Cours n°1 : Introduction aux biotechnologies végétales








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Biotechnologies végétales Cours Master 1 Recherche Année 2008-2009

Antoine Gravot

Cours n°1 : Introduction aux biotechnologies végétales

Biotechnologie : Définitions

Définitions issues de la microbiologie industrielle et du génie des procédés


  • Transformation de matière première en biens ou services par le moyen d’organismes vivants

  • Production industrielle de biens et de services par des procédés faisant appel à des organismes biologiques, et fondée sur des expertises dans les domaines de la microbiologie, la biochimie et l’ingénierie chimique (Carl Gordon Heden, 1961)

Définitions issues du génie génétique


  • Utilisation des techniques de l’ADN recombinant pour la production de protéines recombinantes ou l’amélioration de certains caractères chez des organismes génétiquement modifiés dans une optique de production.

  • Notion de « biotechnologie moderne » telle que définie par certains auteurs (Ian Sussex Plant Cell 2008, Protocole de Carthagène1)

Définitions synthétiques


  • Utilisation contrôlée à grande échelle de matériel biologique éventuellement génétiquement modifié (Gérard Coutouly2)

  • La biotechnologie est une technologie basée sur la biologie, plus particulièrement dans le contexte de l’agriculture, de la science des aliments et de la médecine (Wikipedia, version anglaise)

    •  prise en compte des marqueurs moléculaires en amélioration, des outils apportés par la génomique et de la génomique fonctionnelle

Domaines des biotechnologies végétales qui (le plus souvent) ne rentrent pas dans les définitions générales concernant les biotechnologies


  • Utilisation des cultures in vitro ou de techniques moléculaires pour la création variétale, mais sans avoir recours à la transgenèse.

 haplométhodes

 culture de méristèmes

 sauvetage d’embryons

 Sélection assistée par marqueurs

 Création de variabilité (vitrovariation, mutagenèse)

  • Utilisation de techniques moléculaires pour l’identification de matériel végétal

  • Utilisation des cultures in vitro pour la multiplication conforme


Ces techniques sont au cœur du travail réalisé par des entreprises de biotechnologies végétales (exemples : Bretagne Biotechnologie Végétale, BioPlant in vitro, Phytesia…)
La question n’est pas ici de trancher pour savoir quelle est la définition correcte, invalidant les autres, mais d’être avant tout capable d’identifier ce à quoi font référence les uns et les autres lorsqu’ils parlent de biotechnologie végétale. Dans les enseignements qui vont suivre nous essayerons d’avoir une approche assez transversale et nous proposons la définition suivante :

Biotechnologies végétales : Ensemble de pratiques faisant appel aux cultures in vitro de plantes et/ou aux techniques de biologie moléculaire dans les domaines de l’agronomie, l’industrie et la recherche fondamentale

Points historiques de référence

Haberlandt (1854-1945) : essais de culture de cellules isolées, mise au point de techniques en conditions stériles, notion de totipotence


1939 : Gautheret cultive du cambium de carotte et de tabac (utilisation d’auxine)

1943-1950 : Travaux sur l’agent bactérien de la galle du collet

1951 : Contrôle chimique de la croissance et de la formation d’organes (Skoog)

1952 : microbouturage

1952 : Sauvetage d’embryons de Dahlia virosés

1953 : cal haploide à partir de pollen

1954 : cal à partir d’une cellule unique (Muir)

1955 : Identification de la kinétine (une cytokinine)

1957 Skoog et Miller établissent le cadre théorique de l’influence de la balance hormonale auxine/cytokinine sur l’organogenèse

1958 embryogenèse somatique

1960 : préparation de protoplastes par digestion enzymatique (E.C. Cocking)

1965 : Vasil et Hildebrandt régénèrent un plant de tabac à partir d’une cellule isolée

1967 : Obtention de Nicotiana haploïdes à partir de cultures d’étamines (Bourgin & Nitsch)

1970 : Fusion de protoplastes

1984 : Régénération de tissus transformés exprimant un gène de résistance à un antibiotique (Horsch et al. (Monsanto) dans le journal SCIENCE, quasi-simultanément aux travaux de De Block et al. (Université de Gent) dans EMBO)

1987 : Canon à particules

1994 : Premier OGM végétal commercialisé : La variété de tomates Flavr Savr inventée et commercialisée par la société CALGENE (échec commercial)


1996 : Premier maïs transgénique commercialisé aux USA



Conseil de lecture

Biotechnologies végétales : ensemble de documents émis par le groupement national interprofessionnel des semences sur le site http://www.gnis-pedagogie.org/pages/classbio/intro.htm
Histoire des biotechnologies
E.C. Cocking 2000 PLANT PROTOPLASTS In Vitro Cell. Dev. Biol.—Plant 36:77–82
Marc Van Montagu 2003 Jeff Schell (1935–2003): steering Agrobacterium-mediated

plant gene engineering TRENDS in Plant Science 8 (8)  un hommage à Jeff Schell par Marc Van Montagu, avec un bref résumé de l’histoire du développement de la transgénèse
Fári & Kralovánszky 2006 The founding father of biotechnology: Károly (Karl) Ereky International Journal of Horticultural Science 12 (1): 9–12  une courte et anecdotique quoique sérieuse recherche historique sur l’origine du mot ‘biotechnologie’
Ian M. Sussex 2008- The Scientific Roots of Modern Plant Biotechnology PLANT CELL 20:1189-1198

Marc Van Montagu 2011 It Is a LongWay to GM Agriculture Annu. Rev. Plant Biol. 62:1–23 une autobiographie tout à fait singulière, avec un long développement sur le modèle Agrobacterium, l’invention de la transgénèse, le rapport aux brevets et aux applications agronomiques…



Articles classiques consultables sur l’ENT
Cocking, 1960 A method for the isolation of plant protoplasts and vacuoles.

Nature 187:927–929
Bourgin & Nitsch 1967 Obtention de Nicotiana haploïdes à partir d’étamines cultivées in vitro Ann. Physiol. Veg. 9(4) :377-382
Kao et al. 1974 Plant Protoplast Fusion and Growth of Intergeneric Hybrid Cells Planta 120 : 215--227
Fraley et al. 1983 Expression of bacterial genes in plant cells Proc. NatL. Acad. Sci. USA 80 : 4803-4807  article fondateur de l’équipe de Monsanto
Zambryski et al. 1983 Ti plasmid vector for the introduction of DNA into plant cells

without alteration of their normal regeneration capacity The EMBO Joumal 2 (12) : 2143-2150  article historique de l’équipe de Marc Van Montagu (Belgique)
De Block et al. 1984 Expression of foreign genes in regenerated plants and in their progeny

The EMBO Journal 3 (8): 1681 – 1689  la suite du travail de l’équipe de Marc Van Montagu
Horsch et al. 1984 Inheritance of Functional Foreign Genes in Plants SCIENCE 223 la suite du travail de l’équipe de Monsanto
De Block et al. 1987 Engineering herbicide resistance in plants by expression of a

detoxifying enzyme The EMBO Journal 6 (9) : 2513-2518
Jefferson et al. 1987 GUS fusions: B-glucuronidase as a sensitive and versatile gene

fusion marker in higher plants The EMBO Journal 6 (13) : 3901 -3907

Sujets proposés TD


  1. Recombinaison homologue chez les végétaux Zinc Finger Proteins & TALEN :

Boch et al 2009 Science, Saika et al 2011 Plant Physiology, Move over ZFN Nature Biotec volume 29 number 8, Shaked et al. 2005 PNAS, Hanin 2001 et 2003, Reiss1996

  1. Alternatives à l’utilisation de gènes de résistance à des antibiotiques : Golstein et al. 2005, Scutt 2002, Iamtham 2000, Scheid, 2005

  2. Transformation des génomes chloroplastiques Ruf 2007 PNAS, Daniell 2007 PNAS, Daniell 1998, Daniell 2002 NatBiotec

  3. Transgénèse et métabolisation du glufosinate Dröge et al. Planta 1992, 187:142-151, Metz et al. Molecular Breeding 4: 335–341, 1998.

  4. ARN interférent :

    1. mécanismes applications : Fusaro et al. 2006 EMBO, Smith et al. 2000 Nature, Schwab 2006, Waterhouse 1998 PNAS, Small 2006, Brodersen 2005, Metzlaff et al. Cell, Vol. 88, 845–854

    2. Impact du froid sur l’efficacité du RNAi Szittya 2003 EMBO

    3. Stratégie RNAi pour la résistance aux virus : Niu et al. 2006 Nat Biotec

    4. Stratégie RNAi pour la résistance aux insectes : Price&Gatehouse 2008 Trends Genetics, Gordon &Waterhouse Nat Biotec 2007 , Mao et al. 2007 Nat Biotec

  5. Expression de protéines thérapeutiques : Ma et al. 2003, Stoger et al. 2005, Richter 2000, Tiwari2009

  6. Génie métabolique :

    1. Contenu en vitamine E dans l’huile de soja:

    2. synthèse d’alcaloïdes chez le pavot Frick et al. 2007 Metabolic Engineering

    3. pro-vitamine A : le golden rice 2

    4. arômes chez la tomate Lewinsohn 2001 Plant Physiology

  7. Génie métabolique chez les arbres : Pilate 2002 Nat Biotec, Hu 1999 Nat Biotec, Editorial NatBiotec2005, Chen&Dixon 2007 Nat Biotec

  8. Tolérance aux stress abiotiques

    1. secondaires : la voie du contrôle du statut oxydatif : Bartel 2001

    2. Transport membranaire du sodium et tolérance au sel : Zhang & Blumwald 2001, Apse&Blumwald Science 1999

    3. expression de chaperones hétérologues : Castiglioni 2008 Plant Physiology

  9. Apomixie chez le maïs Singh et al. 2011 Plant Cell 29 (8)

  10. L’haploïdisation par des histones modifiées Copenhaver et Preuss 2010 Nat Biotech

  11. Licences open-source BIOS & travaux de R.A. Jefferson : Broothaerts et al. 1995 NATURE 433, Chilton 2005 Nature Biotechnology 23(3)

  12. Analyse de la controverse sur la présence de transgènes dans les stocks de semences fermières de maïs au Mexique Quist 2001, More 2002, Marris 2005, Dyer 2009

1 Protocole de Cartagena sur la prévention des risques biotechnologiques relatifs à la convention sur la diversité biologique (Chapitre III) 2000, Secrétariat de la Convention sur la diversité biologique, Montréal ISBN: 92-807-1924-6 - http://www.cbd.int/doc/legal/cartagena-protocol-fr.pdf
2 Gérard Coutouly « Les biotechnologies : la part industrielle » Un document de 80 pages sur les biotechnologies en général, avec des aspects de définition et d’histoire http://www.crdp-strasbourg.fr/sciences/biotech/pdf/c.pdf

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