Sélection et reproduction du cannabis : une étude avancée
par Robert Connell Clarke.
Génétique et botanique
"The greatest service which can be rendered to any country is to add a
useful plant to its culture."
- Thomas Jefferson
Génétique
Il est possible, sans connaissance des lois de l'hérédité (Mendel), de sélectionner le cannabis, avec toutefois un succès limité. Le potentiel de la sélection artificielle atteint son maximum pour les breeders qui ont maîtrisé les lois de la génétique.
Nous savons que toute l'information transmise entre les générations est contenue dans le pollen des étamines et dans l'ovule des pistils parents. La fécondation sexuée unifiant ces deux codes génétique sous forme de graines, produit une nouvelle génération. Le pollen et les ovules sont des cellules appelées gamètes, et les unités d'information qui déterminent l'expression
d'un caractère sont appelés gènes. Des plantes individuelles ont deux ensembles de gènes distincts (2n) dans chaque cellule, sauf les gamètes, qui sont produites par réduction pour ne conserver qu'un des ensembles de gène. La fertilisation combine les gènes d'une gamète mâle et d'une gamète femelle pour former une graine qui a un code génétique avec deux ensembles de gènes distincts (2n).
Dans le Cannabis, le nombre de chromosomes haploïdes n est 10 (n=10) et le nombre de chromosomes diploïdes est 20 (2n=20). Chaque chromosome contient des centaines de gènes, influençant chaque phase de développement de la plante.
Si le croisement de deux plantes partageant un trait génétique commun (ou dans le cas de l'auto pollenisation), résulte en une descendance qui possède le même trait, et si toutes les générations de cette lignée possédent également le même trait, nous disons alors que la variété (c'est à dire la lignée de descendants possédant deux ancêtres communs) est « true breeding » , pour ce caractère. Une variété peut être « true breeding » pour un de ses traits tout en voyant en son sein d'autres caractéristiques variées. Par example, un arôme doux et une maturation précoce peuvent être du « true breed » , alors que les descendants auront une forme et une taille variable. Pour une variété de race pure qui possède des feuilles pleines,
tous les gamètes de n'importe quel parent dans cette population possédera le gène pour des feuilles dentelées, que nous noterons w. Puisque chaque gamète possède une moitié du patrimoine génétique de la descendance, il s'ensuit que après fertilisation entre deux membres de la même espèce, le gène qui code la forme de la feuille sera w. Ainsi, les enfants, comme les deux parents, seront ww. Les enfants seront également de race pure pour cette caractéristique parce que seul le gène w se retrouvera dans leur gamètes.
Quand un croisement produit des descendants hybrides (c'est à dire de race non pure, les enfants ne ressemblent pas à leurs parents), nous disons que les parents ont un gène discriminants ou sont hybrides. Tandis qu'une espèce peut être de race pure concernant un ou plusieurs traits, elle peut également être discriminante pour un ou plusieurs traits. C'est un cas fréquent. Considérons un croisement où la descendance résultante a des individus à feuille pleines, ou à feuilles composées. (La notation du gène possédant ce trait sera W pour poursuivre notre analogie. Comme nous supposons qu'ils sont
liés, nous notons w et W au lieu de w et P.). Comme les gamètes d'une race pure doivent avoir les mêmes gènes pour un trait donné, il semble logique que les gamètes produisant deux types de descendants doivent avoir deux parents différents.
L'observation de nombreuses populations dans lesquelles la descendance est différente de celle des parents a conduit Mendel à sa théorie de la génétique. Si des semblables produisent des semblables seulement dans une certaine proportion, alors quelles sont les règles qui gouvernent l'apparition de ces croisements ? Pouvons nous utiliser des règles pour prédire l'apparition de futur croisements aux caractéristiques connues ?
Supposons que nous séparons deux populations de race pure de cannabis, une avec les feuilles pleines et une avec des feuilles
composées. Nous savons que toutes les gamètes de la race feuilles pleines contiendront des gènes w et toutes les gamètes produites par la race des feuilles composées produiront des individus avec le gène W. (Les descendants pourront toujours posséder d'autres caractéristiques variables que la forme des feuilles).
En faisant un croisement avec un parent de chaque race pure, nous trouverons que 100% des descendants possèdent le phénotype à feuilles composées. (L'expression d'un gène est appelé phénotype). Qu'est-il arrivé au gène w contenu dans les gamètes du parent de la race à feuilles pleines ? Comme nous savons que il y a seulement autant de gènes w que de gènes W au sein des descendants, le gène W masque l'expression du gène w. Nous disons que le gène W est dominant et que le trait de caractéristique à feuilles composées est dominant tandis que le caractère à feuille pleine est récessif. Cela semble logique puisque le phénotype habituel du cannabis est celui des feuilles composées. Il faut noter cependant que de nombreux traits utiles qui font des races pures sont récessifs. Les vraies races pures de condition dominante ou récessive, sont des homozygotes. Les hybrides qui masquent l'expression d'un gène sont dits hétérozygotes. Quand nous croisons deux hybrides F1, issus des mêmes parents, nous observons deux types de descendance. La génération F2 montre un ratio statistique de 3 pour 1 d'individus avec des feuilles composées. Ce sont des ratios théoriques, les résultats effectifs
peuvent varier, particulièrement pour des petits échantillons.
Dans notre cas, les feuilles composées sont dominantes sur les feuilles pleines, donc quand les gènes w et W sont combinés, le trait dominant W sera exprimé dans le phénotype. Dans la génération F2, seulement 25% des descendants seront homozygotes pour W. Le caractère w s'exprime seulement dans la génération F2 et est combiné pour fixer le caractère récessif dans 25% de la descendance. Si les feuilles composées étaient pas complètement dominant sur les feuilles pleines, les génotypes de cet exemple seraient les mêmes, mais les phénotypes dans la première génération seraient tous de type intermédiaire, avec 1:4 de feuilles composées, 1:4 de feuilles pleines et un génotype intermédiaire de 2:4.
L'explication pour la prédictabilité des ratios dans la descendance est simple et conduit à la première loi de Mendel, la première des lois de l'hérédité.
Une technique souvent utilisée pour connaître le génotype des parents est le back-cross (rétrocroisement). Pour cela on croise un des hybrides F1 avec un des parents P1 de race pure. Si le ration de phénotypes est 1:1 (un type hétérozygote à 50% et un type homozygote à 50%), cela prouve que les parents sont en effet de type homozygote dominant WW et homozygoteI. Chacun des gènes dans une paire donnée se séparent lors de la formation des gamètes.
récessifs ww.
Le ratio observé 1:1 en croisant un individu F1 avec un individu P1 et le ration 1:2:1 observé en croisant un individu F1 avec un F1 sont les deux ratios simples des lois de l'hérédité mendelienne, lorsqu'un caractère est controllé par une seule paire de gènes. Le breeder astucieux utilise ces rations pour déterminer le génotype des plantes parentales et la pertinence de ce génotype pour faire davantage de sélection.
Ce simple example peut être étendu pour inclure l'hérédité de deux ou davantage de paires décorrélées en même temps. Par example nous pourrions considérer l'hérédité simultanée des paires de gènes T (tall)/ t (short) et M(maturation précoce)/m (maturation tardive). Un tel croisement est appelé un polyhybride par opposition au croisement monohybride qui ne concerne qu'une caractéristique. La seconde loi de Mendel nous permet de prédire dans ce cas également l'issue d'un croisement polyhybride.
Les paires de gènes
Des paires de gènes non liées sont héritées indépendament l'une de l'autre.
Si une dominance totale est supposée pour les deux paires de gènes, alors les 16 génotypes F2 seront des combinaisons qui formeront 4 phénotypes distinct avec un ratio 9:3:3:1.Le plus fréquent desquels sera l'expression des deux gènes dominant grand/précoce TM.
Une dominance incomplète pour les deux paires de gène résultera en 9 phénotypes F2 avec un ratio 1:2:1:2:4:2:1:2:1, reflétant directement les 9 génotypes possibles.
Une condition de dominance incomplète pour une seule des deux paires de gène produirait un 6 phénotypes F2 avec un ration 6:3:3:2:1:1. Ainsi, nous observons qu'un croisement impliquant deux paires indépendantes de gène résulte dans un ratio de phénotypes mendéliens 9:3:3:1 seulement si la dominance est complète.
Ce ratio peut changer, dépendant des conditions de dominance présentes dans les paires de gènes originales. De plus, deux nouveaux phénotypes, grand/tardif et petit/précoce(tt/MM) auront été créé dans la génération F2 ; ces phénotypes différent des deux parents et des grands parents. Ce phénomène est appelé recombinaison et explique l'observation que les semblables engendrent des semblables parfois différents.
Un back-cross polyhybride avec deux paires de gènes décorrélées montre un rapport 1:1 de phénotypes identiques d'avec un back-cross mono-hybride. Notons que malgré l'influence des gènes dominants, un back-cross de F1 avec un P1 homozygote récessif produit le phénotype récessif (petit/tardif) 25% du temps, et par la même logique, un back-cross avec les parents homozygotes dominants vont contenir des phénotypes homozygotes dominants grand/précoce 25% du temps. D'autre part, le back-cross est inestimable pour déterminer le génotype des F1 et des P1. Puisque quatre phénotypes de back-cross contient au moins un de chacun des gènes récessifs ou un de chacun des gènes dominants, le phénotype du back-cross est une représentation directe des quatre gamètes possibles produits par l'hybride F1.
Jusqu'à maintenant, nous avons discuté de l'héritage des caractères controlés par des paires discrètes de gènes décorrélés. L'interaction des gènes est le contrôle d'un trait par deux ou davantage de paires de gènes. Dans ce cas les rations de génotype seront les mêmes, mais les ratios de phénotypes peuvent être modifiés. Considérons un example hypothétique où deux paires de gènes dominants Pp et Cc contrôle la pigmentation de fin de floraison à l'aide de l'anthocyanine (couleur violette) dans le cannabis. Si P est présent seul, seules les feuilles du plant (sous conditions environnementales adéquates) montreront un excès d'anthocyanine accumulé et se transformeront en violet. Si C est présent seul, la plante restera verte tout au long de sa vie en dépit des conditions environnementales. Si les deux gènes sont présent, les calices de la plante vont cependant accumuler l'anthocyanine et se transformeront en violet comme les feuilles le font. Supposons maintenant que cela soit un trait souhaité de nos fleurs. Quelles techniques de sélection allons nous applique pour produire cette caractéristique ?
Tout d'abord, deux race pure homozygote de type sont croisées et le ratio des phénotypes dans la génération F1 est observé. Les phénotypes de la progéniture des F2 montre un phénotype légèrement altéré de 9:3:4 au lieu du phénotype attendu 9:3:3:1 pour des traits assortis indépendament. Si P et C doivent être présent ensemble pour une pigmentation des feuilles ou des calices, alors un phénotype encore plus distordu de 9:7 apparaîtra.
Deux paires de gène peuvent interagir de différentes manières pour produire des phénotypes variés. Soudain, les simples lois de l'hérédité sont devenues plus complexes, mais les données peuvent encore être interprétées.
Résumé des points essentiels de la sélection
- 1 Les génotypes des plantes sont controlés par des gènes qui sont transmis sans modification de génération en génération.
- 2 les gènes interviennent en paires, un du gamète de l'étamine parente et un du gamète du pistil parent.
- 3 quand les membres d'une paire de gène sont égaux dans leurs effets pour un phénotype donné, alors elles sont hybrides ou hétérozygotes.
- 4 Quand les membres d'une paire de gène sont identique dans l'expression phénotypiques, alors il s'agit d'une race pure, ou homozygotes.
- 5 Les paires de gènes contrôlant différents traits phénotypiques sont habituellement hérités indépendament.
- 6 Les relations de dominance et d'interaction des gènes peuvent altérer le ratio de phénotypes F1, F2 et des générations issues de ces croisements.
