Protoplaste

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Historiquement, un protoplaste est une bactérie Gram positif que l'on place dans un milieu isotonique en présence de lysozyme. Le lysosyme est une enzyme qui dégrade les liaisons béta(1-4) du peptidoglycane. Le peptidoglycane est éliminé et la bactérie se retrouve sous forme sphérique. Si ce même protoplaste est placé en milieu hypotonique, l'eau rentre dans la cellule par un phénomène d'osmose et celle-ci éclate. En revanche, si l'on place une bactérie Gram positif dans un milieu hypotonique, celle-ci gonfle et on ne distingue plus la différence entre la paroi et la membrane plasmique. Cela est dû à une entrée d'eau dans la cellule.

Au sens large, un protoplaste est une cellule végétale, ou bactérienne, dont la paroi a disparu. Chez les végétaux, une cellule est normalement composée d'une paroi pecto-cellulosique et d'un protoplaste. Le protoplaste en lui-même est limité par sa seule membrane plasmique.

Obtention[modifier | modifier le code]

Cliché de microscopie à fluorescence : protoplaste de poireau dont la paroi pecto-cellulosique n'a pas été totalement digérée. En effet le bord droit est encore rectiligne alors que les cellules sans paroi adoptent une forme ronde caractéristique.

L'obtention de protoplastes se fait habituellement par digestion enzymatique de la paroi, grâce notamment à des enzymes telles que la pectinase, la cellulase ou le lysozyme. Du fait de la pression osmotique, les cellules végétales ont normalement une forme contrainte. La suppression de la paroi permet aux protoplastes d'adopter une forme sphérique.

La digestion a lieu en milieu hypertonique car les cellules végétales, privées de leur "armature" pecto-cellulosique risquent l'éclatement. Le milieu d'obtention (liquide) est donc généralement enrichi en glucides non-métabolisables tels que le mannitol ou l'inositol. D'autres glucides ou sels minéraux peuvent être utilisés pour diminuer l'activité de l'eau (voir également osmose) du milieu extra-cellulaire avec le milieu intracellulaire. La plasmolyse des cellules végétales permet également de "décoller" la membrane plasmique des cellules de la paroi. Ceci protège les cellules des fragments de cellulose pouvant perforer le protoplaste pendant la digestion.

Les cellules ainsi obtenues sont excessivement fragiles. La suspension de protoplastes est manipulée avec beaucoup de délicatesse car le simple fait d'appliquer un choc sur la boite ou d'en aspirer le contenu avec une pipette provoque la mort des cellules par déchirement de la membrane plasmique. Il est possible d'estimer le nombre de protoplastes obtenus dans la solution grâce à un comptage au microscope optique à l'aide d'une lame Kova ou d'une cellule de Malassez.

Chez les Bactéries, le protoplaste est le résultat de l'action soit du lysozyme sur une bactérie au repos ou en croissance ou encore de la pénicilline sur une bactérie en croissance. Les bâtonnets deviennent alors sphériques puisqu'ils perdent la rigidité que leur conférait le peptidoglycane.

Utilisation[modifier | modifier le code]

Les protoplastes sont souvent utilisés en expérimentation végétale. De plus ils ont des domaines d'application très divers car ils sont obtenus facilement et l'absence de paroi permet une grande variété de traitements. Toutefois, il est souvent très difficile de régénérer une plante complète à partir de protoplastes.


Fusion de protoplastes et obtention d'hybrides[modifier | modifier le code]

Cliché de microscopie à fluorescence : deux protoplastes de mâche fusionnent. Grâce au polyéthylène-glycol (PEG) présent dans le milieu, le rapprochement des cellules peut avoir lieu malgré les répulsions électrostatiques membranaires. L'ADN est coloré en bleu par un fluorochrome : le DAPI. La chlorophylle apparaît rouge.

Ils permettent par exemple de faire fusionner des cellules issues de deux variétés ou même espèces différentes. Une telle opération permet d'obtenir des hybrides. Par exemple, la fusion d'une espèce sauvage dite "rustique" (résistante à un stress) avec une espèce d'intérêt agronomique permet d'obtenir des individus regroupant les caractéristiques de résistance et de productivité. Cette stratégie est très souvent réalisée chez les plantes de la famille des Solanacées et des Brassicacées. La fusion peut être favorisée par des agents chimiques (par exemple le PEG) qui permet de réduire les répulsions électrostatiques entre les protoplastes ou par application d'un champ électrique à la suspension de cellules.

Transformation génétique de protoplastes[modifier | modifier le code]

Par ailleurs, les protoplastes permettent de réaliser aisément une transformation génétique. On procède par électroporation pour introduire directement un fragment d'ADN dans les cellules, chose impossible dans le cas où la paroi pecto-cellulosique est présente.

Production de métabolites secondaires[modifier | modifier le code]

La culture de cellules végétales à grande échelle a rendu possible la production industrielle de métabolites secondaires d'intérêt. Citons en particulier l'exemple de la vinblastine et vincristine, deux alcaloïdes produits par la pervenche de Madagascar (Catharanthus roseus) et qui sont utilisés pour traiter certains cancers. La faible teneur en alcaloïdes dans les feuilles (respectivement moins de 10 et 1 grammes par tonne de feuilles fraiches) engendrent des coûts d'extraction colossaux. La culture cellulaire végétale permettrait de réduire potentiellement d'un facteur 25 le coût de production de ces molécules (initialement 25.000.000 US$ par gramme d'alcaloïdes).


Références[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]


Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • GEORGE W. BATES Fusion of Plant Protoplasts by Electric Fields (1948) in Plant Physiol. (1983) 72, 1110-1113
  • K. N. KAO Plant Protoplast Fusion and Growth of Intergeneric Hybrid Cells (1974)