Fusion somatique - Somatic fusion

Protoplaste fusionné (à gauche) avec des chloroplastes (d'une cellule foliaire) et vacuole colorée (d'un pétale).

La fusion somatique , également appelée fusion de protoplastes , est un type de modification génétique chez les plantes par laquelle deux espèces distinctes de plantes sont fusionnées pour former une nouvelle plante hybride avec les caractéristiques des deux, un hybride somatique . Des hybrides ont été produits soit entre différentes variétés de la même espèce (par exemple entre des plants de pommes de terre non à fleurs et des plants de pommes de terre à fleurs) soit entre deux espèces différentes (par exemple entre le blé Triticum et le seigle Secale pour produire du Triticale ).

Les utilisations de la fusion somatique comprennent la fabrication de plants de pommes de terre résistants à la maladie de l'enroulement des feuilles de pomme de terre . Par fusion somatique, la plante de pomme de terre cultivée Solanum tuberosum - dont le rendement est gravement réduit par une maladie virale transmise par le vecteur puceron - est fusionnée avec la pomme de terre sauvage, non tuberculeuse, Solanum brevidens , qui est résistante à la maladie. . L'hybride résultant a les chromosomes des deux plantes et est donc similaire aux plantes polyploïdes . L'hybridation somatique a été introduite pour la première fois par Carlson et al. à Nicotiana glauca .

Processus pour les cellules végétales

Le processus de fusion somatique se déroule en quatre étapes:

1. L'élimination de la paroi cellulaire d'une cellule de chaque type de plante à l'aide de l' enzyme cellulase pour produire une cellule somatique appelée protoplaste
2. Les cellules sont ensuite fusionnées à l'aide d'un choc électrique (électrofusion) ou d'un traitement chimique pour joindre les cellules et fusionner les noyaux. Le noyau fusionné résultant est appelé hétérocaryon .
3. La formation de la paroi cellulaire est ensuite induite à l'aide d' hormones
4. Les cellules sont ensuite cultivées en callosités qui sont ensuite cultivées en plantules et enfin en une plante complète, connue sous le nom d'hybride somatique.

La procédure pour les plantes à graines décrite ci-dessus, la fusion des protoplastes de mousse peut être initiée sans choc électrique mais par l'utilisation de polyéthylène glycol (PEG). De plus, les protoplastes de mousse n'ont pas besoin de phytohormones pour se régénérer et ils ne forment pas de cal . Au lieu de cela, les protoplastes de mousse en régénération se comportent comme des spores de mousse en germination . Il convient également de noter que le nitrate de sodium et l'ion calcium à pH élevé peuvent être utilisés, bien que les résultats soient variables en fonction de l'organisme.

Applications des cellules hybrides

Des cellules somatiques de différents types peuvent être fusionnées pour obtenir des cellules hybrides. Les cellules hybrides sont utiles de diverses manières, par exemple,

(i) pour étudier le contrôle de la division cellulaire et de l'expression génique ,

(ii) pour enquêter sur les transformations malignes ,

(iii) pour obtenir la réplication virale ,

(iv) pour la cartographie génique ou chromosomique et pour

(v) production d' anticorps monoclonaux par production d' hybridomes (cellules hybrides entre une cellule immortalisée et un lymphocyte producteur d' anticorps ), etc.

La cartographie chromosomique par hybridation de cellules somatiques est essentiellement basée sur la fusion de l' homme et de la souris des cellules somatiques. En général, les fibrocytes ou leucocytes humains sont fusionnés avec des lignées cellulaires continues de souris .

Lorsque des cellules humaines et de souris (ou des cellules de deux espèces de mammifères quelconques ou de la même espèce) sont mélangées, la fusion cellulaire spontanée se produit à un taux très faible (10-6). La fusion cellulaire est augmentée de 100 à 1000 fois par l'ajout de virus Sendai (parainfluenza) inactivé aux ultraviolets ou de polyéthylène glycol (PEG).

Ces agents adhèrent aux membranes plasmiques des cellules et modifient leurs propriétés de manière à faciliter leur fusion. La fusion de deux cellules produit un hétérocaryon, c'est-à-dire une seule cellule hybride avec deux noyaux, un de chacune des cellules entrant dans la fusion. Par la suite, les deux noyaux fusionnent également pour donner une cellule hybride avec un seul noyau.

Un schéma généralisé d'hybridation de cellules somatiques peut être décrit comme suit. Des cellules humaines et murines appropriées sont sélectionnées et mélangées ensemble en présence de virus Sendai inactivé ou de PEG pour favoriser la fusion cellulaire. Après un certain temps, les cellules (un mélange de cellules humaines, de souris et «hybrides») sont étalées sur un milieu sélectif , par exemple un milieu HAT , qui permet la multiplication de cellules hybrides uniquement.

Plusieurs clones (chacun dérivé d'une seule cellule hybride) des cellules hybrides sont ainsi isolés et soumis à des analyses cytogénétiques et biochimiques appropriées pour la détection de l' enzyme / protéine / trait à l'étude. Une tentative est maintenant faite pour corréler la présence et l'absence du trait avec la présence et l'absence d'un chromosome humain dans les clones hybrides.

S'il existe une corrélation parfaite entre la présence et l'absence d'un chromosome humain et celle d'un trait dans les clones hybrides, le gène gouvernant le trait est supposé être localisé dans le chromosome concerné.

Le milieu HAT est l'un des nombreux milieux sélectifs utilisés pour la sélection de cellules hybrides. Ce milieu est complété par de l' hypoxanthine , de l' aminoptérine et de la thymidine , d'où le nom de milieu HAT. L' aminoptérine antimétabolite bloque la biosynthèse cellulaire des purines et des pyrimidines à partir de sucres simples et d' acides aminés .

Cependant, les cellules humaines et de souris normales peuvent encore se multiplier car elles peuvent utiliser l'hypoxanthine et la thymidine présentes dans le milieu par une voie de récupération , qui recycle habituellement les purines et les pyrimidines produites par la dégradation des acides nucléiques .

L'hypoxanthine est convertie en guanine par l'enzyme hypoxanthine-guanine phosphoribosyltransférase (HGPRT), tandis que la thymidine est phosphorylée par la thymidine kinase (TK); HGPRT et TK sont tous deux des enzymes de la voie de récupération.

Sur un milieu HAT, seules les cellules qui ont des enzymes HGPRT (HGPRT +) et TK (TK +) actives peuvent proliférer, tandis que celles déficientes en ces enzymes (HGPRr- et / ou TK-) ne peuvent pas se diviser (car elles ne peuvent pas produire de purines et pyrimidines en raison de l'aminoptérine présente dans le milieu HAT).

Pour utiliser le milieu HAT comme agent sélectif, les cellules humaines utilisées pour la fusion doivent être déficientes pour l'enzyme HGPRT ou TK, tandis que les cellules de souris doivent être déficientes pour l'autre enzyme de cette paire. Ainsi, on peut fusionner des cellules humaines déficientes en HGPRT (désignées par TK + HGPRr-) avec des cellules de souris déficientes en TK (désignées par TK-HGPRT +).

Leurs produits de fusion (cellules hybrides) seront TK + (en raison du gène humain ) et HGPRT + (en raison du gène de la souris) et se multiplieront sur le milieu HAT, tandis que les cellules de l'homme et de la souris n'y parviendront pas. Des expériences avec d'autres milieux sélectifs peuvent être planifiées de la même manière.

Caractéristiques de l'hybridation et de la cybridation somatiques

1. La fusion de cellules somatiques semble être le seul moyen par lequel deux génomes parentaux différents peuvent être recombinés parmi des plantes qui ne peuvent pas se reproduire sexuellement (asexuée ou stérile).
2. Les protoplastes de plantes sexuellement stériles ( haploïdes , triploïdes et aneuploïdes ) peuvent être fusionnés pour produire des diploïdes et des polyploïdes fertiles .
3. La fusion de cellules somatiques surmonte les barrières d'incompatibilité sexuelle. Dans certains cas, des hybrides somatiques entre deux plantes incompatibles ont également trouvé une application dans l' industrie ou l' agriculture .
4. La fusion de cellules somatiques est utile dans l'étude des gènes cytoplasmiques et de leurs activités et cette information peut être appliquée dans des expériences de sélection végétale .

Réalisations de fusion interspécifique et inter-générique

Tableau: Référence n ° 5 Remarque: Le tableau ne donne que quelques exemples, il y a beaucoup plus de croix. Les possibilités de cette technologie sont grandes; cependant, toutes les espèces ne sont pas facilement mises en culture de protoplastes.

Les références