Qu'est-ce que la reproduction asexuée chez les plantes ?
Les plantes peuvent se reproduire sexuellement, par la fusion de deux gamètes sexuels haploïdes provenant de deux parents, ou asexuellement (ce qui signifie "non sexuellement"), à partir d'un seul parent et sans fusion de gamètes haploïdes . Le résultat de la reproduction asexuée est techniquement un clone du parent, car il n' y a pas de mélange ou de recombinaison du matériel génétique avec un autre individu.
De nombreuses plantes peuvent se reproduire à la fois sexuellement et asexuellement et peuvent passer d'une méthode à l'autre en fonction des circonstances. La reproduction asexuée est plus courante chez les plantes que chez les animaux, mais quelques animaux peuvent également se reproduire de manière asexuée si les conditions extérieures ne sont pas idéales pour la reproduction sexuée.
Lareproduction sexuée est courante chez les eucaryotes (plantes, champignons, animaux et protistes) et, bien que certains puissent se reproduire à la fois sexuellement et asexuellement, l'asexualité exclusive est rare chez les eucaryotes (bien que les cycles de vie de la plupart des eucaryotes unicellulaires, ou des protistes, ne soient pas bien étudiés). En revanche, la plupart des procaryotes (bactéries et archées) se reproduisent de manière asexuée.
Types de reproduction asexuée chez les plantes
Les plantes présentent naturellement deux grands types de reproduction asexuée:
La fragmentation
Dans ce type de reproduction asexuée, une nouvelle plante se forme à partir d'une partie ou d'un fragment de la plante d'origine. On l'appelle communément "reproduction ou propagation végétative" car le fragment provient d'un organe végétatif de la plante (tiges, racines ou feuilles) et non d'un organe reproducteur (fleurs chez les angiospermes).
La fragmentation est le type de reproduction asexuée le plus courant chez les plantes et les fragments sont généralement des tiges, des racines ou des feuilles modifiées. Ce type de reproduction asexuée repose sur la présence de méristèmes dans ces parties de la plante et sur la capacité des tissus parenchymateux à se différencier en d'autres types de tissus en cas de besoin. De plus, les plantes sont capables de développer des racines dans d'autres parties de la plante à côté de la racine principale, appelées racines adventives, qui contribuent également à la reproduction asexuée.
Voici quelques-unes des parties végétatives les plus courantes que les plantes utilisent pour la reproduction asexuée :
- Rhizome : gingembre.
- Stolon : fraise.
- Bulbe : oignon.
- Tubercule : pomme de terre.
- Cormes : taro.
- Plantule : kalanchoé.
Apomixie
Certaines plantes ont évolué vers un autre type de reproduction asexuée en utilisant des structures sexuelles mais sans subir de fécondation. Dans l'apomixie, une cellule diploïde de l'ovule donne naissance à un embryon, et l'ovule se transforme en graine (et l'ovaire en fruit). Ainsi, aucun gamète haploïde n'est produit, et l'embryon est un clone de la plante mère.
Apomixie vient du grec et signifie "loin du mélange" car il n'y a pas de fécondation d'un gamète femelle, et il n'y a donc pas de mélange du matériel génétique de deux parents.
Schéma de la reproduction asexuée chez les plantes
Le schéma ci-dessous montre des diagrammes et des images de différentes structures utilisées par les plantes pour la reproduction végétative asexuée.
Figure 1 : Types de structures pour la reproduction végétative chez les plantes. A) tubercule, B) rhizome, C) stolon, D) corme, E) bulbe et F) plantules. Source : A) MartinThoma, CC0, B-D) Pearson Scott Foresman, Domaine public, E) RoRo, CC0, tous via Wikimedia Commons, F) Udik_Art, utilisation libre, pixabay.com.
Exemples de reproduction asexuée chez les plantes
Type de reproduction asexuée/fragment végétal | Description de la plante | Exemples de plantes |
Végétatif : Rhizomes | Tiges souterraines modifiées qui poussent horizontalement. Elles servent à stocker les protéines et l'amidon. Des racines et des pousses peuvent se développer à partir d'un rhizome en croissance et former de nouvelles plantes.
| Herbes, lys, iris, gingembre, curcuma, banane et orchidées. |
Végétative : Stolons | Communément appelés stolons, les stolons sont des tiges modifiées qui poussent aussi horizontalement au-dessus du sol. Comme pour les rhizomes, les racines et les pousses peuvent pousser à l'extrémité du stolon, ou à des nœuds le long du long stolon, et former une nouvelle plante.
| Fraises et groseilles. |
Végétatifs : Bulbes | Tiges modifiées composées d'un bourgeon recouvert de couches de feuilles charnues modifiées, qui forment une structure gonflée que l'on trouve généralement sous terre. Les feuilles servent de source de nourriture au bourgeon en développement et finissent par se dessécher. Un bulbe peut se diviser et former d'autres bulbes qui formeront un nouvel organisme.
| Oignons, ail, jacinthes, jonquilles, lys et tulipes. |
Végétatif : Tubercule | Ils se développent à partir des racines (rhizomes) ou des tiges (stolons) lorsqu'une partie est gonflée par le stockage de grandes quantités de nutriments. Les systèmes de pousses et de racines se développent à partir du tubercule. | Pommes de terre, ignames (tubercules tiges), patates douces, dahlias, panais (tubercules racines). |
Végétatif : Cormes | Ils sont physiquement similaires aux bulbes. Ce sont des tiges modifiées qui stockent les nutriments et poussent sous terre. La différence est que les cormes sont constitués de tissus charnus solides généralement entourés de feuilles papilleuses, alors qu'un bulbe a un bourgeon central recouvert de couches de feuilles charnues. Les pousses et les racines se développent à partir du corme.
| Crocus, glaïeul et taro. |
Végétatif : Plantules | Structures végétatives qui poussent le long de la marge des feuilles à partir du méristème (tissu de croissance des plantes) et qui ressemblent à des plantes miniatures. Elles développent des racines et finissent par se détacher de la feuille.
| Kalanchoé(Bryophyllum daigremontianum) |
Apomixie | Production de graines non fertilisées. | Pâturin des prés, mûres, pissenlits. |
Avantages et inconvénients de la reproduction asexuée chez les plantes
La reproduction asexuée peut présenter de nombreux avantages pour les plantes, ou d'autres organismes, dans les bonnes conditions (dont nous parlerons bientôt). Certains de ces avantages pour les plantes sont les suivants :
- Il ne nécessite pas l'investissement de ressources pour la production de fleurs, de graines et de fruits, qui sont des processus très consommateurs de ressources.
- Développement plus rapide. La nouvelle plante arrive plus rapidement à maturité et a des probabilités de survie plus élevées. La nouvelle plante évite l'étape de la germination des graines, où les graines et les plantules en développement sont très vulnérables à la prédation, aux agents pathogènes, aux incendies de forêt et à d'autres conditions extérieures.
- Lescaractères hautement adaptés à un environnement sont transmis sans modifications (à l'exclusion des mutations) aux clones.
- Augmentation du nombre de descendants. La création de clones consomme moins de ressources, une plante peut donc générer plus de clones et plus rapidement que la descendance produite par voie sexuelle. Cela permet d'augmenter rapidement la taille de la population en un temps relativement court.
Les deux premiers avantages ne s'appliquent pas vraiment à la reproduction par apomixie, car les graines sont toujours produites. Cependant, la plante mère peut économiser certaines ressources en n'attendant pas les gamètes mâles et avoir l'avantage de la dispersion des graines et des fruits qui permet aux plantes d'atteindre des endroits plus éloignés.
D'autre part, le principal inconvénient de la reproduction asexuée pour tout organisme est le manque de diversité génétique parmi les nouveaux organismes . Une population à faible diversité génétique est plus vulnérable aux changements environnementaux car il est moins probable que certains des individus possèdent des traits ou des allèles spécifiques pour surmonter tout nouveau défi (maladies, changement climatique, prédateurs, etc.).
En résumé, la reproduction asexuée est généralement plus avantageuse que la reproduction sexuée dans des environnements stables où les individus ne sont pas confrontés à de nouvelles menaces ou à des changements environnementaux. Dans des conditions stables, un clone serait confronté au même environnement que la plante mère et les traits hérités seraient probablement très adaptés à cet environnement.
De nombreuses cultures sont reproduites par voie végétative, car les nouvelles plantes poussent et produisent une descendance plus rapidement. Les agriculteurs prennent soin des cultures dans une certaine mesure ; ainsi, les conditions extérieures sont généralement stables pour les cultures (en termes d'approvisionnement en eau et de contrôle des agents pathogènes). Cependant, des conditions extrêmes comme des sécheresses éventuelles, des inondations et surtout des épidémies peuvent survenir.
C'est ce qui s'est passé avec la famine de la pomme de terre en Irlande dans les années 1840.
À cette époque, la principale source de nourriture de la population irlandaise était la pomme de terre "lumper", une culture à multiplication végétative. Lorsque le phytopathogène Phytophthora infestans est apparu, il a balayé presque toutes les cultures, car toutes les plantes étaient des clones et vulnérables au mildiou de la pomme de terre. On estime qu'un huitième de la population irlandaise est mort de faim pendant une période de trois ans.
Méthodes artificielles de reproduction asexuée chez les plantes
Lesméthodes utilisées dans l'agriculture et l'horticulture sont considérées comme des méthodes artificielles de reproduction des plantes car elles impliquent un certain niveau de manipulation humaine. Certaines de ces méthodes ne font que tirer parti des méthodes naturelles de multiplication végétative que les plantes utilisent ou les accélèrent.
L'utilisation d'hormones d'enracinement est courante pour accélérer le développement de racines adventives dans les tiges ou les fragments de racines.
- Greffage: une section de tige d'une plante, le scion, est greffée sur la tige d'une autre plante qui est enracinée, le pied. Pour ce faire, les deux tiges sont coupées en biais afin que les surfaces correspondantes s'emboîtent lorsqu'elles sont attachées l'une à l'autre. Il en résulte que les systèmes vasculaires des deux plantes fusionnent et peuvent se développer comme un seul organisme, ce que l'on appelle une greffe. Cette méthode permet de conserver les caractéristiques souhaitables des deux plantes (comme les fruits du greffon et les caractéristiques des racines du porte-greffe).
- Elle est couramment utilisée pour certaines variétés de roses, de fruits citriques et de raisins.
- Le bouturage: une section de tige qui contient quelques nodosités est coupée et placée dans la terre. Le fragment développera des racines et des pousses. Les tiges de certaines plantes se développent également lorsqu'elles sont placées dans l'eau.
- Les coleus et les plantes à argent sont des exemples de plantes reproduites à l'aide de boutures.
- Le marcottage: une partie d'une jeune tige ou d'une branche qui peut être facilement pliée alors qu'elle est encore attachée à la plante. Après un certain temps, la partie enterrée de la tige développera des racines et pourra être retirée pour être transplantée.
- Les plantes qui peuvent être reproduites de cette façon sont les jasmins et les bougainvillaea (fleurs de papier).
- Ledrageonnage: chez de nombreux arbustes et arbres, des pousses apparaissent à partir du système racinaire (généralement des rhizomes), appelées drageons. Ces drageons peuvent être coupés et plantés pour obtenir de nouvelles plantes, mais ils sont aussi couramment taillés dans les cultures lorsqu'ils apparaissent en trop grand nombre car ils consomment les ressources de la plante mère.
- Culture de tissus : les tissus végétaux sont couramment cultivés en laboratoire à des fins de recherche agricole ou de conservation. On peut utiliser plusieurs types de tissus ou de cellules végétales que l'on place dans un milieu nutritif. Une masse de cellules se forme d'abord, puis un grand nombre de plantules se développent et peuvent être transplantées.
Figure 2 : Exemples de méthodes artificielles de reproduction asexuée chez les plantes. À gauche : le marcottage, à droite : le greffage où A est le scion et B le cep. Source : les deux images Pearson Scott Foresman, Public domain, via Wikimedia Commons.
La reproduction asexuée chez les plantes - Principaux enseignements
- De nombreuses plantes peuvent se reproduire à la fois de façon sexuée et asexuée et peuvent passer d'une méthode à l'autre en fonction des circonstances.
- Les plantes présentent naturellement deux types de reproduction asexuée : la fragmentation ou propagation végétative, par le détachement de sections de tiges, racines ou feuilles modifiées, et l'apomixie, la formation de graines non fécondées.
- La fragmentation est le type de reproduction asexuée le plus courant chez les plantes et repose sur la présence de tissus méristématiques, la capacité des cellules parenchymateuses à se différencier en d'autres types de cellules et la capacité à développer des racines adventives.
- Certains avantages de la reproduction asexuée chez les plantes sont l'investissement de moins de ressources, un développement plus rapide de la plante, plus de clones sont produits et plus rapidement, etc.
- La reproduction asexuée peut être plus avantageuse que la reproduction sexuée dans les environnements stables où les individus ne sont pas confrontés à de nouvelles menaces ou à des changements environnementaux.
Références
- Lisa Urry et al, Biologie, 12ème édition, 2021.
- Mary Ann Clark et al, Biologie 2e (section 32.3 Reproduction asexuée), 2022.
- UC Museum of Paleontology Understanding Evolution team, Monoculture and the Irish Potato Famine : cases of missing genetic variation, 2022.
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