Akademik

PROTOPLASTES

PROTOPLASTES

On obtient expérimentalement des protoplastes au laboratoire à partir de cellules bactériennes ou végétales.

On appelle protoplaste bactérien une cellule bactérienne (provenant d’une bactérie Gram+) libérée de sa paroi mucopolysaccharidique, généralement après hydrolyse puis dissolution des «muréines» de cette paroi par une enzyme extraite du blanc d’œuf, le lysozyme. Le protoplasme de la cellule bactérienne ainsi libéré dans le milieu prend une forme sphérique en milieu hypertonique; ce «protoplaste» reste entouré par un plasmalemme intact et fonctionnel. Nombre d’activités métaboliques se poursuivent dans les protoplastes bactériens mais ceux-ci sont incapables de se multiplier. Les protoplasmes des bactéries Gram— sont plus difficilement séparés de leur paroi que ceux des bactéries Gram+; certains procédés enzymatiques permettent cependant de réaliser cette séparation et l’on désigne sous le nom de sphéroplastes des protoplasmes isolés des cellules bactériennes Gram—.

Les protoplastes végétaux proviennent de cellules végétales ayant perdu leur paroi pecto-cellulosique. Dès 1892, Klercker employait un procédé mécanique pour préparer de tels protoplastes. Le procédé consistait à plasmolyser fortement les cellules d’une tranche de tissu végétal, puis à dilacérer les parois pecto-cellulosiques à l’aide d’un scalpel. Le broyat de tissu était ensuite remis en suspension dans un milieu légèrement hypotonique. Les protoplasmes cellulaires non meurtris par l’opération s’échappaient des cadres cellulosiques brisés et prenaient une forme sphérique dans le milieu. C’étaient les protoplastes végétaux. Le rendement de ce procédé mécanique était extrêmement faible.

Vers 1960, Cocking introduisit la méthode enzymatique pour la préparation des protoplastes végétaux. Cette méthode consiste à attaquer par des cellulases et pectinases les parois cellulaires d’un tissu ou d’un cal de tissu végétal en culture, ou bien encore celles d’une suspension de cellules végétales isolées cultivées sur milieu artificiel. Les cellules ayant été au préalable légèrement plasmolysées, les enzymes dissolvent les parois après quelques heures d’incubation et les protoplasmes sont libérés dans le milieu sous forme de protoplastes sphériques . Des protoplastes peuvent être ainsi obtenus rapidement en très grandes quantités; les tissus de départ, servant à la préparation des protoplastes, sont aujourd’hui les plus divers: méristèmes, mésophylle, grains de pollen, etc. Les protoplastes isolés peuvent être cultivés sur des milieux adéquats: généralement la regénération de la paroi commence dès la deuxième heure et la première division survient vingt-quatre heures après l’isolement.

Les protoplastes végétaux ont été utilisés dans de nombreuses expériences de physiologie végétale, biologie cellulaire, biochimie ou génétique. Ils constituent en effet un matériel biologique de choix pour les études de perméabilité cellulaire (échanges transmembranaires concernant le plasmalemme, absorption des ions, activités enzymatiques — nucléotidiques, ATPasiques — liées au plasmalemme, etc.). Les protoplastes végétaux ont également permis des recherches sur les mécanismes moléculaires d’action des hormones végétales (sur la nature des récepteurs membranaires de ces hormones), sur la biosynthèse, l’excrétion et l’organisation des glycanes de la paroi végétale.

C’est cependant dans les études génétiques que la production des protoplastes végétaux a trouvé ses applications les plus spectaculaires. On peut en effet obtenir assez facilement la fusion de deux protoplastes en traitant par exemple une suspension de protoplastes par une solution concentrée (20 à 30 p. 100) de polyéthylène-glycol ou de nitrate de sodium. Ces agents chimiques provoquent une agrégation importante des protoplastes et la fusion de deux masses protoplasmiques (qui se retrouvent finalement entourées par une membrane unique) se produit souvent lorsqu’on rince les agrégats de protoplastes. Cette fusion de deux protoplastes peut s’accompagner dans certains cas de la fusion des noyaux et, si les équipements chromosomiques des deux protoplastes de départ étaient différents, une véritable hybridation somatique se trouve ainsi réalisée. Ainsi fut obtenu par exemple un hybride somatique entre deux espèces de tabac: Nicotiana glauca Œ N. langsdorfii . Le protoplaste hybride acquiert de nouvelles propriétés: il peut par exemple se multiplier sur un milieu dépourvu d’hormones. On a déjà obtenu des plantes entières à partir de protoplastes isolés cultivés in vitro (tabac, carotte, navet, asperge, etc.). La méthode d’hybridation somatique par fusion de protoplastes fait donc naître de grands espoirs pour l’amélioration des plantes cultivées. On réussit aujourd’hui couramment la fusion de protoplastes de soja et de carotte, de pois et de soja, d’orge et de carotte, etc.

Bien d’autres possibilités de recherche se développent actuellement sur des protoplastes végétaux: on essaye par exemple de faire pénétrer par pinocytose dans ces «cellules nues» des virus, des macromolécules diverses (notamment de l’ADN) ou bien des organites cellulaires (mitochondries, plastes) ou encore des bactéries (comme les Rhizobium ) pour tenter d’installer de nouvelles symbioses fixatrices d’azote dans des plantes cultivées.