Qu’est-ce que la sélection par mutation ?

La sélection par mutation repose sur des variations génétiques induites au début du processus de sélection, l’objectif étant de développer rapidement d’importantes populations de plantes améliorées, qui peuvent être soumises à de nouveaux processus de sélection jusqu’à obtention du résultat escompté. Cela confère à la sélection par mutation plusieurs avantages comparatifs : en plus d’être rentable, rapide, éprouvée et robuste, cette méthode est transférable, peut être appliquée partout, ne comporte aucun risque et est respectueuse de l’environnement.

De plus, elle a résisté à l’épreuve du temps – des variations génétiques spontanées sont induites par irradiation en laboratoire depuis des décennies.

L’exposition aux rayonnements modifie l’ADN en augmentant les taux de mutation de 1 000 à 1 million de fois, ce qui permet de sélectionner plus efficacement les plantes et de mettre plus rapidement au point davantage de variations végétales cultivées. Une nouvelle variété de coton aux performances agronomiques améliorées et produisant des fibres de meilleure qualité a ainsi été développée en 2021 au Bangladesh, en seulement cinq ans.

Le processus de sélection par mutation comporte deux étapes : l’induction de mutations et la sélection des mutants.

L’induction de mutations est un processus consistant à accélérer, par des facteurs biologiques, chimiques ou physiques, la mutation naturelle spontanée en vue d’améliorer les propriétés souhaitables ou recherchées d’une plante. Sont notamment mis à contribution à cet effet, sans que cette liste soit limitative, des virus et bactéries (facteurs biologiques), des antibiotiques et agents alkylants (facteurs chimiques) ou encore les rayonnements ionisants (facteurs physiques). Ce sont le plus souvent les semences que l’on irradie pour induire des mutations, mais il arrive, lors de certaines expériences, que des plantes entières, de jeunes pousses ou une partie seulement de la plante – pollen, spores ou tige – soient irradiées. Si les mutations qui en résultent ne sont pas éliminées par le mécanisme de réparation cellulaire propre à la plante, la mutation devient héréditaire. Les plantes présentant les mutations les plus prometteuses font l’objet de nouvelles sélections, jusqu’à ce que les chercheurs trouvent une variante sensiblement améliorée susceptible de répondre aux besoins des agriculteurs.

Les scientifiques ont généralement recours, pour procéder à l’irradiation des plantes, à des technologies spécifiques telles que des sources radioactives au cobalt 60 ou un appareil à rayons X. Les rayons gamma émis par une source de cobalt 60 ont été l’agent mutagène le plus utilisé au cours des dernières décennies. D’autres types de rayonnements tels que les particules alpha et bêta , les neutrons rapides ou les ultraviolets, se sont également révélés utiles pour l’induction de mutations dans les espèces végétales. L’irradiation par faisceaux d’ions et l’exposition au rayonnement cosmique sont également de plus en plus utilisés à cette fin, l’idée étant d’explorer les avantages de ces méthodes par rapport aux autres types d’irradiation.

La sélection des mutants consiste à identifier les plantes qui ont été améliorées à l’issue d’une mutation induite par irradiation. Les mutations se produisent à de si faibles fréquences qu’il faut, pour obtenir une propriété recherchée, irradier un grand nombre de graines, les semer et multiplier les sélections sur plusieurs générations. La durée de ce processus varie, tant il est vrai que la mise au point et l’analyse d’une population de mutants, composée souvent de plusieurs milliers de plantes, représentent une tâche complexe, qui dépend de la variété cultivée.

L’identification et le choix de nouvelles variétés végétales aux propriétés améliorées comportent deux grandes étapes : la sélection et la validation. La sélection et la validation des caractéristiques visibles et facilement mesurables d’une nouvelle variété de culture, telles que la floraison précoce ou la petite taille, sont simples à réaliser. D’autres propriétés, qui ne sont pas aussi facilement identifiables, nécessitent la mise en place et l’application de procédures de sélection spécifiques, comme la tolérance au sel en milieu hydroponique ou le dépistage des maladies végétales.

L’espace est considéré comme le milieu le plus rude qui soit pour les cultures, car les semences, les plantes et les matières végétales y subissent les effets du rayonnement cosmique et de la microgravité. En revanche, les rayons cosmiques peuvent contribuer à générer des mutations susceptibles d’accroître la résistance de diverses variétés de plantes aux conditions sur Terre, qui se dégradent en raison du changement climatique et d’autres facteurs de stress.

La mutagenèse spatiale est une technique qui utilise les rayons cosmiques  pour induire des mutations spontanées. Elle consiste généralement à envoyer des semences végétales dans l’espace qui sont ensuite semées et sélectionnées à leur retour sur Terre. Comme ils le font lors la sélection par mutation classique, les scientifiques s’efforcent d’identifier les plantes aux propriétés les plus utiles, et celles qui peuvent présenter un avantage par rapport aux variétés traditionnelles. Le blé, le riz et le coton ont déjà fait ce voyage dans l’espace.

Les rayons cosmiques et la microgravité ont de surcroît des effets sur la biologie végétale proprement dite. L’astrobotanique explore cet aspect à d’autres fins, à savoir déterminer les meilleurs moyens de faire pousser des plantes dans l’espace.