Contribution à l'optimisation d'un protocole d'haplodiploïdisation par androgenèse chez l'orge de printemps (Hordeum vulgare L.) afin d'augmenter la régénération en plantes vertes

Abstract

La réussite d’une production végétale repose sur l’utilisation de populations de plantes adaptées à leur environnement ou aux conditions de culture utilisées. Aujourd’hui, les enjeux sont de produire en quantité mais aussi avec qualité et respect des conditions environnementales en limitant l’utilisation des intrants. En contexte de changement climatique, pour qu’une variété soit adaptée à son environnement, il est nécessaire d’accélérer le processus de sélection. La technique d’haplodiploïdisation permet de réduire de quatre années la création variétale en céréales, par une fixation du matériel génétique et l’obtention de lignées 100 % homozygotes sur une seule génération. Le laboratoire de culture in vitro de l’Institut de Genech (France) est spécialisé dans la production de plantes haploïdes doublées à destination des sélectionneurs. En orge, la méthode d’androgenèse par culture d’anthères est utilisée. Le même protocole est utilisé pour les orges d’hiver et les orges de printemps. Cependant, en orge de printemps trop peu de plantes vertes régénèrent et une proportion trop importante de plantes albinos est obtenue. Cette étude a permis de contribuer à l’optimisation du protocole de production de plantes haploïdes doublées en orge de printemps au sein de l’Institut de Genech en s’intéressant à la composition des milieux de culture aux différentes étapes du protocole afin d’augmenter la production de plantes vertes et/ou de diminuer le nombre de plantes albinos. Pour le milieu de prétraitement, l’ajout de dimethylsulfoxyde (DMSO) 1% et de CaCl2 0.4 M au milieu de prétraitement au mannitol a été comparé au milieu de prétraitement au mannitol standard. Le nombre de plantes vertes a été très hautement significativement augmenté (56.47 PV/100A contre 30.70 PV/100A avec le prétraitement actuel). Le ratio plantes vertes sur plantes albinos (V/A) a lui aussi été augmenté (0.67 contre 0.59). Ensuite, deux milieux d’induction ont été comparés au milieu d’induction actuel. Le premier, le milieu IMI, a permis d’augmenter la production de PV de 67 % et de diminuer légèrement le nombre de PA, ainsi le V/A a été multiplié par 1.89. La modification de la balance hormonale du milieu actuel a elle, permis d’augmenter de 70 % le nombre de PV mais, elle a aussi augmenté de 23.4 % le nombre de PA. Enfin, une étude sur le milieu de régénération a été réalisée. L’utilisation du milieu CIMC-4 en régénération n’a pas permis d’améliorer la production de PV ou de diminuer la production de PA. En conclusion, il est possible d’améliorer le protocole de production de plantes haploïdes doublées d’orges de printemps au laboratoire de culture in vitro de l’Institut de Genech en modifiant le milieu de prétraitement actuel par un ajout de DMSO et de CaCl2 ainsi qu’en modifiant la balance hormonale du milieu d’induction actuel tout en cherchant les molécules provenant du milieu IMI qui permettent de diminuer le nombre de PA. Une étude des conditions de culture de la plante mère nécessite toutefois d’être réalisée puisqu’une variation des résultats entre les épis d’un même génotype a été remarquée

The success of a crop production depends on the use of plant populations adapted to their environment or to the growing conditions used. Today, mains issues are to produce in quantity but also with quality and respect of environmental conditions by limiting the use of inputs. In the context of climate change, for a variety to be adapted to its environment, it is necessary to speed up the selection process. The haplodiploid technique allows to reduce the selection of cereals by four years, by fixing the genetic material and by obtaining 100% homozygous lines over a single generation. The in vitro culture laboratory of the Genech Institute (France) is specialized in the production of doubled haploid plants for breeders. In barley, the androgenesis method by anther culture is used. The same protocol is used for winter barley and spring barley. However, in spring barley too few green plants regenerate, and an excessive proportion of albino plants is obtained. This study made it possible to contribute to the optimization of the production protocol of doubled haploids plant in spring barley within the Institute of Genech by focusing on the composition of the growth media at the different stages of the protocol in order to increase the production of green plants and / or to reduce the number of albino plants. For the pretreatment medium, the addition of 1% dimethylsulfoxide (DMSO) and 0.4 M CaCl2 to the mannitol pretreatment medium was compared to the standard mannitol pretreatment medium. The number of GP was very significantly increased (56.47 GP / 100A against 30.70 GP / 100A with the current pretreatment). The green to albino plants ratio (G / A) was also increased (0.67 vs. 0.59). Then, two induction media were compared to the current induction medium. The first, the IMI medium, made it possible to increase the production of green plants by 67% and slightly reduce the number of AP, thus the G / A was multiplied by 1.89. The modification of the hormonal balance of the current induction medium has allowed to increase by 70% the number of GP but it also increased by 23.4% the number of AP. Finally, a study on the regeneration medium was carried out. The use of the regeneration CIMC-4 medium did not improve GP production or decrease PA production. In conclusion, it is possible to improve the production protocol of spring barley doubled haploid plants in the in vitro culture laboratory of the Genech Institute by modifying the current pretreatment medium by adding DMSO and CaCl2 as well as by changing the hormonal balance of the current induction medium while seeking the molecules from the IMI medium that can reduce the number of AP. However, a study of growth conditions of the mother plant needs to be carried out since a variation of results between spikes of the same genotype has been noticed.