Les espèces sauvages d’arachide et la création variétale

Généralités sur l’arachide

Origine et distribution : L’arachide est une plante originaire d’Amérique du sud. Son centre d’origine se situe à l’est des Andes dans une région comprise entre le sud-est de la Bolivie, le nord-ouest de l’argentine le nord du Paraguay et la région ouest du Matto-grosso au Brésil (Jarvis et al., 2003 ; Ferguson et al., 2005) dans cette dernière région on retrouve une très grande diversité de l’espèce sauvage. L’espèce cultivée quant à elle aurait été domestiquée sur le versant oriental des Andes car dans cette région on retrouve ses plus probables progéniteurs. Elle présente une température optimale de développement située entre 25°C et 35°C ce qui en fait une culture adaptée aux zones tropicales et subtropicales. Ainsi de son centre d’origine elle a été introduite dans des centres secondaires tels que l’Afrique de l’Ouest et l’Asie du Sud-Est ou elle constitue une culture majeure. Description : L’arachide cultivée est une légumineuse herbacée annuelle de 30 à 70 cm de hauteur. Elle possède un système radiculaire puissant constitué par une racine primaire pivotante qui s’enfonce verticalement dans le sol jusqu’à une profondeur de plus d’un mètre (1m).
L’absorption de l’eau et des sels minéraux se fait par le parenchyme cortical des radicelles faute de poils absorbants au niveau du système racinaire. On note la présence de nodules fixateurs d’azote atmosphérique colonisés par les Bradirhizobia au niveau des aisselles des racines latérales (THIAW, 2008). Les variétés cultivées présentent des tiges dressées ou rampantes alors que les espèces sauvages très diverses produisent des stolons qui s’étalent sur le sol, ce sont des formes rampantes. Les feuilles sont composées de deux (2) paires de folioles elliptiques opposées au bout d’un pétiole inséré sur des ramifications alternes ou séquentielles (Schilling, 2003). Les feuilles ont une coloration verte plus ou moins foncée en fonction de la variété. Les fleurs de types papilionacées sont divisées en fleurs aériennes et souterraines et sont toutes fertiles. Après la fécondation, la base de l’ovaire s’allonge pour former un pédoncule floral appelé gynophore qui s’enfonce dans le sol par géotropisme positif (Schilling, 2003). Le fruit qui mûrit à une profondeur de 3 à 5cm est une gousse de 3 à 4 cm de long et de couleur jaune paille. La gousse est composée d’une coque indéhiscente contenant le plus souvent 2 graines, elle est réticulée extérieurement et étranglée entre les graines mais non cloisonnée. Le bec et la constriction de la gousse qui sont des caractères primitifs chez l’arachide constituent des paramètres de classification et font partie des caractères phénotypiques étudiés pour vérifier la pureté génétique d’une accession (Rao et al.,2005). Les graines ovoïdes sont enveloppées individuellement dans un tégument sec rouge.
L’autogamie est la règle chez l’arachide, cependant on note tout de même un faible pourcentage d’allogamie qui n’atteint, en général, pas 0.5%.

Importance de l’arachide

L’arachide est une importante culture oléagineuse présente sur tous les continents avec en 2013 une production mondiale de 45,6 millions de tonnes sur une superficie de 25,4 millions d’hectares. En 2012, 1.776.251 de tonnes d’arachide ont été exportés à travers le monde (FAOSTAT, 2015). Au Sénégal, l’arachide constitue la principale culture de rente du secteur agricole qui emploie environ 70% de la population et a été cultivée en 2013 sur 769.803 ha avec une production annuelle de 709.691 tonnes (FAOSTAT, 2015).
L’importance de l’arachide est aussi liée aux diverses utilisations que l’on peut en faire. En effet l’arachide est utilisée dans l’alimentation humaine : Ces graines riche en protéines, en sels minéraux et en lipides sont consommées fraiches ou transformées en diverses produits très utilisés tels que : la pâte d’arachide, aliment de base de diverses plats cuisinés ; l’huile d’arachide utilisée comme huile de table ou de cuisson et en matière première pour la fabrication de margarine ; la farine d’arachide utilisée en biscuiterie. Les fanes sont utilisées pour nourrir le bétail sous forme de tourteau ou de fourrage. En industrie, l’huile de deuxième extraction est utilisée pour préparer du savon, les coques peuvent aussi servir de combustible. Une consommation régulière d’arachide aurait aussi un impact positif sur la santé du fait de la richesse de la graine en lipides, protéines et sels minéraux. Une consommation
bihebdomadaire d’arachide et/ou de produits dérivés améliorerait la qualité des régimes alimentaires (Griel et al., 2004). L’arachide est aussi utilisée comme engrais vert dans le domaine agricole. Attention cependant à la présence possible de Fusarium entrainant une contamination a l’aflatoxine.

Les espèces sauvages d’arachide et la création variétale

Les espèces sauvages apparentées aux plantes cultivées sont les ancêtres des variétés modernes. Elles ont été sélectionnées et domestiquées par l’homme pour diverses utilisations.
Les espèces sauvages apparentées aux plantes cultivées constituent un réservoir peu exploité de ressources alléliques nouvelles pour l’élargissement de la base génétique des cultures (McCouch, 2004). En effet, des études ont montré que certaines régions génomiques issues des espèces sauvages amélioraient le rendement chez la tomate (Tanksley and al., 1996), le riz (Xiao et al., 1996, 1998) et le maïs (Ho et al., 2002). Chez l’arachide, les espèces sauvages présentent plusieurs caractères de résistance aux maladies, aux insectes ou encore de tolérance à la sécheresse (Mallikarjuna et al., 2011).
Cependant, le transfert de caractères d’intérêt des espèces sauvages vers l’arachide cultivée est difficile du fait de la différence du niveau de ploïdie entre les deux pools génétiques. En effet, mis à part A. monticola ; espèce sauvage tétraploïde, l’arachide cultivée de génome AABB est la seule espèce tétraploïde de la section Arachis. Cette dernière comprend 27 espèces sauvages diploïdes (2n= 2x= 20) regroupées en espèces de génome A, B et D sur la base de leur caryotype (Husted, 1936 ; Fernández and Krapovickas, 1994).
L’obstacle lié à la différence de niveau de ploïdie entre espèces sauvages et cultivée de l’arachide peut être contourné en utilisant la voie trihexaploïde qui consiste à croiser l’espèce cultivée tétraploïde directement avec un sauvage diploïde. Ces croisements aboutissent à des individus triploïdes stériles qui, lorsque leurs génomes sont doublés à la colchicine, retrouvent un certain niveau de fertilité. Le retour à l’état tétraploïde peut se faire par rétrocroisement avec l’espèce cultivée (Stalker et Moss., 1987). Il existe une seconde méthode appelée voie amphidiploïde qui consiste à croiser le tétraploïde cultivé avec un tétraploïde synthétique issu de croisement de deux diploïdes sauvages et du dédoublement du stock chromosomique (Singh, 1986). Cette dernière méthode constitue le moyen le plus efficace et le plus rapide pour transférer des caractères d’intérêt dans l’espèce cultivée. Plusieurs amphidiploïdes ont été créés en utilisant cette voie. Il s’agit par exemple de l’amphidiploïde résultant du croisement entre A. cardenasii, A. diogoi et A. batizocoï ou encore celui résultant de A. ipaensis et A. duranensis et enfin celui issu du croisement entre A. gregoryi et A. linearifolium (Mallikarjuna et al., 2011).

L’analyse AB-QTL et le marquage moléculaire

Toutes les plantes cultivées sont issues de la domestication des espèces sauvages. Ce processus qui a consisté à soustraire ces dernières de leurs milieux naturels et à les soumettre à la sélection humaine a considérablement participé à la réduction de la variabilité génétique des espèces cultivées avec une perte probable d’allèles potentiellement intéressants (Simmonds 1976 ; Ladizinsky 1985 ; Kovach et McCouch., 2008). Contrairement aux plantes domestiquées, les espèces ayant évoluées dans leurs habitats naturels affichent une grande variabilité génétique qui peut d’ailleurs être utilisée pour l’élargissement de la base génétique des cultures. Tanksley et Nelson (1996) ont ainsi développé une stratégie appelée Advanced Backcross Analysis (AB-QTL Analysis) qui permet à la fois d’identifier des allèles favorables aux QTL apportés par les plantes sauvages et de les introgresser dans un fond génétique cultivé. Cette stratégie qui permet d’exploiter la richesse allélique présente dans la nature consiste à croiser une variété cultivée avec une espèce sauvage et à faire des rétrocroisements de la descendance avec la variété cultivée. Les analyses sont menées en backcross avancé (BC2 ou BC3) caractérisé par une faible fréquence du génome sauvage dans la population dans le but de déceler des QTL impliqués dans la variation de caractères d’intérêts. Ces analyses comportent tout d’abord un Phénotypage en vue d’évaluer les changements morphologiques qu’apportent les allèles sauvages au niveau de la variété cultivée et ensuite un génotypage est effectué afin d’identifier la ou les région(s) génomique(s) qui entraine(nt) ces changements.
Grâce à cette approche, des QTL qui favorisent des variations positives de caractères d’intérêt agronomique tels que le rendement ou la résistance à la sécheresse ont pu être découverts chez plusieurs espèces végétales : tomate (Fulton et al., 1997 ; Bernacchi et al., 1998), le riz (Moncada et al., 2001 ; Wu et al., 2004), le maïs (Ho et al., 2002), le blé (Huang et al., 2003) et l’arachide (Fonceka et al., 2012). Cependant les changements apportés par les allèles exotiques ne sont pas toujours bénéfiques à l’espèce cultivée car lors des croisements interspécifiques les espèces sauvages peuvent également véhiculer des allèles défavorables d’un point de vue agronomique. L’analyse AB-QTL permet également de mettre en évidence ces allèles défavorables qui pourront être éliminés par l’exercice d’une pression de sélection phénotypique et/ou génotypique négative durant le développement de la population. C’est dans ce sens que l’analyse AB-QTL sur le bec et la constriction au sein de la population BC2F4 issue du croisement entre Fleur11 et ISATGR52B a été lancée.

Table des matières

RESUME
Synthèse bibliographique
1. Généralités sur l’arachide
1.1. Origine et distribution
1.2. Description
1.3. Classification botanique
2. Importance de l’arachide
3. Les espèces sauvages d’arachide et la création variétale
4. L’analyse AB-QTL et le marquage moléculaire
MATERIEL ET METHODES
1. Matériel végétal
2. Méthodes
2.1. Semis de la population
2.2. Collecte et séchage des échantillons
2.3. Génotypage
2.3.1 Extraction d’ADN génomique
2.3.2. Quantification de l’ADN
2.3.3 Amplification de l’ADN par PCR (Polymerase Chain Reaction)
2.3.4. Migration sur LICOR 4300 DNA Analyzer
2.3.4.1. Multiplexage
2.3.4.2. Migration sur gel d’acrylamide
2.3.5. Lecture des gels
2.4. Phénotypage
2.5. Analyse des données phénotypiques
2.6. Analyses de la ségrégation des marqueurs et détection des QTL
RESULTATS
1. Analyses phénotypiques : répartition du bec et de la constriction au sein de la population
2. Disposition des marqueurs moléculaires sur le génome de l’arachide
3. Test de ségrégation des marqueurs
4. Analyse QTL
Discussion
Conclusion et perspectives
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES