Fruits et légumes sans pépins

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Contexte

Les fruits qui sont cultivés, vendus et consommés sont essentiellement l'ovaire mûr d'une plante. Dans la nature, les plantes fruitières répandent leurs graines soit en laissant tomber leurs fruits mûrs au sol, soit en étant mangées par les animaux, qui excrétent ensuite les graines. Le fruit savoureux n'est que le mécanisme par lequel la plante transmet ses graines. Mais du point de vue du consommateur humain, les graines peuvent être une nuisance. Le fait de cracher des graines dures et amères diminue le plaisir de manger du raisin, par exemple. En conséquence, les horticulteurs ont développé des variétés sans pépins de fruits et légumes populaires. Les variétés sans pépins représentent plus de la moitié du marché du raisin aux États-Unis, l'orange navel sans pépins est un pilier de l'industrie de l'orange et la pastèque sans pépins a connu une popularité croissante depuis son introduction dans les années 1990. Les fruits et légumes sans pépins sont produits par un croisement méticuleux, et cela peut prendre des décennies pour amener une nouvelle variété à la viabilité commerciale.

Historique

Une sélection minutieuse de plantes pour obtenir les résultats souhaités, tels que de petites graines ou de plus gros fruits, a été pratiquée depuis l'aube de l'agriculture. Les fondements scientifiques de la sélection végétale ont commencé à être compris au milieu du XIXe siècle, avec les travaux de Gregor Mendel. En 1856, Mendel, le père de la génétique, fut le premier à publier ses découvertes sur les lois statistiques régissant la transmission des caractères végétaux entre les générations. Mendel a étudié comment les traits spécifiques des plants de pois de son jardin étaient transmis aux générations suivantes, et il a formulé l'idée d'une sorte d'unité au sein des plantes qui était responsable de l'hérédité. Son œuvre est restée quelque temps en jachère, puis s'est rapidement étendue au début du XXe siècle. Au milieu du vingtième siècle, les chercheurs ont établi que l'hérédité est transmise par des gènes, qui expriment des informations chimiques résultant en des traits caractéristiques. Pour les fruits sans pépins, il est important de mieux comprendre les détails de la transmission génétique. Les gènes des plantes et des animaux sont généralement déployés par paires, appelés allèles. Un gène de l'allèle est généralement dominant et l'autre récessif. Cela signifie que généralement, un seul trait est exprimé dans la constitution biologique de l'organisme, bien qu'il existe toujours un deuxième gène pour ce trait. Ceci est important car chaque cellule d'un organisme porte une carte génétique complète d'elle-même, appelée les chromosomes, dans son noyau. Lorsqu'une cellule se divise, les chromosomes doublent, puis une copie entre dans la nouvelle cellule. L'exception est les cellules sexuelles, l'ovule et le sperme. Ces cellules ne portent que la moitié du matériel génétique, qui est un chromosome, ou la moitié de chaque paire de gènes. Lorsque l'ovule et le spermatozoïde se rencontrent, les paires de gènes se recombinent et le nouvel individu créé par reproduction sexuée dispose d'un nouvel ensemble complet de matériel génétique, dont la moitié est héritée de chaque parent. Dans la sélection végétale traditionnelle, l'horticulteur essaie d'optimiser un caractère en croisant ensemble des plantes qui ont toutes les deux, par exemple, de petites graines. Si la nouvelle génération de plantes a hérité du gène de la petite graine des deux parents, elle devrait également avoir de petites graines et être en mesure de transmettre ce trait à sa progéniture à son tour. De nombreux facteurs compliquent le tableau, de sorte que dans des circonstances réelles, seul un petit pourcentage de la progéniture peut présenter le trait souhaité.

Les oranges sans pépins et les raisins sans pépins sont le résultat de la culture de plantes naturelles sans pépins. L'orange navel descend d'un oranger sans pépins trouvé dans une plantation au Brésil au XIXe siècle. Cet arbre était une mutation, c'est-à-dire que quelque chose dans son matériel génétique avait changé spontanément, résultant en cette plante unique. Les producteurs d'oranges ont propagé de nouveaux arbres à partir du nombril d'origine, de sorte que toutes les oranges navel disponibles sur les marchés aujourd'hui descendent de cet arbre brésilien. Les raisins verts sans pépins communs des supermarchés sont issus d'une variété de raisin sans pépins européenne qui est probablement originaire de la mer Noire et de la mer du Caucase. Les viticulteurs ont répandu cette variété dans le monde entier, et la même espèce existe sous de nombreux noms différents. Il est cultivé aux États-Unis depuis au moins 1872 sous le nom de Thompson. D'autres cépages sans pépins, même des cépages rouges et noirs, descendent également de la Thompson. Le Thompson a une anomalie génétique qui fait que les graines arrêtent le développement. Bien que la fleur soit pollinisée et l'ovule fécondé, les graines cessent de pousser au bout de quelques semaines. Ainsi, le raisin n'est pas entièrement sans pépins; au contraire, les graines sont avortées et existent sous forme de minuscules taches à l'intérieur du fruit. Les producteurs commerciaux traitent les plantes avec une hormone de croissance appelée gibbérilline, qui est normalement sécrétée par les graines en développement. Les fleurs sont trempées ou pulvérisées avec l'hormone afin que les raisins deviennent gros et juteux malgré les graines arrêtées.

Les pastèques sans pépins ont commencé à être un gros vendeur sur les marchés des États-Unis dans les années 1990. Outre la commodité d'avoir peu ou pas de graines noires dures lors de la consommation du fruit, la nouvelle variété a une coque dure, ce qui la rend facile à expédier et lui donne une durée de conservation plus longue. Les pastèques sans pépins sont stériles, c'est-à-dire sans pépins, car elles ont trois jeux de chromosomes. Cette condition est appelée triploïde. Les pastèques standard, comme les raisins Thompson et la plupart des autres organismes, ont deux jeux de chromosomes et sont appelées diploïdes. Pour produire des pastèques triploïdes, un parent diploïde est pollinisé par une pastèque tétraploïde, qui possède quatre chromosomes. Lors de la reproduction sexuée, le nouvel organisme hérite de la moitié du matériel génétique de chaque parent. En conséquence, la nouvelle pastèque reçoit un chromosome du parent diploïde et deux du tétraploïde, ce qui la rend triploïde. L'hybride triploïde est pratiquement sans pépins. Il produit très peu de graines et celles-ci peuvent être plantées pour faire pousser de nouvelles pastèques. Mais les nouvelles plantes doivent être pollinisées par des pastèques diploïdes standard afin de produire des fruits.

Recherche &développement

Le développement d'une nouvelle variété de fruits ou de légumes sans pépins est un processus laborieux. La recherche est généralement effectuée par des horticulteurs travaillant dans un laboratoire de développement agricole ou une station de recherche gouvernementale, où ils peuvent consacrer des années au travail. Un chercheur étudie des milliers de semis pour en trouver ceux qui présentent les caractéristiques souhaitées. Dans la recherche d'une variété sans pépins, d'autres facteurs doivent également être pris en compte. Le fruit sans pépins ne sera pas commercialement viable s'il n'a pas une bonne saveur, s'il est sujet aux maladies, s'il est déformé, etc. Le fruit doit être aussi bon que les variétés à pépins, avec un avantage supplémentaire sans pépins. Ainsi, le chercheur élève des plantes probables, étudie la progéniture et les élève avec d'autres plantes probables. Le développeur du Flame Seedless, un cépage rouge sans pépins, a expérimenté plus de 100 000 plants au cours de la quête. La plante qui a produit la Flamme était un croisement de cinq variétés différentes.

Le processus traditionnel de sélection de fruits sans pépins consistait à croiser une plante femelle ensemencée avec une souche de mâle sans pépins. La progéniture était sans pépins environ 15 % du temps. Ensuite, une génération successive pourrait être produite à partir de ces 15%. À partir des années 1980, les horticulteurs ont trouvé des moyens d'accélérer le processus en cultivant le tissu de plantes sans pépins. Avec les raisins, les graines avortées de la souche sans pépins sont cultivées dans une boîte de Pétri ou un tube à essai. Ensuite, ces souches sans pépins peuvent être croisées avec d'autres souches sans pépins, ce qui donne une progéniture 50-100% sans pépins. Cette technique a été utilisée avec beaucoup de succès avec les raisins, accélérant le temps qu'il faut pour mettre sur le marché une nouvelle variété sans pépins. Avec les pastèques, la pointe de germination d'une plante sans pépins est placée dans une boîte de Pétri remplie de régulateurs de croissance et de nutriments, et une pointe fera germer jusqu'à 15 plantes clones. Cette technique a également été utilisée pour produire des tomates sans pépins.

Culture

Mise à l'échelle

• 1 Après le développement d'une nouvelle souche, les producteurs commerciaux de semences autorisent le stock et Deuxième loi de Mendel. commencer à produire suffisamment de semences à une échelle suffisamment grande pour les vendre aux agriculteurs. Le processus suivant indiqué concerne les pastèques sans pépins. Le producteur de semences commercial obtient des semences ou des plants du développeur et les plante dans un champ d'isolement. Ce sont les plantes tétraploïdes (quatre chromosomiques). Le champ d'isolement doit être à trois milles de tout autre champ de pastèques, afin que les abeilles ne pollinisent pas les plantes sans pépins avec d'autres variétés. Ou, le champ d'isolement peut être entouré d'une autre plante, comme le maïs. Le champ d'isolement est généralement d'un à cinq acres. Le cultivateur entretient soigneusement les plantes, les traitant probablement avec une hormone de croissance. Les abeilles pollinisent les plantes, ce qui produit peut-être des centaines de livres de graines mères. Ensuite, cette graine mère est plantée dans un champ de production de graines avec une variété de pastèques diploïdes régulières. Lorsque les plantes fleurissent, les cultivateurs les pollinisent à la main. Le pollen de la plante diploïde mâle est transféré à la fleur tétraploïde femelle. Le fruit qui en résulte a des graines triploïdes. Ces semences sont vendues aux agriculteurs.

Germination

• 2 Parce que les plantes triploïdes sont généralement fragiles et facilement tuées par des températures inappropriées, elles sont généralement germées dans une serre et transférées au champ sous forme de semis. Les graines triploïdes ont également un revêtement inhabituellement épais, de sorte que l'agriculteur peut entailler l'extrémité arrondie de la graine avant la plantation, pour accélérer la germination. Le fermier enterre les graines dans un terreau léger et ajoute un peu d'eau. La serre doit alors être maintenue à environ 85 °F (29 °C). Une fois que la plupart des graines ont germé, la température est abaissée entre 70 et 80 °F (21-27 °C).

Sur le terrain

• 3 Lorsque les plantules ont trois à quatre semaines et ont développé deux ou trois feuilles, l'agriculteur les transplante dans le champ. L'agriculteur doit également planter une pastèque diploïde standard dans le champ, une rangée pour deux ou trois de la triploïde. Ceux-ci peuvent avoir été directement semés dans le champ plus tôt ou transplantés en même temps. La variété diploïde est choisie pour mûrir en même temps ou plus tôt que la triploïde. Pour éviter toute confusion au moment de la récolte, le diploïde doit également avoir une couleur de croûte différente de celle du triploïde, il est donc clair lequel est sans pépins. Les deux variétés poussent et mûrissent, et les abeilles pollinisent les fleurs. Les plantes triploïdes produisent des pastèques sans pépins. Ceux-ci sont récoltés et vendus. Pour faire pousser plus de pastèques triploïdes l'année suivante, l'agriculteur doit recommencer avec de nouvelles graines.

Le futur

En raison du succès des méthodes sophistiquées de culture tissulaire, le temps nécessaire pour développer des fruits et légumes sans pépins diminue. Cela signifie que les horticulteurs peuvent planifier des variétés pour combler des lacunes spécifiques du marché, comme un raisin noir sans pépins qui mûrit en août, lorsque peu de raisins noirs sont disponibles. Une autre technique qui peut accélérer la production de variétés sans pépins est le transfert de gènes. Les biologistes peuvent fusionner un nouveau gène dans une plante fruitière qui dit à la plante de produire une hormone de croissance. L'hormone de croissance stimule la croissance du fruit même sans pollinisation. Les plantes non pollinisées ne produisent pas de graines. À la fin des années 1990, cette méthode a été menée avec succès sur des tomates et des pastèques. Ce type de biotechnologie est l'un des domaines les plus dynamiques de la science végétale. Ainsi, l'avenir peut produire beaucoup plus de variétés de fruits et légumes sans pépins, sans le long temps de test et de développement nécessaire dans le passé.