ETUDE DE L’IMPACT DE LA DOMESTICATION SUR LA DIVERSITE GENETIQUE DU MIL CULTIVE

ETUDE DE L’IMPACT DE LA DOMESTICATION SUR
LA DIVERSITE GENETIQUE DU MIL CULTIVE

Présentation de l’espèce 

Taxonomie du mil 

Le mil Pennisetum glaucum est une céréale annuelle diploïde (2n=14), à fleurs hermaphrodites, allogame et à pollinisation anémophile. Il appartient à la famille des poacées et au genre Pennisetum. Dans la taxonomie du mil on distingue la forme sauvage Pennisetum glaucum ssp monodii et la forme cultivée Pennisetum glaucum ssp glaucum. Le mil sauvage est uniquement distribué en Afrique dans la zone sahélienne située au nord de l’équateur et le mil cultivé est distribué en Afrique et en Inde (Tostain, 1998). 

 Importance du mil cultivé 

Le mil est la base de l’alimentation quotidienne de 50 millions d’habitants du sahel. C’est une céréale adaptée à la sécheresse et aux sols pauvres. Le grain de mil a une grande valeur nutritionnelle. Il est consommé sous forme de galettes, de bouillie, de couscous, et entre aussi dans la fabrication de la bière de mil. Le mil est cultivé dans les zones arides et semi arides de l’Afrique et de l’Inde. Environ, 70% de production du mil provient de l’Afrique de l’Ouest. Les principaux producteurs en Afrique de l’Ouest sont le Sénégal, le Mali, la Mauritanie et le Niger (Bezançon et al., 2009). 

 Domestication et diversité du mil

 Le mil a été domestiqué il y a environ 4800 ans dans le centre-nord du Sahel (Oumar et al., 2008, Clotault et al., 2012). Le mil cultivé et le mil sauvage présentent de nombreuses différences morphologiques telles que : la structure de l’épi, du tallage, la taille des graines, la perte de la dominance apicale (Poncet et al., 2000).Les variétés de mil cultivé peuvent être classées en deux groupes : les variétés tardives et les variétés précoces selon la longueur du cycle de vie. Les variétés précoces ont une longueur du cycle de vie comprise entre 90 et 100 jours et les variétés tardives ont une longueur de cycle de vie comprise entre130 et 150 jours (Bezançon et al., 2009). Toutefois, plusieurs groupes géographiques du mil cultivé ont été définis sur la base des critères botaniques (Tostain, 1998), d’un point de vue génétique, les mils cultivés ne sont pas structurés (Oumar et al., 2008; Varshney et al., 2017). Revue bibliographique

Méthodes d’étude du processus de domestication 

Afin de mieux comprendre l’évolution des génomes, plusieurs indices de diversité et tests de neutralité ont été proposés. Ces indices et tests de neutralité sont notamment utilisés chez les espèces cultivées. 

 Les mesures de diversité 

Le nombre de sites de ségrégation

 Le nombre de sites de ségrégation est le nombre de sites polymorphes dans une séquence d’ADN. Il a été utilisé pour la première fois en 1975, par Watterson dans un modèle génétique. Le thêta Watterson En 1975 Watterson définit un indice pour estimer le taux de mutation : c’est le thêta Watterson θw. Le θw se calcule grâce aux nombres de site de ségrégation (S). Le θw est sensible à la variation de la taille de la population. 

La diversité nucléotidique 

En 1979, Nei & Li ont défini un indice pour estimer la variation génétique entre les individus d’une même population : c’est la diversité nucléotidique(π). La diversité nucléotidique est la moyenne de nucléotides différents entre deux séquences choisies au hasard dans une population. Contrairement au θw, le π est influencé par les variations de fréquences des mutations. 

 Les tests de neutralité 

Les tests de neutralité s’appuient sur la théorie de l’évolution neutre de Wright-Fisher (Hussin, 2017). Cette théorie soutient qu’en absence de sélection, seule la dérive génétique est responsable des mutations observées. Les différents tests de neutralité obéissent tous aux conditions d’équilibre de population Hardy-Weinberg. Selon Hardy-Weinberg en 1908, en présence d’une population suffisamment grande où il n’y a pas de chevauchement de générations, en présence de panmixie et en l’absence de mutations et de recombinaisons et de migrations ; la composition génotypique d’une population est constante d’une génération à l’autre.

 Test de Tajima Fumio

 Tajima a mis en place un test de neutralité en 1989 appelé le D de Tajima. Le D de Tajima a pour but de distinguer les populations évoluant aléatoirement de celles dont Revue bibliographique 6 l’évolution prend en compte d’autres facteurs comme la sélection humaine et l’expansion démographique de la population. Le D de Tajima est la différence entre deux estimateurs de la diversité à savoir le nombre de sites de ségrégation (S) et le nombre moyen de différences nucléotidiques autrement dit la différence entre θw et π. Le D de Tajima permet d’évaluer s’il y a un excès ou un déficit d’allèles rares. Si le D de Tajima est égal à 0, cela indique la neutralité ; si le D de Tajima est supérieur à 0 alors il tend a indiqué une sélection négative et le D de Tajima inférieur à 0 dénote une sélection positive ou d’un goulot d’étranglement, ces deux hypothèses ne pouvant pas être différenciées. Ce test est considéré comme significatif lorsqu’il est <-2 ou > 2. Il est moins puissant que les tests de Fu et Li (Fu, 1997). 

Test de Fu &Li

 En 1993, Fu et Li se sont inspirés de l’approche du test de Tajima pour proposer de nouvelles statistiques basées sur la généalogie. Les mutations sur la généalogie des séquences sont classées en mutations externes et internes. Ces mutations se produisent sur des branches externes ou internes. Les parties récentes de la généalogie se retrouvent aux niveaux des branches externes et les plus anciennes au niveau des branches internes. Dans ce cadre l’étude de ses branches permet de rechercher la preuve de sélection. A partir de l’étude des propriétés des branches plusieurs statistiques sont proposées : D, F, D*, F*. Les tests statistiques de Fu et Li peuvent se faire en présence (D, F) et en absence d’un groupe externe (outgroup) sur la généalogie (F*, D*). Il existe d’autres tests de neutralité comme le test de Fu, Test de HKA, le test de Hughes, l’EHH test, le H de Fay et Wu, le test de Kimura. 3. Application des tests de neutralité chez les principales céréales

 Chez le riz asiatique

 Le riz est l’une des céréales les plus consommé au monde (1/ 3 de la population mondiale), sa domestication est accompagnée de changements morphologiques et physiologiques tels que la forme de la panicule, la cassure de la graine, la couleur de la coque qui entoure la graine et la longueur de la barbe de l’inflorescence (Hua et al., 2015).Certains gènes domestiqués ont été déjà étudiés. En 2008, Wang et al se sont intéressés au gène GIF1 (grain incomplete filling 1) qui est responsable de l’augmentation du poids de la graine du riz cultivé. La comparaison de la diversité nucléotidique (π) entre le riz cultivé (Oryza indica) et le riz sauvage (Oryza rufipogon) montre que le riz cultivé a perdu 32,7% de sa diversité dans Revue bibliographique 7 l’exon 3. Les résultats négatifs [(–2.014) trouvés pour O.indica)] du D de Tajima confirment que ce gène a été soumis à la sélection positive durant la domestication du riz. En 2015, Hua et al ont étudié le gène LABA1 (long and barbed awn1) responsable de la présence des longues barbes sur les inflorescences du riz sauvage. Contrairement au riz sauvage, le riz cultivé possède de courtes barbes sur les inflorescences ceci suggère que ce gène a été soumis à la sélection. Les résultats du D de Tajima (-2.54) du riz cultivé (Oryza sativa) confirment que ce gène est sous forte sélection positive. 3.2. Chez le blé Plusieurs caractères ont été ciblés durant la domestication du blé comme la fragilité du rachis, la ténacité des glumes, la taille des graines (Peng et al., 2011). En 2007, Haudry et al ont analysé la diversité nucléotidique de 21 loci entre le blé sauvage et 3variétés de blé cultivés. Pour le gène NrpA, les blés cultivés ont perdu 69 % de leur diversité nucléotidique par rapport au blé sauvage. Cependant la valeur de D de Tajima du gène NrpA est négative et faible (– 1.16). Des analyses de scénarii démographiques ont confirmé que ce gène était sous sélection positive. 

Chez le maïs 

Plusieurs traits ont été ciblés lors de la domestication du maïs : la taille de l’épi, le nombre de branches, la taille et le poids des graines, le temps de floraison et la dominance apicale (Wills et al., 2013). Certains gènes domestiqués ont déjà fait l’objet d’études par exemple, Sigmon et al en 2010 ont étudié le gène ramosa1 (ra1) impliqué dans l’architecture des inflorescences (épis). Des résultats de travaux récents montrent une réduction de la diversité nucléotidique de ce gène chez le maïs locale (𝜋 𝑐 =0.0007 région 3’) alors que chez le teosinte (𝜋 𝑐 =0.013 région 3’) la diversité nucléotidique est conservée, cela suppose que ce gène était la cible d’une sélection positive durant la domestication du maïs. Pour confirmer cette hypothèse le HKA test, D de Tajima, D test de Fu & Li, H test de Fayet Wu ont été effectués. Les résultats de ces différents tests combinées (D Tajima =-1.89, D de Fu & Li=- 2.83, H Fay& Wu=0.32 chez les maïs locales) confirment que le gène ra1 était sous sélection durant la domestication. Des analyses de LD (déséquilibre de liaison) et d’haplotypes appuient ce résultat. Wills et al ont aussi examiné en 2013 le gène prol1 qui joue un rôle central dans la prolifération chez le maïs. La diversité nucléotidique du maïs cultivé (0.00074) est plus faible que celle du teosinte. Le D de Tajima du maïs cultivé est aussi négatif (-1.966), cela suggère que ce gène est sous sélection positive.