Aspermie ou quand la graine n'est plus indispensable ou plus ...

Aspermie ou quand la graine n’est plus
indispensable ou devient indésirable !
P. This et F. Bakry, UMR AGAP, Cirad-Inra - Montpellier Supagro, Montpellier, France
Y. Froelicher, UMR AGAP, Cirad, San Giuliano, France,
F. Luro, UR GEQA, Inra, San Giuliano, France
P. Ollitrault, UMR AGAP, Cirad, IVIA Valencia, Espagne
Résumé
La graine, qui contient et protège l’embryon, est
l’organe développé chez les plantes séminifères
pour être le support de la reproduction sexuée. Ce
type de reproduction permet également un brassage
des gènes parentaux et est à ce titre un vecteur
de l’évolution et de l’adaptation des plantes à l’environnement.
La graine est souvent contenue dans les
fruits, qui assurent sa dissémination. Son développement
conditionne parfois le développement des
fruits, par les hormones végétales qu’elle sécrète.
Alors que pour la plupart des fruits à noyau, la présence
du noyau n’est pas un frein à leur consommation,
pour de nombreux fruits à pépins, les
consommateurs sont avides de fruits sans graines.
On parle alors d’aspermie ou d’apyrénie. Pour ces
variétés, la reproduction est réalisée par multiplication
végétative, très répandue chez les espèces
fruitières.
La présentation détaillera les principales causes de
l’aspermie (freins à la fécondation, freins au développement
de l’embryon…), fera le point sur les
effets de l’absence de pépins sur le développement
des fruits (notamment sur leur taille, leur composition)
et les effets de l’environnement sur l’expression
de l’aspermie, à partir d’illustrations tirées
d’espèces travaillées dans nos équipes : le bananier,
les agrumes et la vigne.
Elle présentera également les moyens mis en œuvre
par les sélectionneurs pour faciliter la création de
nouvelles variétés à fruits sans graines au service
des professionnels.
Introduction
En botanique, les fruits, chez les plantes à fleurs, se
développent à partir de certains tissus de la fleur, les
ovaires, et de certains tissus accessoires comme les
pétales et sépales. Ils contiennent et protègent les
graines. Les graines se développent à partir des ovules
après fertilisation par le noyau du pollen. Elles constituent
l’organe développé chez les plantes séminifères
pour être le support de la reproduction sexuée et à ce
titre un vecteur de l’évolution et de l’adaptation des
plantes à l’environnement. Les graines se développent
en même temps que les fruits et contribuent chez
certaines espèces, comme la vigne par exemple, à la
croissance du fruit par une synthèse d’hormones de
croissance. La taille des fruits est souvent proportionnelle
au nombre d’ovules fécondés.
Même si botaniquement, tomates, haricots et autres
pois sont considérés comme des fruits, nous ne nous
intéresserons ici qu’aux espèces considérées comme
des fruits dans le langage courant, tels que pommes,
bananes, oranges, raisins…
Les fruits sont des organes qui ont évolué pour permettre
une conservation à court terme des graines
et surtout leur dissémination, notamment après
consommation par les oiseaux et les mammifères. Ils
représentent une part importante de l’alimentation
humaine et, à ce titre, constituent une fraction substantielle
de la production agricole mondiale et française.
En France, la production de fruits (dont pommes,
poires, abricots, cerises, pêches, kiwis, fraises et raisin
de table) représentent 115 337 ha, soit 0,18 % de la SAU
(données SCEES 2011). La production cumulée des 10
principales cultures correspond à 2,544 millions de
tonnes, dont environ 1,9 M de tonnes pour la pomme
(données FranceAgriMer, 2009).
Il convient de différencier différents types de fruits :
fruits simples secs ou charnus (raisin, banane), fruits
composés (ananas) ou faux-fruits (framboise, fraise).
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L’aspermie chez les plantes
à fruits
Alors que pour la plupart des fruits à noyau, la présence
du noyau n’est pas un frein à leur consommation,
pour de nombreux fruits à pépins, notamment
ceux présentant des baies vraies (banane, raisin) ou
des baies fausses (agrumes), les consommateurs sont
avides de fruits sans graines. On parle alors d’aspermie
(du latin sperma, semence) ou d’apyrénie (du grec
purên - ênos, noyau). Commercialement, les espèces
fruitières à multiplication végétative présentent plus
souvent des variétés apyrènes, car la multiplication
végétative permet de multiplier ces variétés dépourvues
de graines, mais il existe également des variétés
apyrènes chez des espèces à reproduction par graines
comme la pastèque par exemple.
On parle d’aspermie en cas d’absence complète de
graines, mais également dès lors que le nombre ou le
poids des pépins est plus faible et les pépins non sclérifiés.
En plus d’une meilleure qualité gustative, les
fruits apyrènes peuvent avoir des durées de vie après
récolte plus longue (Varoquaux et al, 2000).
Dans la nature, de multiples causes d’aspermie sont
rencontrées. Nous présenterons ici majoritairement
le cas des 3 espèces ou groupes d’espèces horticoles
pérennes sur lesquels nos équipes ont travaillé : la
banane, les agrumes et la vigne.
Dans la conscience collective, la banane est le fruit
sans graines par excellence avec une absence complète
de graines dans le fruit ! Très peu de consommateurs
en sont conscients, pourtant les collections de ressources
génétiques de la banane regorgent de variétés
à graines ! Pour les agrumes et la vigne, l’apyrénie peut
représenter une absence totale de pépins (ex. la variété
emblématique “Sultanine”, ou certaines variétés
d’orange Navel) ou alors des pépins non lignifiés et/ou
à l’état de traces (Figure 1) ou encore chez les agrumes
un nombre réduit de pépins (0 à 6).
Les causes naturelles
(ou un peu moins !)
de l’aspermie
Trois grands mécanismes sont à l’origine de l’absence
de graines : les mécanismes qui empêchent la fertilisation
des ovules, on parle alors de parthénocarpie, ceux
inhibant la production des ovules, et enfin ceux inhibant
ou avortant le développement des ovules, appelés
sténospermocarpie.
Fruits aspermes issus de parthénocarpie
ou de problèmes de pollinisation
Certains fruits dits parthénocarpiques peuvent se
développer sans fertilisation comme par exemple les
concombres : on parle alors de parthénocarpie végétative,
alors que d’autres fruits apyrènes comme les
citrus nécessitent le stimulus de la fécondation.
La fertilisation de l’embryon nécessite la captation
du pollen par le pistil, le développement des tubes
polliniques depuis le grain de pollen jusqu’au sac
embryonnaire et la fécondation proprement dite. Tous
mécanismes empêchant soit la germination soit le
développement des tubes polliniques peuvent potentiellement
conduire à des fruits aspermes.
Dans le cas de la vigne, des baies parthénocarpiques se
développent lors d’accidents de floraison (conditions
climatiques défavorables) mais cela ne concerne pas
l’ensemble des baies d’une grappe. On parle alors de
millerandage. Chez la variété ‘Corinthe noir’ qui produit
les raisins de Corinthe, raisins principalement
consommés secs, ce phénomène est systématique,
toutes les baies étant apyrènes. L’absence de pépins est
due à un blocage de fertilisation dont on connaît peu
le déterminisme.
Ce mécanisme est également important chez le bananier.
Même en présence d’ovules conformes, potentiellement
fécondables à la floraison, les variétés cultivées
ne portent pratiquement jamais de graines en conditions
naturelles car les freins à la fertilisation sont
nombreux chez les bananiers cultivés. Chez le triploïde
‘Gros Michel’ par exemple, il y a suffisamment de sacs
embryonnaires matures à la floraison pour produire
normalement 100 fois plus de graines qu’il n’est obtenu
en pratique. Dodds (1945) a observé chez “P. Lilin” que,
deux jours après la pollinisation, il n’y avait aucun tube
dans les ovules et ce, en dépit d’une progression normale
de ces tubes polliniques dans les pistils. Chez les
bananiers à cuire, Shepherd mentionnait (Com. Pers.)
que l’absence de fertilisation chez les plantains était
probablement due à un bourrelet de tissu obstruant,
de façon plus ou moins étanche, le canal pistillaire à la
jonction du pistil et l’ovaire, empêchant la progression
des tubes polliniques jusqu’aux sacs embryonnaires.
L’observation d’une germination des tubes polliniques
dans les styles n’est donc pas garante d’une fertilisation
aboutie chez le bananier. Enfin, Shepherd (1999)
a rapporté aussi que l’immaturité morphologique ou
physiologique des styles et des stigmates à la floraison
pouvait entraîner l’inhibition de la croissance des
tubes polliniques.

Chez les citrus, les fruits aspermes sont le résultat
d’auto-incompatibilité. Chez les oranges de type
Navel, les clémentiniers ou les mandariniers, les fruits
aspermes sont observés chez les variétés auto-incompatibles
lorsque celles-ci sont cultivées en plantations
monospécifiques. Chez les citrons ‘Xiangshui’, l’autoincompatibilité
gamétophytique bloque ainsi la fertilisation
à la base du stigmate (Zang et al, 2012).
L’application d’hormones (gibbérelline, auxine ou
cytokinine) peut également provoquer la parthénocarpie
pour des variétés dépourvues de ce caractère.
Fruit aspermes issus d’absence
de sacs embryonnaires
Un des moyens de développer des fruits sans pépins est
d’empêcher la formation des sacs embryonnaires dans
les ovules. Un des moyens les plus courants est sans
doute la création de variétés triploïdes par croisement
entre une variété diploïde et une variété tétraploïde.
Des problèmes d’appariement lors de la méiose vont
perturber le développement normal des gamètes. C’est
le cas pour les pastèques apyrènes issues de graines
triploïdes donnant naissance à des individus à stérilité
femelle.
La plupart des cultivars commerciaux de banane sont
également triploïdes, et des hybrides interspécifiques
issus du croisement entre Musa acuminata et Musa
balbisiana (de structure AAB). Cette nature triploïde
ainsi que des anomalies structurelles au niveau de
ses chromosomes sont responsables de la fertilité des
cultivars tels que ‘Cavendish’, le clone le plus utilisé
sinon le seul de banane.
De la même manière, beaucoup de variétés aspermes
de citrus sont triploïdes. Les hybrides triploïdes
de citrus sont généralement stériles, bien qu’ils
puissent produire quelques fruits à graines rares, et
induisent la formation de fruits d’autres cultivars par
cross-pollinisation.
Fruits apyrènes issus
de sténospermocarpie
Dans le cas de la sténospermocarpie, les embryons
issus de la fécondation des ovules commencent à se
développer. Pour des raisons encore inconnues, l’embryon
stoppe son développement et il ne reste dans le
fruit que quelques traces, souvent non sclérifiés donc
imperceptibles (Figure 1). Selon le degré de développement
du pépin, ces ébauches sont plus ou moins perceptibles
par le consommateur.
C’est le cas de la vigne. Un mutant d’origine naturelle,
la sultanine, a été découvert dans l’est de sa
zone de culture. Chez ce cépage, les ovules fécondés
commencent leur développement mais arrêtent leur
croissance très rapidement, donnant naissance à des
ébauches de pépins imperceptibles (Figure 1). Il a servi
de géniteur pour la quasi-totalité des variétés apyrènes
disponibles actuellement. Ses descendants présentent
des pépins plus ou moins développés selon le stade
d’avortement des ovules. Un des problèmes majeurs
dans ce cas est l’effet induit sur la taille de la baie de
raisin. Comme précisé précédemment, une baie apyrène
est plus petite parce la graine synthétise les gibbérellines
nécessaires à son grossissement. Dans de
nombreux pays, hors la France, les plantations commerciales
sont traitées aux gibbérellines pour augmenter
la taille du fruit.
De la même façon, chez certains fruits de citrus, après
autofertilisation, les ovules avortent après 2 semaines,
et disparaissent après 5 mois pour produire des fruits
aspermes.
Impact de l’environnement
Les différents facteurs favorisant la stérilité femelle et
mâle peuvent être influencés par l’environnement.
La fertilité femelle pourrait ainsi être impactée par
les conditions environnementales. Ortiz et Vuylsteke
(1995) rapportent que la production de graines et de
tétraploïdes de banane suit une variation saisonnière,
les pollinisations artificielles chez les plantains étant
plus efficaces durant les périodes de haute température,
fort ensoleillement et faible humidité relative. La
qualité de la nutrition des plantes pourrait aussi influer
sur cette fertilité : la moindre turgescence des tissus
en période sèche favoriserait peut-être l’ouverture du
canal pistillaire à la jonction du pistil et de l’ovaire.
En Guadeloupe, les variations en production de
graines des clones diploïdes parthénocarpiques sont
fortes et peuvent être dues à des causes de natures
très diverses. Cependant, on constate aussi de fortes
variations de résultats pour un même clone dont les
causes sont probablement à rechercher, outre le choix
du pollinisateur, dans des variations de la physiologie
de la plante (facteurs humains mis à part).
De même, des températures basses affectent significativement
le développement du pistil et du gamétophyte
mâle et de la fertilisation chez les citrus (Hedhly
et al. 2009 ; Huang et al. 2010). La température affecte
également la germination du pollen et la croissance
des tubes polliniques dans le pistil.
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Utilisation des différents systèmes pour
la création de variétés sans pépins
Selon les espèces et le type d’apyrénie ou d’aspermie, la
tâche des sélectionneurs est plus ou moins ardue pour
obtenir des variétés sans pépins.
Chez la vigne, seule l’apyrénie sténospermocarpique
peut être utilisée. Les études sur la génétique de ce
caractère ont montré qu’il est dû à un gène majeur,
correspondant le plus probablement à un gène de type
MADS-box (un gène régulateur du développement,
Mejia et al, 2012). Ce gène majeur est indispensable
mais pas suffisant et des gènes mineurs interviennent
également. Pour obtenir des variétés apyrènes stables,
il est préférable d’accumuler plusieurs gènes mineurs.
Le marquage moléculaire de ce caractère facilite le
travail du sélectionneur, dans la mesure où il évite de
passer par des croisements entre 2 variétés apyrènes
nécessitant le sauvetage d’embryons (Lahogue et al,
1998). Un des challenges chez la vigne est de pouvoir
créer des variétés à fruits sans pépins qui aient une
croissance suffisante (Figure 1). La variété ‘Danuta’
a réussi ce chalenge (Figure 2) ! Des applications
externes d’hormones végétales peuvent dans certains
cas permettre le grossissement du fruit sans modifier
le développement des pépins.
Figure 1
L’apyrénie sténospermocarpique : les embryons
issus de la fécondation des ovules commencent à
se développer, stoppent leur développement et il ne
reste dans le fruit que quelques traces, souvent non
sclérifiés donc imperceptibles.
Figure de gauche, une variété en cours de sélection.
Figure de droite, coupes longitudinales des baies
des 2 parents apyrènes (‘75 Pirovano’ et ‘Sultanine’)
et de la variété en cours de sélection. On observe
la différence de taille de la baie de ces 3 variétés
apyrènes. (Photographies : Alain Bouquet)
Dans le cas des triploïdes, la difficulté réside dans
l’obtention des génotypes triploïdes eux-mêmes. Ils
peuvent être obtenus à partir de croisements 2x par
2x comme dans le cas des citrus. Le gamète femelle,
n’ayant pas subi une réduction du nombre de chromosomes,
produit une plante 3n après fécondation par un
pollen haploïde. Ils peuvent également être produits
en croisant des individus diploïdes par des individus
tétraploïdes, comme c’est le cas chez la banane ou les
citrus (Aleza et al, 2012).
En résumé, la graine, indispensable à la multiplication
sexuée des plantes à fleurs, est indispensable à l’évolution
et à l’adaptation des plantes à l’environnement.
Elle peut cependant devenir un frein à la consommation
des fruits à pépins. Les sélectionneurs ont développé
divers moyens de créer des variétés sans pépins,
aspermes ou apyrènes.
Les fruits sans pépins sont le résultat de problèmes de
fertilisation, de production ou de développement des
ovules. Des schémas de sélections plus ou moins compliquées
permettent d’obtenir des variétés sans pépins
chez la vigne, les citrus et les bananes.
Figure 2
La variété ‘Danuta’, développée à l’Inra
de Montpellier.
© Photothèque INRA
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