Micropropagation de cannabis
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La micropropagation est l'une des applications les plus répandues de la culture de plantes in vitro. Ces techniques et méthodes de culture de tissus sont utilisées pour multiplier des plantes génétiquement identiques (appelées clones) de forme massive, dans des espaces réduits et sur une courte période de temps, en combinant les avantages des différents systèmes de reproduction végétale.
Cette méthode de multiplication des plantes in vitro est l'une des techniques de culture en intérieur pour la biotechnologie végétale qui a pris une ampleur considérable ces dernières années, permettant d'obtenir des milliers de plantes identiques à partir de petits morceaux d'une plante mère, que l'on appelle explants. La réussite de la micropropagation dépendra de la capacité à acclimater des plantes de qualité depuis les conditions in vitro vers des conditions ex vitro, pour produire de nouvelles plantes à partir des explants.
Nous allons à présent nous plonger dans le monde passionnant de la culture de tissus pour découvrir les différentes applications possibles dans la culture du cannabis, qui comme vous le verrez sont nombreuses!
Introduction de l'histoire de la culture de tissus
L'histoire de la culture de tissus végétaux commence en 1902, lorsque le botaniste autrichien Gottlieb Haberlandt (1854-1945) standardisa les techniques de culture de cellules et de tissus végétaux dans le but d'atteindre la totipotence cellulaire (toutes les cellules végétales ont la capacité de se régénérer en plantes complètes). On considère ainsi aujourd'hui Haberlandt comme le père de cette technique de culture. À partir de ces découvertes, en 1930 furent introduites les hormones végétales, donnant la possibilité de guider le programme morphogénétique des cellules et ainsi produire des développements cellulaires organisés et désorganisés.
En 1955 Miller découvrit les cytokinines, un des types d'hormones les plus importants dans la différenciation et la division cellulaire, et fondamentaux dans le processus d'organogenèse. À partir de 1960, Kanta réussit la propagation végétative d'orchidées sans virus par la culture de méristèmes apicaux. Quelques années plus tard, en 1962, Murashige et Skoog développèrent le milieu de culture MS, qui est actuellement le plus utilisé et le plus courant pour la culture in vitro de tissus végétaux.
Le terme de micropropagation est défini pour la première fois en 1986 et est devenu une technique importante pour la sélection, le croisement et le contrôle des maladies végétales.
Usos y aplicaciones de la biotecnología vegetal
Étapes de la micropropagation végétale
La micropropagation commence avec l'objectif de cloner des plantes aux caractéristiques recherchées, de manière rapide et massive. Elle est composée d'étapes très différenciées, avec des objectifs parfaitement définis pour chacune d'entre elles. Il faut souligner que toute la matière végétale qui va être cultivée in vitro sera génotype-dépendante, chaque action ou protocole appliqué à la culture aura une réponse différente pour chaque génotype de plante.
Dans le processus de micropropagation, nous pouvons différencier plusieurs phases ou étapes composant le cycle complet de multiplication; cette méthode peut être appliquée à différentes espèces végétales, pouvant inclure des actions simples ou comprendre des étapes supplémentaires selon les caractéristiques de chaque plante, mais en général il s'agit des étapes les plus communes dans le processus de reproduction de plantes in vitro.
Un bon exemple sont les espèces forestières ayant besoin d'une étape supplémentaire nommée endurcissement, réalisé avant la transplantation en pleine terre et après l'acclimatation ex vitro.
Sélection et préparation de la plante mère
Le bon choix du matériel de départ dans la culture in vitro - et plus concrètement pour la micropropagation - n'a pas de sens si le matériel de départ (la plante ou individu) ne présente pas de caractéristiques et traits génétiques dominants et remarquables, au moins suffisants pour mériter d'entreprendre un programme de multiplication de masse de cet individu.
Dans de nombreuses occasions, le génotype utilisé comme matériel de départ est déterminé par le résultat de programmes de sélection pendant lequel sont choisies les meilleures plantes comme plantes mères afin de les reproduire in-vitro.
Comment sélectionner une plante de cannabis
Réaliser une sélection de plante mère n'est pas chose facile, en particulier si nous avons des objectifs très concrets. Pour faciliter la chose, nous verrons dans cet article les principaux facteurs à prendre en compte lors d'une sélection, qui peuvent être bien différents d'un cultivateur à l'autre.
Désinfection de la matière végétale
Cette étape consiste à désinfecter les explants via plusieurs désinfections et différents traitements. Une fois les plantes mères sélectionnées, il est nécessaire de désinfecter superficiellement toute la matière végétale pour éviter l'apparition et le développement de micro-organismes indésirables ou de bactéries et champignons dans le milieu de culture.
La sélection et la concentration des désinfectants, ainsi que le temps de désinfection sont principalement déterminés par les caractéristiques de l'explant; en pratique, on testera différentes combinaisons jusqu'à trouver le protocole idéal selon la matière traitée, toujours dans l'objectif d'éliminer les contaminants externes. Pendant cette étape, il s'agit de trouver un équilibre entre le processus de désinfection et infliger le moins de dégâts possibles à la matière végétale.
Introduction au matériel pour la culture in-vitro
L'objectif de cette phase est d'introduire les explants dans le milieu de culture par le moyen choisi. Selon celui ci, nous parlerons de:
- Culture de méristèmes
- Culture de bourgeons
- Culture de protoplastes
- Culture d'anthères
- Culture d'embryons
Ce travail est toujours réalisé dans une chambre à flux laminaire, pour éviter les contaminations indésirables. Une fois la matière végétale désinfectée, elle est introduite dans un milieu de culture stérile et l'on attend qu'elle forme de nouvelles pousses, ce qui prend généralement une à deux semaines.
Multiplication par sous cultures
Cette phase ou étape consiste à obtenir la plus grande quantité possible de masse végétale à partir de laquelle nous pourrons ensuite prélever de nouveaux explants. L'objectif est de favoriser une multiplication des explants suffisante pour la régénération du nombre de plantes nécessaires. Pour ce processus, sont utilisés des milieux de culture, régulateurs de croissance, cytokines acides gibbérelliques, pour faire s'enraciner ou régénérer de nouveaux tissus végétaux.
L'enracinement (in vitro vs ex vitro)
Comme son nom l'indique, le but de cette étape est de stimuler et favoriser la formation de racines chez les vitro-plants, un processus pouvant être mené in vitro ou ex vitro. Selon le type de culture et la facilité d'enracinement, nous devrons privilégier la culture in-vitro ou ex-vitro.
Acclimatation ex vitro
L'acclimatation permet aux plantes de s'adapter et vivre en conditions naturelles. Si l'enracinement a été fait ex vitro, l'acclimatation se fera en même temps.
Au contraire, si l'enracinement a été fait ex-vitro il faudra acclimater les plantes aux conditions extérieures. Les plantes cultivées in vitro ont généralement des stomates non fonctionnels, il faudra donc soumettre les plantes à des périodes d'acclimatation pendant lesquelles nous réduisons l'humidité relative dans les tunnels jusqu'à obtenir des plantes avec un système racinaire opérationnel.
Pendant cette phase, nous augmenterons progressivement l'intensité du système d'éclairage du tunnel. La réussite de la micro-propagation réside en grande partie du nombre de plantes que nous réussirons à acclimater!
Types de micropropagation
La micropropagation repose sur la multiplication d'explants de forme massive en conditions contrôlées et stériles. Dans la culture in vitro nous pouvons utiliser différents types d'explants, avec chacun une fonction et un protocole différent. L'explant le plus utilisé dans les processus de multiplication in vitro sont les bourgeons végétatifs des plantes.
Il existe deux principales méthodes pour multiplier les plantes in vitro, l'organogénèse et l'embryogenèse.
Las dos rutas principales son la organogénesis y la embriogénesis
Qu'est ce que l'organogenèse?
Il s'agit d'un processus consistant à obtenir des troncs, racines ou fleurs à partir d'un bourgeon. Cette méthode implique différents processus selon le type de tissus à régénérer, qu'il s'agisse de bourgeons ou de racines.
L'organogenèse peut être directe (depuis l'explant) ou indirecte (depuis les durillons):
- Organogenèse directe: il s'agit d'une réponse morphogénétique par laquelle se forment directement les organes, pour régénérer intégralement une plante complète.
- Organogenèse indirecte: c'est une réponse morphogénétique par laquelle on cherche la formation d'organes à partir de la culture de durillons. La micropropagation à partir de durillons présente la possibilité de variation soma-clonale, et n'est donc pas très appréciée pour la multiplication de clones.
Qu'est ce que l'embryogenèse?
Il s'agit d'un processus par lequel on recherche la formation d'embryons somatiques, qui prend aussi le nom d'embryogenèse asexuée ou adventice. Les embryons obtenus germent, donnant simultanément forme à un tronc et une radicule comme cela se passe avec une graine de cannabis lorsqu'elle germe. La réussite de l'embryogenèse somatique dépend de la variété introduite et de l'application de régulateurs de croissance, tout comme du milieu de culture.
De même que pour l'organogénèse, l'embryogenèse peut être directe ou indirecte:
- Embryogenèse directe: il s'agit d'un processus biologique par lequel les cellules somatiques développent des embryons. L'embryogénèse somatique est directe lorsque les troncs ou embryons sont directement produits à partir des tissus de départ.
- Embryogenèse indirecte: implique la nécessité d'une induction pour que les cellules des explants utilisés se désordonnent et forment un durillon, avant de poursuivre la vie embryogénique au développement commun.
Futur et perspectives de la culture in vitro
Un des principaux défis de la micropropagation est la standardisation et le développement des processus et protocoles à suivre, afin d'atteindre le point de rentabilité de l'activité, en se faisant une place dans le marché grâce à son prix, le temps nécessaire et la qualité des produits obtenus.
La robotisation est un autre facteur important pouvant influencer le prix final d'une plante cultivée in vitro, du fait que de nombreuses manipulations et processus demandent beaucoup de main d'œuvre humaine. Ainsi, automatiser le processus, ou au moins une partie, permettrait de réduire le coût d'une vitro-plante.
Les bioréacteurs sont également un grand pas réalisé dans la recherche sur la culture in vitro. Il existe différents types de bioréacteurs, ayant en commun leur fonction d'optimiser la multiplication de plantes de ce type de culture. L'objectif principal est d'automatiser et réduire les coûts de production, pour réduire la main-d'œuvre et obtenir des taux de multiplication supérieurs aux autres systèmes. Les bioréacteurs sont aussi caractérisés par l'utilisation de milieux de culture liquides ne nécessitant pas de gélifiant comme l'agar-agar.
Enfin, les bio-fabriques sont des laboratoires de multiplication de plantes in vitro à grande échelle. Ces fabriques de vitro-plants sont caractérisées par leur processus de multiplication végétale parfaitement structuré. Le principal objectif d'une bio-fabrique est de suivre des protocoles parfaitement optimisés et standardisés afin d'obtenir une production de plantes maximale en un minimum de temps, d'espace et de coût. Actuellement, les bio-fabriques travaillent avec succès des espèces forestières, fruitières, aromatiques et ornementales.
Ainsi s'achève cette introduction au passionnant monde de la multiplication de plantes in vitro, qui offre un impressionnant éventail de possibilités pour la culture à grande échelle. N'hésitez pas à partager vos remarques et à poser vos questions ci-dessous, nous nous ferons comme toujours un plaisir d'y répondre.
En vous souhaitant de belles (micro)cultures!
