétérozygotes

et sont

donc d'

un intérêt

limi

pour

l

a conservation

de

génotypes

particuliers.

Tou ces ces espèces sont ainsi

eropagées

végécac

i

vemenr.

A

l'

heure

actuelle,

l

a

méthode

classique-ment utilisée

pour

conserver

les

res-sources génétiques

de

ces espèces es

r l

a

conservation en champ

de plantes

ent

i

ères. Ce

mode de

conservat

i

on

pose

cependant

des problèmes

imp

ortants [5].

Les

collections

resrenr

exposées aux

aléas

Cahiers Açiricultures

2000

;

9:

237-45

climatiques

,

aux attaq

u

es

des pathogènes

et

ravageurs

et,

de plus, les

coûts en

main-d'

œuvre sont

rrès

é

l

evés

.

Enfin

,

la

distribution

et

l

'

échange

de matériel

à

partir des

collections en champ sont

dif-ficiles, du fait de

l

a

n

a

tur

e végétative

du

matériel

et

des risques inhérents

d

e

transfert de maladies.

Ju

squ'à

présent,

l

a

plupart des

activités

de

conservation

des

ressources génétiq

u

es

se

sont concentrées

sur

l

es

plantes

culti

-vées et

l

es espèces apparentées.

Cepen-dant,

l

a conservation

des

espèces

rares

et

menacées

est aujourd

'

hui devenue

d'

actualité

.

Enfin, le développement des

biotechno-lo

gies a conduit à

l

a

production d'

une

nouvelle

catégorie

de ressources

géné-riques,

qui inclue des clones

obtenus à

partir de

génotypes élites

,

des

li

gnées

cel-lulair

es ayant

des

caracté

ri

stiques

particu-li

ères et

du matériel transgénique [6].

Ces nouvelles

ressources one so

u

vent

un

e

très haute valeur

ajourée et son

t

difficiles

e

t

onéreuses

à

produire. Le

développe-ment de techniques performances

per-mettant d

'

ass

ur

er

leur

conservation

en

route

séc

urit

é est

donc d

'

un

e grande

importance.

La cryoconservation,

c'est-à-dire

l

e

stoc-kage

de matériel biologique

à

une

tem-pérature ultra-basse,

généralement ce

ll

e

de l'azote

liquid

e (-

196

°

C), est

l

a se

ul

e

technique disponible

à

l'heure

actue

ll

e

qui permette d'

assurer

la

conservation à

long

terme

,

en toute sécurité et à coût

réduit, de

ces

différentes ressources

géné-tiqu

es.

Dans

cet article,

nous présentons

l

es

dif-férentes techniques de

cryoconservation

(2)

dispo11ibl

es

pour

l

es ti

ssus er

o

rganes

végé

ta

ux, ain

s

i qu

e

l

e

ur

appli

cation

actu

elle, et nous

discuco11s

le

futur de

l

'

utilisation de

l

a CLyoconservation da11s

le cadre

de

la conservation des

ressources

génétiques

végé

tales.

Principes

de la cryoconservation

Certains

organes

végétaux,

tels

que

les

sem

ences orth

odoxes er les

bourgeo

ns

dormants

rés

istants au froid, conti

enn

ent

des

quantités

d

'ea

u très faibles et

peu-ve

nt ainsi

êu

e congelés

directement,

sans

traitement préa

l

abl

e.

Cependant,

la

plu-part des systèm

es employés en

cryocon-servation

(suspensions ce

llul

aires, cals,

apex, embty

ons) sont

culti

vés

in vitro

et

co

nti

ennent des

quantités

d

'ea

u très

éle-vées

.

C'est

égalem

ent le cas

des semences

non orthodoxes et de

leurs embryons

zygotiques

.

Pour cous ces types

de

maté-ri

e

l

qui ne sont pas

intrin

sèquem

ent

to

léran

ts à

la co

ngéla

tion,

l

es

ce

llul

es

doivent

êt

re

déshydratées artifici

e

llement

pour les

protéger des

dommages causés

par

l

a cristallisatio

n de

l

'ea

u intrace

llulai-re [7]. On peut distinguer deux types

de

techniques en

fo

nction des

méca11ismes

physiques sur

lesquels elles

reposent : les

techniques class

iqu

es et

les

no

uve

lles

techniques

de cryoco

nservation

[

8

].

Les

techniques

class

iqu

es compren11ent une

dés

hydratation induire par la congé

l

ation

visant à

réduire

le

nombre et la

rai

lle

des

cristaux de g

l

ace

intracellul

aire,

al

ors que

l

es

nouvelJes techniques sont fondées sur

la vitrifi

ca

tion

,

qui peut être

défini

e

comme

la

transition de

l'ea

u directement

de

la

phase

liquid

e en un

e

phase

vitreuse

amorphe, évitant

a

in

si

l

a

formation de

glace crista

llin

e

dans

l

es cellules [9]

.

Les techniques

classiques

de

cryoconser-va

tion

corn prennent un refroidissement

l

em jusqu

u11

e

temp

éra

ture

de

pré-refroidisse

m

ent défini

e, s

uivi

pa

r une

immersion directe

dans

l'azote

liquid

e.

Avec

l'abaisse

ment de

la

tempéra

ture au

cours du

refroidissemem lent

,

les cellules

et le

milieu

ex

terne sont d'abord

en

sur-fusion,

puis

l

e

milie

u

externe

prend

en

g

l

ace

le

premier [

7]

.

La

memb

rane

cellu-laire agir

a.

l

o

rs co

mme

une

barrière

phy-siqu

e et emp

êc

he

la crista

lli

sa

tion du

milieu

interne;

les cellul

es

restent ainsi

en

surfusio11. Leur pression d

e vapeur

aqueuse es

t plus é

l

evée

que ce

ll

e

du

co

mpartiment

externe, ce

qui induit un

flux d

'e

au imracellulaire vers

l

e

compar-tim

ent

ex

rracellulair

e et ainsi

l

a conce

n-tration des

solutés

intrace

llul

air

es. L

'ea

u

intrace

llul

aire

qui

so

re d

es cellules es

t

imm

édiatement

co11verrie en

glace

dans

le co

mpartim

ent extra.ce

llul

aire, ce

qui

accé

l

ère

le

phénom

ène.

En conditions

optimales,

l

a

m

ajeure

parti

e o

u la

totali-té

de

l

'eau

intra

ce

llulair

e crisra

lli

sa.bl

e est

ext

ra

ir

e

des cellules, ce

qui réduit

ou

supprim

e

l

a

form

ation dommageable

de

glace

intrace

llul

aire

lors

de

l'

immersion

des échantillon

s

da

ns l'azo

te

liquid

e.

C

ependant

,

un

e

déshydratation trop

int

ense

p

eur induir

e

différ

ents

dom

-m

ages

li

és à

l

'

au

g

m

e

ntation

d

e

la

concentration des se

l

s

imracellulaires et

à

des changements dans la

conformatio

n

de

l

a

m

e

mbra

ne ce

llul

a

ire [7

]. Le

réchauffem

em doit

être

auss

i rapide

que

possible

pour év

iter

l

e

phénomè

n

e

de

recristallisation

,

au

cours

duque

l l

es

cris-ta

ux

de g

l

ace

form

és

pendant le

refroi-disse

ment fusionn

ent pour d

onner d

es

crista

u

x

de

raille

plus

imporram

e,

rher-modyna

miqu

emem plus

favorable, mais

éga

l

e

m

e

nt plus

domm

agea

bl

e

pour

l

'

imégriré cellulai

re [7].

Dans

les

nouvell

es techniques

de

cryo-conservation

,

fo

ndées sur la vitrifica

tion,

la

dés

hydratation

ce

llul

a

ir

e es

t r

éa

lisée

ava

nt

l

a con

l

ati

o

n

en

exposant les

échantillons à

des

solutions cryo

pro

cec-rri

ces extrêmement

con

centrées et/ou

en

les soumettant

à

une

dessiccation

phy-sique, ce

qui

a

pour

effet d'extrai

re

l

'ea

u

cri

srallisable

des cellules.

Les échantillons

so

nt ensui

te

refroidis rapidement. L

a

for-mation de g

l

ace

intracellulaire esr ainsi

évitée.

Des

transiri

ons viueuses

(change-ments

dans

la co

nfo

rm

ation

structurale

du

verre)

ont été enregistrées au

cours de

l

a con

l

a

tion de

différents

matéri

els

végétaux

en utili

sant la

technique

de

microcalorirnétrie

différentielle à

ba

l

aya-ge [10-13].

Protocoles

de cryoconservation

Pour

chaqu

e

nouvea

u maté

ri

e

l

à

ccyo-conserver,

l

es conditions

de chacune

des

étapes success

iv

es

du protoco

l

e

doivem

être

optimisées.

Un protocole

de

cryo-conse

rvation

comprend

l

es étapes

sui-vantes

:

sélectio

n du matériel

végétal,

préculture,

traitement

cryopr

otecteut,

congé

l

a.rion,

réchauffemem et post-

traice-ment.

Cahiers Açiricultures 2000

;

9

:

237-45

Protocoles classiques

Au

cours

d'un

proto

col

e

classiqu

e

de

cryoconse

rvation,

l

es échan

tillons

subis-sent d

'a

bord une

préculture

de

quelques

he

ur

es o

u jours en présence

d'osm

oti-cum

s

tels

que

l

e

mannitol ou

l

e sorbitol

pour provoquer un

e

l

égère

dés

h

y

drat

a-tion

[1

4].

Ils

sont

ens

uite

soumis à

un

rraice

menc

ccyoprocecceur

avec

des

sub-stances variées

(sucres,

pol

yols,

dim

éth

yl-s

ulfo

xyde, etc.)

. La congé

l

ation

es

t

réali-sée en deux

étapes

: un refroidi

ssem

ent

l

e

nt

jusqu

un

e

température

do

nn

ée,

dite

de

pré-refroidissement, suivi d'

une

imm

ersion rapide

des échantillons

dans

l

'azote

liquide

.

Les

vi

tesses de

refroidisse-m

ent

généralem

ent

employées va

ri

ent

encre

0

,

5 er qu

e

lqu

es °C/min jusqu'à

des

températures de

pré-

refroidissemem

aux

ale

ntours

de -

40

°C

[1

4]. Les

tech-niques

classique

nécessitem

l

'

utilisation

de co

ngélateurs

prog

rammables

sophisti-qués et

coûteux.

D

ans certains cas,

l

e

ur

emploi peur

être évité e

n

utilisant un

co

ngé

l

ate

ur

m

énager ou de

l

aboratoire

pour réa

li

ser

l

e

pré-refroidissem

ent [

15].

Après

l

e

réchauff

em

ent,

l

es agem

s

ccyo-protecteurs som

éliminés en tran

sféra.nt

les échamillons sur des

milieux neuf

s à

interva

lles

rapprochés

. Pour

stimul

er

l

a

reprise

de croissance, les conditions

stan-dard de culture sont parfois

trans

itoir

e-ment modifiées,

par

exempl

e en

dimi-nu

a

nt

l'

inte

ns

ité

lumin

e

use o

u

e

n

chan

geam

l

a composition hormonale ou

minérale

du milieu de culture

[14,

1

5].

Les techniques

classiques

de

cryoconserva-tion

sont depuis

lon

gtemps

utilisées

avec

succès

pow- la congé

l

ation de s

u

spensions

cellulai

res et

de cals,

qui

sont

co

mposés

de

peti

tes

unités

relativem

em uniform

es

au nivea

u

histologique

[16,

17]. Ell

es sonr

égal

emem appli

cabl

es

pour la congé

l

ation

d

'a

pex

de certai

nes espèces

coléram

es au

froid

,

mais

non pour ce

lle

d'espèces

tropi-cales ou

sub-cropi

cales

[18].

Nouvelles techniques

Les

nouve

ll

es

techniqu

es

de CLyoco

nserva-rion présentent des avantages

par rapport

aux

techniques

classiques. En

évitant

l

a

fo

rm

ation d

e g

l

ace crista

llin

e

dans

l

es

échan

tillons, e

ll

es

sont plus

appropri

ées

pour

l

a congé

l

ation d

'

organes complexes

reis que

l

es

apex et

l

es embryon

,

compo-sés

de

types cellulaires

d iffére

n rs

qui

nécessite

raiem cl1acun des conditions

par-ti

culières

de

déshydratation induire

par la

congélation. E

ll

es

ne

requièrent pas

l'

(3)

utili-s

ation de congélateur

s

pro

g

ramm

a

bl

es e

t

ont w1

e

larg

e

applic

a

bilit

é,

n

e

n

éces

sitant

qu

e

d

es

modific

a

tion

s

min

e

ur

es

pour leur

a

d

a

pt

a

ti

o

n

à

des

m

a

t

é

riel

s e

t type

s

ceUu-l

ai

r

es

diff

é

r

e

nt

s

[15]

.

U

n

e ca

r

ac

t

é

ristiqu

e c

ommun

e

d

es

nou-v

ea

ux pro

toc

ol

es es

t qu

e

l

t

a

p

e c

ritiqu

e

pour ob

te

nir l

a s

urvi

e es

t

l

a

d

és

h

y

dratation

e

t

n

o

n

l

a co

ng

é

lation

, c

omm

e

d

a

n

s

l

es

prot

oc

ol

es

classiqu

es

. Ain

s

i

, s

i l

e

s

éc

han-till

o

n

s à

congel

e

r p

e

u

ve

nt

ê

tr

e

r

e

ndu

s

tol

é

-rant

s à

un

e

dessiccation ju

s

qu

d

es

teneurs

e

n

e

au

s

uffi

s

amm

e

nt ba

sses, s

an

s

diminu-tion ou

ave

c

une

diminution

limit

é

e d

e

la

s

ur

v

i

e

par

r

apport

a

ux t

é

m

o

in

s

non d

és

h

y

-dr

a

t

és,

d

es

pour

ce

nt

a

g

es

d

e s

u

r

vi

e s

imi-l

ai

r

es so

nt

n

é

ral

e

m

e

nt

o

b

servés [

1

5].

On di

s

tin

g

u

e s

ept pro

dur

es

diff

é

r

e

nt

e

s :

l'

e

n

ca

p

s

ul

a

tion-d

és

h

y

dr

a

t

a

ti

o

n

,

la

v

itrifi-ca

tion,

l'

e

n

c

apsul

a

tion

-

vitrifi

ca

tion

,

la

d

ess

ic

ca

ti

o

n

,

la

pr

é

cultur

e,

l

a

pr

é

culture-d

ess

i

cca

tion

, e

t la

c

on

l

a

tion

e

n goutte

s.

L

'e

n

c

ap

s

ul

a

tion-d

és

h

y

dr

a

t

a

rio

n es

t

fo

nd

ée

s

ur

l

a te

chnologi

e

d

éve

lopp

ée

p

o

ur

l

a

pro-du

c

ti

o

n d

es se

m

e

n

ces a

rtifi

c

i

e

ll

es.

L

es

ex

pl

a

nt

s s

ont en

ca

p

s

ul

és

d

a

n

s

d

es

bill

es

d

'

al

g

in

ate

d

e

calcium

,

pr

éc

ulti

vés e

n mili

e

u

liquid

e e

nri

c

hi

e

n

s

u

c

r

e

p

e

nd

a

nt

1

à 7

-10 jour

s,

parti

e

ll

e

m

e

nt d

és

h

y

d

ra

t

és s

ou

s

l

a

h

o

tt

e à

flux

laminair

e

ou

avec

du

s

ilicagel

ju

s

qu

un

e

ten

e

ur

e

n

ea

u d

'e

n

v

iton

2

0

%

p

ar

r

a

pp

o

rt

à

l

a

m

ass

e d

e

m

a

ti

è

r

e sèc

h

e,

pui

s

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efro

idi

s ra

pid

e

ment. L

es

p

o

ur

ce

nta

ges

d

e

s

u

rv

i

e so

nt

n

é

ralem

e

nt

é

l

evés e

t l

a

r

e

prise

d

e c

roi

ss

an

ce es

t rapid

e e

t di

recte, s

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s

for-m

a

ti

o

n d

e c

al.

Ce

tt

e tec

hniqu

e,

mi

se a

u

p

o

int

s

ur

l

e

p

o

iri

e

r

[

19]

,

a é

t

é a

ppliqu

ée a

v

e

c

s

u

ccès a

ux

a

p

ex

d

e

nombr

e

u

ses es

p

èces

t

e

m-p

é

r

ées e

r tropical

es

[8

,

15

],

ain

s

i

qu

d

e

s

s

u

s

p

e

n

s

i

o

n

s ce

llul

a

ir

es e

t d

es e

mbr

y

on

s

som

a

tiqu

es [2

0

,

2

1

].

L

a v

itrifi

ca

tion

co

mpr

e

nd un tr

a

it

e

m

e

nt

d

es éc

h

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ntillon

s

d

e c

ourr

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dur

ée ave

c de

s

cryo

prot

ecte

ur

s à c

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ce

ntr

a

ti

o

n in

te

rm

é

-di

a

ir

e (a

pp

e

l

é

lo

ading treatment),

un

e

d

és

h

y

dr

ara

tion a

v

e

c

d

es so

luti

o

n

s

d

e v

itri-fi

ca

tion

ex

tr

ê

memen

t c

on

ce

n cr

ées e

n

c

r

y

oprot

e

creurs

,

suivi

e

d

'

un r

e

fr

o

idi

sse

-ment ultr

a

-rapide.

Ce

tt

e tec

hniqu

e a é

t

é

a

ppliqu

ée a

u

x a

p

ex, s

u

s

p

e

n

s

ion

s c

ellu-l

a

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es e

t

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mbr

y

ons

s

om

a

tiqu

es

d

e

nom-br

e

u

ses es

p

èces

[

22, 23].

L

'e

n

ca

p

s

ul

a

tion-

v

itrifi

ca

rion

es

t un

e

co

mbin

a

i

s

on d

es

d

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ux

tec

hniqu

es

pr

écé

-d

e

nt

es,

d

a

ns

l

a

qu

e

ll

e

l

es éc

h

an

till

o

n

s s

ont

e

n

ca

p

s

ul

és

d

a

ns d

es

bill

es

d

'

al

g

in

a

te pui

s

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h

y

dr

a

t

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n utili

sa

nt d

es s

o

lu

tion

s

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vitrifi

ca

tion.

Ce

tte techniqu

e a é

t

é a

ppli

-qu

ée a

u

x

a

p

ex

d

'

un nombr

e e

n

co

r

e

limi-té

d

'es

p

èces

[

23]

.

L

a

d

ess

i

cca

ti

o

n

es

t l

a

pro

dur

e

l

a

plu

s

s

i

m

pl

e

pui

s

qu

'e

ll

e c

on

s

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ste à

d

és

h

y

dr

a

t

e

r

l

es ex

plant

s,

pui

s à

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es co

n

ge

l

e

r r

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pid

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-m

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nt p

a

r

imm

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rsion dir

ecte

dan

s

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az

ote

liquid

e

.

Ce

tte techniqu

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c

ipal

e-m

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nt utili

sée

pour le

s e

mb

ryo

n

s zyg

o-tiqu

es e

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axes e

mb

ry

onn

ai

r

es

d

'es

p

èces à

se

m

e

n

ces

r

éc

al

c

itran

tes (24, 25].

L

a

d

es

-s

i

cca

ti

o

n

es

t

n

é

ral

e

m

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nt

effec

tu

ée s

ou

s

l

a

h

otte à

Aux

lamin

a

ir

e,

m

a

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s

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es c

ondi-ti

o

n

s

d

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d

és

h

y

dr

a

tati

o

n plu

s

p

réc

i

ses e

t

r

e

produ

c

tibl

es s

ont ob

te

nu

es e

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utili

s

ant

un A

ux

d

'ai

r

co

mprim

é s

t

é

ril

e o

u du

s

ili-c

agel. Un

e

d

és

hydratation

ul rr

a-

r

a

pid

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dan

s

un Aux d

'a

ir

comprim

é sec (

pro

-d

é a

ppel

é

jlash-drying,

d

év

el

o

pp

é

p

a

r

l

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g

roup

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du Pr B

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rjak

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Af

riqu

e

du

S

ud

)

p

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rm

e

t d

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c

o

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g

el

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r d

es ex

plant

s avec

un

e

t

e

n

e

ur

e

n

ea

u relati

ve

m

e

nt

é

l

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v

ée

,

ce

qui

r

é

duit

ai

n

s

i l

es

domm

ages

li

és à

l

a

d

ess

ic-ca

tion (26, 2

7

]. La

s

urvi

e es

t

n

é

r

a

l

e-m

e

nt

optimal

e

pour de

s te

n

e

ur

s e

n

ea

u

d

e

l'ordr

e

d

e

10-20 % (MF

).

L

a

te

c

hniqu

e

d

e

pr

é

-

c

ultur

e c

on

s

iste

à

c

ulti

ve

r

l

es é

chantillon

s e

n pr

ése

n

ce

d

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cry

oprote

c

teur

s,

puis

à

l

es c

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g

el

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r p

ar

imm

e

r

s

ion dir

ec

t

e

d

a

n

s

l'

azote

liquid

e

.

Ce

rr

e

pro

dur

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t

é

d

éve

lopp

ée

p

o

ur

c

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yoco

n

se

r

ve

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m

ass

i

fs

m

é

ri

s

t

é

m

a-tiqu

es

d

e

ban

a

ni

e

r [

2

8].

D

a

n

s

un protocol

e

d

e

pr

é-

cultur

e

-d

é

sh

y

dr

a

tation

,

le

s

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x

plant

s s

ont pr

é

-

c

ul-ti

vés e

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ése

n

ce

d

e cryo

prot

ecte

ur

s, e

n

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ral d

es s

u

c

r

es,

d

és

h

y

dr

a

t

és so

u

s

l

a

h

o

tt

e à

A

ux

lan1inair

e

ou

avec

du

s

ili

ca

-g

el

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t

co

n

ge

l

és

r

a

pid

e

m

e

nt.

Ce

tt

e

m

é

rh

o-d

e a é

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é ap

pliqu

ée à

d

es seg

m

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nt

s

d

e

ti

ge

d

'

as

p

e

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ges,

d

es e

mbt

yo

n

s so

m

a

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q

u

es

d

e

palmi

er à

huil

e e

t d

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mbt

yo

n

s

zyg

o-tiqu

es

d

e coco

ti

e

r (29-

3

1].

Enfin

,

l

a

te

c

hniqu

e

d

e c

on

lation

e

n

g

out

tes a é

t

é

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év

elopp

ée

p

o

ur l

es a

p

ex

d

e

pomm

e

d

e te

rr

e (3

2]

.

L

es a

p

ex so

nt pr

é

-tr

a

it

és

d

a

n

s

un

mili

e

u

c

r

yo

prot

ec

t

e

ur

liquid

e,

pui

s

pl

acé

s

s

ur d

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b

a

nd

es

d

e

p

a

pi

e

r

al

uminium dan

s

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mi

crogo

ut

tes

d

e cryo

p

rotec

t

e

ur

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t con

g

el

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p

a

r imm

er

-s

i

o

n di

rec

t

e

d

a

ns l'

azote

liquid

e.

Développement

actuel des techniques

de cryoconservation

La

r

és

i

sta

n

ce à

l

a

con

l

a

ti

o

n d

a

n

s

l'

az

ot

e

liquid

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d

é

j

à é

t

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prou

vée

pour d

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tr

ès

nombr

e

u

x

m

a

t

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riel

s,

n

a

tur

e

ll

e

m

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nt

r

és

i

s

tant

s o

u non

à

l

a

d

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h

y

drat

a

tion

.

L

es

se

m

e

n

ces

orthodo

xes

d

e

p I u

s

d

e

3

00

es

p

èces o

nt

é

t

é cry

o

co

n

servées (33,

34],

d

e

m

ê

m

e

qu

e

l

es

b

o

ur

geo

n

s

d

or

-Cahiers Aaricultures

2000 : 9 : 237-45

m

a

nt

s

d

'

un

e

di

z

ain

e

d

'es

p

èces

li

g

n

e

u

ses

(

3

5]

e

t

l

e

poll

e

n d

e

plu

s

i

e

ur

s

di

za

in

es

d

'es

p

èces [3

6

]

. En ce qui

co

n

ce

rn

e

l

e

m

a

t

é

riel

in vitro,

d

e

s prot

oco

l

es

d

e c

t

yo

-co

n

se

r

va

ti

o

n

so

nt di

s

ponibl

es

pour

l

es

c

ultur

es

indiff

é

r

e

n

c

i

ée

s

(s

u

s

p

e

n

s

i

o

ns

ce

l

-I

ul

a

i r

es, ca

l

s)

d

e

tr

ès

n

o

mbr

e

u

ses

es

p

èces

[1

4,

1

7, 37

]

.

P

o

ur l

es ex

pl

a

nt

s

diff

ére

n

c

i

és

t

e

l

s

qu

'a

p

ex, e

mbr

y

on

s

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om

a

tiqu

es e

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zy

gotique

s,

d

e

nombr

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ux

proto

c

ol

es o

nt

é

gal

e

m

e

nt

é

t

é

publi

és

[15

,

37

] mai

s

l

a cry

o

c

onservation

c

onn

a

ît d

es

d

eg

r

és

d

e

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év

elopp

e

m

e

nt diff

é

r

e

nt

s

p

o

ur

l

es es

p

èces

multipli

ées végé

t

a

ti

ve

m

e

nt

e

t

ce

ll

es à se

m

e

n

ces

r

éc

al

c

itran

tes

[

24, 38].

Espèces multipliées

végétativement

Pour

l

es es

p

èces

multipli

ées

v

égé

t

a

ti

ve

-m

e

nt

,

l

a c

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y

o

c

on

s

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va

tion

a

un

e a

ppli-ca

bilit

é

tr

ès

lar

ge

t

a

n

t e

n t

e

rm

es

d

'es

p

èces c

ou

ve

rr

es -

pui

s

qu

e

d

es

pro-to

c

ol

es

ont

é

t

é

publi

és

pour

l

es

m

é

ri

s

-tè

m

es

d

'

es

p

èces

d

'

ori

g

in

e t

ropi

ca

l

e e

t

t

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mp

é

r

ée

inclu

a

nt d

es

ra

c

in

es e

t tub

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-c

ul

es,

d

es

fruiti

e

rs

,

des pl

a

nt

es o

rn

e-m

e

nt

a

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es e

t industri

e

ll

es -

qu

'e

n t

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rm

es

du nombr

e

d

e gé

not

y

p

es/va

ri

é

t

és

r

é

p

o

nd

a

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os

itiv

e

m

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nt au

se

in d

'

un

e

m

ê

m

e es

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èce

. L

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t

ec

hniqu

es

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ées

s

ur l

a v

it

r

ifi

ca

ti

o

n

s

ont pr

éfé

r

e

nti

e

ll

e-m

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nt

e

mpl

oyées,

bi

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n qu

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l

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ec

h

-niqu

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cl

ass

iqu

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pui

sse

nt

éga

l

e

m

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nt

ê

tr

e

utili

sées

p

o

ur l

es es

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èces

t

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mp

é

-r

ées.

Il

es

t int

é

r

essa

nt d

e

n

o

t

e

r qu

e,

d

a

n

s

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nombreu

x

ca

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diff

é

r

e

nt

es tec

h-niqu

es

donn

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nt d

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r

és

ult

a

t

s co

mp

a-r

a

bl

es

a

vec

l

e

m

ê

m

e

m

a

t

é

ri

e

l

(ta

bl

eau

1

)

.

L

a

r

e

pri

se

apr

ès c

r

yoco

n

se

r-v

ati

o

n

es

t

n

é

r

a

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e

ment

é

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evée e

t l

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égé

n

éra

ti

o

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t r

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pide

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t dir

ecte (sa

n

s

c

allo

ge

n

èse

tr

a

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s

ito

i

r

e)

. Diff

é

r

e

n

tes ra

i-so

n

s

p

e

u

ve

nt

ê

tr

e

in

v

oqu

ées

pour

ex

pli-qu

e

r

ces

r

és

ult

a

t

s.

L

a zo

n

e

m

é

ri

s

t

é

m

a

-tiq u

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d

es a

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ex, à

partir d

e

l

a

qu

e

ll

e

s

'e

ff

ec

tu

e

l

a c

roi

ssa

n

c

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ga

ni

sée, es

t

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omp

osée

d

'

un

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popul

a

tion r

ela

ti

ve-m

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nt h

o

m

ogè

n

e

d

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peti

tes ce

llul

es e

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v

i

s

i

o

n

,

pr

ése

n

ta

nt d

es v

a

c

u

o

l

es

d

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peti

te

t

a

ill

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t un r

a

pport nucl

éo-cy

to

-pl

as

miqu

e é

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evé, c

ar

a

ct

é

ri

s

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es,

qui

l

es

r

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nd

e

nt plu

s a

pt

es à

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upp

o

rt

e

r

l

a

d

e

s

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cca

tion qu

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d

es

cellul

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fort

e

m

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nt

v

ac

u

o

li

sées e

t di

ffé

r

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nci

ées.

D

e

plu

s,

l

es

é

tud

es

hi

s

to

-cyto

lo

g

ique

s

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éa

li

sées

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évè

-l

e

nt qu

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tru

c

tur

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de

s a

p

ex es

t

n

é-ral

e

m

ent

pr

ése

rv

ée

d

a

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s sa

qu

as

i-tot

al

i

-t

é

l

o

r

s

qu

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l

es

t

ec

hni

q

u

es fo

nd

ées s

ur l

a

vitrifi

ca

ti

o

n

so

m

e

mpl

oyées [ 49]. Ces

(4)

Tableau 1

Exemples d

'

essais de cryoconservation réalisés avec les apex de quelques

pl

a

nte

s

à

multiplication végétative

Espèce Technique Nbre Survie Type Référence

de congélation d'accessions (%} de régénération congelées Dioscorea spp. E 4 54 (26-71} D (2 espèces} [39] 1 (2 espèces) D. bu/bitera E 2 Jusqu'à 100 D [40] et D. alata Musa spp. E 8 D [28]

p

15 30 (7-67) D [41] V 2 60-70 D [42] Pyrus spp. V 8 60 (40-73) D [15] E 3 69 (67-70) D [43] E 11 50 (23-80) D [44] CP 1 60 D [44] So/anum spp. CP 19 48 (0-100) 1 + D [45] V 5 56 (37-94) D [46] E 6 40 (9-59) D [47] G 219 40 (4-100) D [48]

Techniques de congélation employées: V: vitrification; E: encapsulation-déshydratation; CP:

congélation programmée ; P : préculture ; G : congélation en gouttes. Les résultats de survie indi-quent le pourcentage moyen de survie obtenu et entre parenthèses les valeurs minimales et max i-males. D : reprise directe de la croissance ; 1 : reprise indirecte de la croissance.

Cryopreservation

t

ests carried out with apices of a few vegetatively propaga

-ted plants

assoc

i

és

à

la ma1rnse des protocoles de

culture

in

vitro

pour

les

espèces

concer-n

ées.

En effet,

l

a

plupart

des

espèces

à

multiplic

a

tion

végétative qui ont été

cryoconservées avec succès son

r des

espèces

cultivées

pour lesqu

e

lles la

micropropagarion

in

vitro

a

été

bien

é

tabli

e,

souvent

à

des

fins

commer-ciales.

De plus

,

le

matériel

es

t

synchro-nis

é

par

la culture

in

vitro

et

le

pré-r pré-rai pré-rem

en

r.

Ainsi,

des

exp

lanrs

relativement

homogènes

en termes

de

r

a

ill

e, co

mpo

s

ition

cellulaire,

é

tat ph

y-s

iologiqu

e

et vitesse

de

croissance

so

nt

di

spo

nibles

pour

la

congélation

,

ce

qui

augmente

le

s

chances

de réponse

positi-ve et

uniforme

aux

trai rement

s

(38].

Enfin

,

les proc

é

dures

fondées

s

ur la

v

itrification permettent d'

utili

ser

des

éc

hantillon

s

d

e

raille relativement

importance

(apex

de

0

,

5

à

2-3

mm) qui

peuv

e

nt reprendre

leur croissance

direc-r

e

m

e

nr

et sans difficultés.

Espèces à semences

récalcitrantes

D

e

nombreux

art

icl

es

one

été

publi

és

ces

d

e

rni

ères

années

s

ur la

cryoconservation

de

s

embryons ou

des

axes

embryonnaires

d

'es

pèces

à

semences non orthodoxes

(10

,

11

,

24, 25,

37].

Ceci pourrait

mener

à

la

concl

usion

que

la

co

ngélation

d

'e

mbryons

est

une procédur

e

appl

icable

en routine

à

de

nombreuses espèces

,

quelles

que

soie

nt les

caractéristiques

de

conservation

de leurs

seme

nces.

Cepen-dant

,

un

examen approfondi

de

ces

listes

révè

le

q

ue seul

un nombre restreint

d

'es

pèces

à

semences vraiment récalci

-trantes

est

pr

ése

nt.

Ceci est dû en

partie

a

u

fair

que tr

ès

peu d

quipes de

recherche travaillent

d

ans

ce

domain

e.

Une autre

rai

so

n

est

que

la récalcirrance

es

t un concept d

y

namiqu

e

(40], qui

évo-lu

e avec

la r

ec

h

erc

he

effectuée

s

ur la

bio-logie des

semences

e

t l

'amé

lioration de

s

proc

é

dures de

stockage

clas

s

ique

s.

Ainsi,

l

es se

mences d

e

caféier et

d

e

palmier

à

h

ui

le

one

longtemps été

classées comme

récalc

i

trantes

,

mais des travaux

r

éce

nts (3

,

4] one

montr

é

qu'

elles one en

r

é

alit

é

un

comportement

int

e

rmédiaire

.

En

compa-raison avec

le

s

plante

s

à

mulriplicarion

végétative,

i

l

est ainsi

cla

i

r que la

recherche

es

t beaucoup moins

avancée

pour

le

s

espèces

à seme

n

ces

récalcirranres.

La technique de

de

ss

ic

ca

tion

est

princi-pal

e

ment

employée

pour

co

ngeler les

C

ahiers Agricultures 2000 ;

9 : 237-45

e

mbryons

ou

axes

embryonnaires

(tab

l

eau 2).

L

es

pourcentages de

survie

obtenus

so

nt

ex

trêmement

var

iables m

a

is

généralement faibles.

De plus

,

la rég

é

n

é-ration

après cryoconservation est souvent

limitée

à

une

callogenèse

ou

à

un d

éve-loppement incomp

let

des p

l

antu

les

.

Il

y

a

un nombre restreint de

cas

pour

les-quels des plantes

entières ont été

rég

é

n

é-rées, comme avec

le

cocotier et

des

pal-miers

ornementaux

(30,

59].

Différentes raisons expliquent

cerce

situa-tion.

Tour d

'abord

,

les

connaissances

s

ur

la biologi

e

d

es es

p

èces

récalcitrantes, et a

fortiori

l

a

biologi

e

d

e

l

e

ur

s

semences,

sont souvent

limitées,

voire

nulles

,

notamment parce que nombre d

'e

ncre

elles sont

des

espèces sauvages.

Dans

les

cas

où de

s

i

nformations

sont

disponibles

sur

la biologie des

semences,

les proto

-coles

de

culture

in

vitro,

indispen

sa

ble

s

pour l'

éta

pe de repri

se

de

croissance

a

prè

s

la

congélation

de

s

embryons

zygo-tiqu

es, so

nt

so

uvent inexi

s

tant

s

ou

non

opérationnels

(60

,

61].

Les

se

men

ces

récalcitrantes

e

t leurs

embryons ont

d

e

plus d

es

caractéristiques

qui rendent l

e

ur

cryoconservation

difficile. La premi

è

re

d

'

entre

ell

es

est

qu'

il

n

'y

a

pas d

'

arr

êt

dans

l

e

ur d

évelo

ppement

,

comme chez

l

es

semences orthodoxes

(26]. Il

est

donc

très difficil

e

de

sélectionner

les semences

à

un

stade

pr

éc

i

s

de leur développement

,

alors

que

c'es

t un param

èt

re d'importan

-ce critique

pour leur

cryoconservation.

De

s var

i

a

tions très importances pour la

teneur en

ea

u des

semences à

«

matu

r

i

-té

»

so

nt observées

à

l'intérieur d

'

un

m

ê

me lot

, e

ntr

e

lors de provenance

s

ou

d

'an

née

s

d

e

r

éco

lte diff

ére

nces

(62], ce

qui pourr

a

it

expliquer

le manqu

e

de

reproductibilité souvent

observé dans le

s

essais.

Par

a

i

lleu

rs, les

embryons

o

u

axes

embryonnaires one

une

structure

histolo-gique

so

u

ve

nt

complexe, contenant

plu-s

ieur

s

rypes

d

e

ti

ss

u

s

qui

ont

des

se

n

s

ibi-li

rés diff

é

r

e

ntes

à

l

a

des

s

iccation

et

à

la

congél

a

tion : par

exemple,

le pôle

raci-naire

est

so

uvent plu

s

r

és

i

s

tant qu

e

le

pôle

caulinaire

(51, 56

,

63].

Enfin,

l

es

embryons

d

e

certaines espèces sont

de

dimensions trop importances pour

envi-sage

r

l

e

ur uti

l

isation po

u

r la

cryoconser-vation et

,

chez

d'autres

espèces,

il

est

tr

ès

diffici

l

e

d

e

localiser

l

'e

mbryon d

a

ns l

a

semence (62].

Différent

es so

lution

s existe

nt pour

amé-liorer

cerce

s

ituation.

Tour

d'

abord

,

pour

l

a

cryocons

erva

tion de

s

embryons ou

d

es

axes embryonnaires

,

d

'au

tre

s

techniqu

es

de

cryoconservation

qu

e

la d

ess

i

cca

tion

doiv

e

nt

ê

tre

ex

p

é

rim

e

nt

ées.

Il

est

Références

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