Rôle du scutellum dans l’obtention de plantes néoformées in vitro chez le maïs

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Rôle du scutellum dans l’obtention de plantes néoformées in vitro chez le maïs

Michel Beckert

To cite this version:

Michel Beckert. Rôle du scutellum dans l’obtention de plantes néoformées in vitro chez le maïs.

Agronomie, EDP Sciences, 1982, 2 (7), pp.611-615. �hal-02718039�

Rôle du scutellum dans l’obtention de plantes

néoformées in vitro chez le maïs (*)

Michel BECKERT

LN.R.A., Station d’Amélioration des Plantes, F 63039 Clermont-Ferrand Cedex.

RÉSUMÉ Les expériences ^{décrites ont} visé à mieux connaître les aptitudes ^{à la} régénération ^{chez le maïs} (Zea mays L.)

à partir de scutellums de jeunes embryons.

Maïs, Pour deux critères, ^le pourcentage ^de régénération ^{et la} productivité ^en jeunes plantes, ^{les rôles} respectifs ^de

In vitro, l’embryon ^{et de la} plante ^mère support ^des explants ^{sont discutés.}

Régénération.

SUMMARY Importance of ^{the scutellum in} obtaining ^{in vitro} regeneration of ^maize

Maize, Regeneration from the scutellum of young maize embryos ^{of inbred} genotype ^{A 188 was studied.}

In vitro, The relative importance ^{of the} embryo and mother plant is discussed for two criteria, ^the percentage ^of Regeneration. _° n r

regenerating ^{scutel i a and their} productivity (number of young plantlets ^{which can be} potted u p following

regeneration from calluses obtained from one or a class of scutella).

We did not find any ^« mother plant ^{» effect on the} probability ^of regeneration ^{from the} scutellum but we

showed a strong ^{« mother} plant ^{» effect on the} productivity ^of embryos ^{in a} particular length ^class.

1. INTRODUCTION

Le développement ^des techniques de culture in vitro

présente ^un grand ^intérêt pour la sélection de cellules mutantes ou variantes, ceci pour ^un grand ^nombre d’espèces végétales (B OURGIN , 1978 ; M ALIGA , 1980) ; ^mais l’exploi-

tation éventuelle en amélioration des plantes ^{de telles}

méthodes requiert avant tout une bonne maîtrise des

phénomènes liés à la régénération ^de plantes entières ; ^la régénération ^de plantes ^fertiles permettant ^aisément l’analyse génétique des variations observées in vitro.

Chez le maïs (Zea mays L.), après ^{les travaux de GREEN}

et al. (1974, 1975), ^{nous avons,} lors d’une première ^étude (B

E C KE

RT ^{& PO LLA CS EK ,} 1979) ^{étudié une} variabilité

génétique pour les différentes étapes (induction ^d’un cal, entretien d’une multiplication ^non morphogène ^soutenue, régénération ^de plantes fertiles) ^{de la culture in vitro de}

tissus diploïdes. ^{Nous avons aussi} précisé ^un certain nombre de conditions physico-chimiques permettant l’obtention, après ^un développement satisfaisant, ^de plantes ^néoformées

ceci pour ^un ensemble de génotypes d’origines génétiques

variées.

En 1975, GREEN & P HILLIP S donnaient comme stade

(

*

) Travail réalisé dans le cadre de l’A.T.P. CNRS/INRA : 654162.

optimum ^de prélèvement ^d’un embryon pour obtenir après callogenèse ^des néoformations de plantes, celui correspon- dant à un délai de 18 j ^de développement ^entre la féconda- tion et l’excision. Pourtant, selon les conditions de culture de la plante ^mère support ^des explants, ^{ce délai conduit à}

des embryons d’âge physiologique très différent. Un para- mètre de taille (longueur ^du scutellum) ^{a été} proposé par GREEN (1977) pour ^tenter de mieux cerner ce stade de

prélèvement. Cependant, devant la fluctuation de certains de nos résultats, nous avons cherché à préciser ^{cette notion.}

Cette publication ^{relate un} ensemble de travaux conduits pour déterminer les connaissances nécessaires pour accroî- tre le taux de réussite dans l’obtention de néoformations, puis ^de jeunes plantes, ^à partir de cultures de cals issus de scutellums de jeunes embryons.

Il. MATÉRIEL ET MÉTHODES

A. Matériel végétal, explants

Pour cette étude, ^{seule la} lignée homozygote ^{fixée A 188}

a été utilisée. Les explants ^sont constitués de jeunes embryons ^{issus de} grains ^immatures prélevés ^{de 13 à} 18 j après l’autofécondation de plantes ^{cultivées en serre du}

mois de mars au mois de juillet.

B. Milieu de culture in vitro

Le milieu de base utilisé est celui décrit par GREEN

(1975). ^{Ce milieu est} autoclavé à 115 °C durant 20 mn, après ajustement ^de pH ^{à 5,8} à l’aide de la soude 0,1 ^{N. Les} vitamines et les substances de croissance sont, par contre, stérilisées à l’aide d’un filtre de type ^« millipore ^{» de 0,22 ( i}

de porosité. ^{Elles sont} ajoutées ^au milieu de culture avant

que ^{celui-ci ne soit} réparti dans des boîtes de Petri stériles de 0 55 mm.

Pour l’étude de l’entretien de la callogenèse, le milieu de base est complémenté par 2 mg/1 ^{de P.C.A.} (parachlorophe- noxy-oxy-acetic-acid) ^au lieu du 2-4-D couramment utilisé.

Pour l’étude de la régénération, ^ce même milieu est

complémenté par du P.C.A. à raison de 0,25 mg/1. ^Les bourgeons ^ou organes plus ^{ou moins} développés ^sont

transférés de ce milieu dans des tubes contenant le milieu de base dépourvu ^de régulateur ^de croissance, ^{selon le} protocole déjà ^défini (B ECKERT ^{& P OLLACSEK ,} 1979).

Les boîtes ou tubes sont placés ^{dans une} chambre de culture où la température ^est maintenue à 27 ± 1 °C.

L’éclairage ^{est réalisé} par des lampes ^de type ^cool-white

(Sylvania ^{F 96 T} 12/CW/WHO) l’intensité lumineuse étant de 25 W/m 2 au niveau des explants. ^La photopériode ^{est de}

16 h de lumière pour 8 h de nuit.

C. Protocole expérimental, critères étudiés

Pour chaque embryon prélevé ^{et mis en} culture, ^nous

avons mesuré avec précision ^la longueur du scutellum à l’aide d’une loupe binoculaire munie d’un micromètre.

Les cals obtenus à partir ^{de ces} scutellums sont fragmen-

tés et transférés dans des milieux neufs tous les mois environ. A chaque repiquage, ^un fragment ^du cal, ^{dont la} multiplication des cellules a été entretenue sur le milieu de base complémenté ^{à 2} mg/1 ^de P.C.A., ^{est transféré sur un} milieu identique ; ^{trois autres} fragments ^sont transférés sur

le milieu de prérégénération, précédemment décrit, ^{selon le} protocole schématisé figure ^{1. Les} explants déposés ^{sur le}

milieu de prérégénération ^seront fragmentés secondaire- ment, ^en fonction du nombre et de l’importance ^des

structures différenciées susceptibles d’être transférées en

tube.

Deux critères ont été étudiés :

-

d’une part, ^la probabilité ^de régénération qui ^{est le} pourcentage ^de scutellums ayant ^{donné au moins une}

structure morphogène s’étant différenciée en jeune plante

en tube,

-

d’autre part, ^la productivité ^en néoformations qui ^est

le nombre de bourgeons ^{ou de} structures morphogènes qui

se sont différenciées en jeunes plantes, soit pour ^un

scutellum, soit pour les scutellums d’une classe donnée.

Nous définissons comme jeune plante, ^une plante qui, ^au

terme des différentes étapes ^{de la culture in vitro, est} susceptible ^d’être repiquée ^{en terre avec de} bonnes chances de reprise. ^Cette aptitude ^est jugée grâce ^{au niveau de} développement ^des systèmes racinaires et végétatifs ^aériens.

L’ensemble des résultats présentés portent ^{sur les} 90 pre- miers jours de culture des cals car les taux de régénération

deviennent trop faibles à partir ^{du 5 e} mois pour permettre des études statistiques.

III. RÉSULTATS

A. Analyse ^du pourcentage ^de régénération ^{et de la} productivité pour les différentes classes de longueur

du scutellum

Dans le tableau 1, les scutellums mis ^en culture ont été

regroupés ^suivant des classes arbitraires de longueur. ^Pour chaque ^{classe un} pourcentage ^de régénération ^a été évalué.

On peut remarquer que les scutellums dont la longueur

dépasse ^{2,75 mm} manifestent une faible fréquence ^de

morphogenèse.

Dans le tableau 2, ^une analyse ^{de la} productivité par classe de longueur ^{a été} effectuée. Dès que la taille du scutellum dépasse 2,75 ^{mm la} productivité ^{devient nette-}

ment inférieure à 1.

Ces résultats sont une confirmation des travaux de GREEN (1977, 1980) qui précisaient la nécessité de

prélever ^des embryons ^{dont la} longueur du scutellum soit inférieure ou égale ^{à 2 mm} pour obtenir de bons ^taux de

régénération.

B. Mise en évidence d’un « effet embryon ^»

Le regroupement ^en classes de longueur permet ^une première analyse, ^{mais elle ne} suffit pas pour choisir ^a priori

les embryons dont les cals se révéleront les plus morphogé- nétiques.

D’après ^notre protocole, nous avons pu analyser ^le

nombre de jeunes plantes développées ^pour chaque ^scutel-

lum mis en culture. La figure 2 donne la distribution des

fréquences ^de productivité par embryon, pour ^ceux apparte-

nant à la classe de longueur ^{1,5 à 2 mm. On} peut remarquer que l’on ^ne peut pas assimiler les observations à ^une loi de Poisson. Les plus gros écarts à ^une distribution théorique ^de

Poisson proviennent ^d’une part, d’un effectif important d’embryons qui n’ont pas donné de néoformation et, ^d’autre part, ^des embryons qui ^{se sont} révélés extrêmement produc-

tifs.

Une hétérogénéité ^se manifeste donc entre les embryons

de la classe 1,5-2 mm, ^une hétérogénéité ^{de même} ampleur

est notable pour ^les embryons des classes 2-2,5 ^{mm et}

< 1,5 ^{mm de} longueur du scutellum.

Les causes de cette hétérogénéité ^sont probablement

diverses elles doivent inclure des différences au niveau

embryonnaire seul ainsi que des différences au niveau de lots d’embryons, c’est-à-dire un certain effet « plante

mère ^». C’est ce que nous nous sommes efforcés de mettre en évidence ci-après.

C. Mise en évidence d’un effet « plante mère » dans la réussite de l’obtention de jeunes plantes ^néoformées

La technique ^de prélèvement ^de jeunes embryons permet de mettre facilement en culture de l’ordre de 40 scutel- lums pour ^un épi issu d’une plante mère donnée. Il a été

comparé, pour les différentes classes de longueur ^{de scu-} tellum, ^les plantes ^mères d’origine différente en ce qui

concerne les 2 critères considérés. Une plante ^{n’a été} prise

en considération pour établir la comparaison que si elle était

au moins représentée par 5 scutellums dans la classe consi- dérée.

Dans le tableau 3 sont ainsi comparés les différents pourcentages ^de régénération ^de chaque plante ^{mère dans}

les différentes classes. On n’a pas pu, pour ^ce critère, ^mettre

en évidence une quelconque différence entre les plantes comparées.

Dans le tableau 4 sont reportés ^{les résultats} concernant la

productivité pour les 3 premiers stades de repiquage. ^Il apparaît ^ici que la productivité, ^telle qu’elle ^{a été} définie,

est statistiquement ^très dissemblable _{pour des} embryons d’une même classe de longueur ^mais appartenant ^{à des} plantes ^mères d’origine différente.

IV. DISCUSSION ET CONCLUSION

Ces expériences ^ont permis ^{de retrouver et de} préciser

certains résultats de GREEN concernant la réussite de la

callogenèse ^{et de la} régénération ^de plantes entières de maïs à partir de scutellums de jeunes embryons.

Le stade 1,5-2 ^{mm de} longueur du scutellum semblerait donc effectivement le plus favorable. Ce critère est aisément utilisable lors de la mise en culture de séries d’embryons. ^Il

faut cependant remarquer que ^ce paramètre ^ne permet pas de choisir, ^a priori, les meilleurs scutellums puisque, ^en effet, nous avons mis en évidence des différences de

productivité importantes ^{selon la} plante d’origine ^{d’un lot} d’embryons.

Il est donc probable que 1’« état physiologique ^de l’embryon ^{» lors de la mise en} culture de celui-ci joue ^un

rôle important dans la réussite. Cet « état physiologique optimum n’est pas entièrement caractérisable par la

longueur du scutellum à la mise en culture. Il serait intéressant de rendre optimum, pour ^une taille définie de

scutellum, les conditions de croissance et de développement

des explants ^au niveau de la plante ^mère support dans le but

d’améliorer la productivité ^en jeunes plantes néoformées.

Le critère de productivité, tel que ^nous l’avons défini, intègre, ^{outre le} phénomène ^de néoformation, ^un grand

nombre d’autres aspects tels que la croissance plus ^{ou moins} importante ^{des cals} permettant ^un repiquage ^de fragments plus ^ou moins gros ; il ^a cependant l’avantage de recouvrir la différenciation de petites plantes jusqu’à ^une phase ^{où elles} peuvent ^être placées ^en conditions naturelles de croissance et de développement.

Cette étude montre que si certains paramètres ^{de la} régénération ^de plantes ^{entières à} partir ^de jeunes ^scutel-

lums d’embryons ^{de maïs} peuvent ^être connus avec préci- sion, ^{il n’en reste} pas moins que la réussite technique dépend ^d’un grand nombre de facteurs complexes ^dont

l’étude est difficile.

Reçu ^{le 13} septembre ^1981.

Accepté ^{le 20 mars 1982.}

RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES

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