Soutenance mémoire
Le riz est l‟aliment de base à Madagascar et la filière constitue la principale activité des paysans qui représentent plus de 80 % de la population ; mais le rendement est faible, environ 2 à 3t/ha pour la riziculture irriguée. Les productions n‟arrivent pas à couvrir les besoins de la population sans cesse croissante et le gouvernement se trouve dans l‟obligation d‟importer chaque année dans le 200 000 T de riz.
Les principales zones de cultures se situent sur les Hautes Terres Centrales, formées par un bloc montagneux à relief très accidenté, à climat tropical d‟altitude: l‟altitude des vallées varie de 1000 à 1 800mètres et la gelée dure de juin à août. Pour le riz irriguée, on distingue deux principales saisons de culture: (i) la saison «vary aloha » qui peut durer 9 mois, allant du mois d‟avril ou mai jusqu‟au mois de janvier ou février de l‟année suivante, la culture en pépinière dure 5 mois; (ii) la saison normale de culture allant de novembre à mai. Le riz pluvial est cultivé surtout sur tanety au Moyen Ouest dans les régions de Bongolava, d‟Amoron‟i Mania, et de Vakinankaratra.
La faible production de riz est due à plusieurs facteurs dont l‟utilisation des variétés non améliorées; la forte stérilité des épillets par suite du froid affectant la germination et la fécondation des plantes, lors de la culture en « vary aloha »; les stress dus aux mauvaises herbes dont la plante parasite Striga asiatica sur les cultures sur tanety ; la pratique des méthodes de culture traditionnelle et sans intrants.
En 1997, un Programme National de Coopération Technique MAG/5/008 intitulé «Mutation induite et biotechnologie associée pour l‟amélioration variétale du riz », a été contracté entre Madagascar et la Division Joint FAO/AIEA, pour une durée de trois ans renouvelable. Les travaux de recherche ont été confiés à l‟Unité de Biotechnologie et Amélioration des Plantes (UBAP) au Laboratoire de Physiologie Végétale, au sein de Département de Biologie et Ecologie Végétales de la Faculté des Sciences de l‟Université d‟Antananarivo. Le programme a été reconduit jusqu‟à 2003, et les activités de recherche sur le riz continuent jusqu‟à ce jour. L‟objectif est la production des lignées doubles haploïdes et/ou mutantes à haute performance agronomique : productives et tolérantes aux différents stress dont le froid dû à l‟altitude. En effet, après la deuxième guerre mondiale, la Division Joint FAO/AIEA a préconisé l‟utilisation pacifique des techniques nucléaires dans différents domaines : agriculture, élevage, médicine, environnement …, dans divers pays dont l‟Afrique, la Chine, le japon… ; et des projets de collaboration technique et de partenariat sont nés avec la collaboration de l‟Agence International de l‟Energie Atomique (AIEA) dont la Division joint FAO/AIEA pour l‟agriculture (http://wwwnaweb.iaea.org).
En outre, Madagascar a été intégré dans trois Programmes Régionaux de Coopération Technique en collaboration avec la Division Joint FAO/AIEA et différents pays de l‟Afrique (RAF ou AFRA) durant trois cycles successifs de cinq ans :
1/ De 1995 – 2001, RAF/5/042 ou AFRA III-18: «Development and Evaluation of Improved Crops Varieties »;
2/ De 2002 – 2006, RAF/5/050 ou AFRA III-3: « Increasing Production of Nutritious Food through Mutation Breeding and Biotechnology »
3/ De 2007 – 2011, RAF/5/056 ou AFRA II-5: « Field Evaluation and Dissemination of Improved Crops Varieties using Mutation Breeding and Biotechnology Techniques ».
Pendant ces périodes, comme coordonateur national de ces projets, nous avons pu améliorer nos compétences et échanger des connaissances scientifiques avec nos homologues des pays africains membres de ces Programmes RAF ou AFRA, grâce à notre participation aux réunions de coordinations organisées périodiquement par l‟AIEA et à un colloque scientifique international. Les enseignants et les étudiants en maîtrise, en DEA et en thèse à l‟UBAP ont pu aussi bénéficier des stages de formations, participé à des séminaires dans le domaine de la mutation induite et de la biotechnologie associée. En outre, des services d‟experts ainsi que des matériels scientifiques nous ont été octroyé pour faciliter la mise en œuvre de ces projets. Les objectifs de ces programmes régionaux sont l‟acquisition et l‟amélioration des connaissances sur la mutation induite et les biotechnologies associées, ainsi que le développement des variétés mutantes intéressantes.
Androgenèse in vitro
Généralités
La production des plantes haploïdes par la culture d‟anthères de riz était publiée pour la première fois par NIIZEKI et OONO en 1968. Sa pratique est ensuite utilisée dans divers pays comme au Japon, Chine, Taiwan, Corée du sud, USA, Inde (RAINA and al, 1989) et a donné des résultats importants surtout sur l‟amélioration variétale du riz. . La sous espèce japonica est reconnue favorable à la culture d‟anthères, tandis que la sous espèces indica renommée comme récalcitrante ; les hybrides améliorées sont meilleures comme plantes donneuses d‟anthères, (ZAPATA F. J., 1998). Cette technique présente des avantages et des inconvénients.
Avantages et inconvénient de l’androgenèse
Avantages
L‟androgenèse permet :
– d‟obtenir des plantes haploïdes génétiquement diversifiées à partir des hybrides hétérozygotes (TORRIZO et ZAPATA, 1986) ;
– de raccourcir le temps pour l‟obtention d‟une nouvelle lignée,
– d‟exprimer des gènes récessifs (RUTGER, 1992) ;
– de sélectionner des lignées ayant des caractères intéressants : haut rendement, maturité précoce, haute résistance aux maladies (RAINA and al, 1989).
Inconvénient
La production en quantité de plantes albinos est le principal obstacle dans l‟utilisation de cette méthode, surtout chez les indica (ALEJAR et al, 1995). En effet, l‟albinisme décroit le rendement, le taux de plantes vertes sur plantes albinos reste inférieur à 1, il existe même des génotypes qui ne donnent que des plantes albinos (ORSHINSKY et al, 1990). Les principaux paramètres qui influent sur l‟albinisme sont : le génotype et les conditions de culture de la plante donneuse d‟anthères (FINNIES et al, 1989), la pression osmotique du milieu (HOEKSTRA et al, 1993) et la source de carbone dans le milieu d‟induction de cals (PICKERING et DEVAUX, 1992).
Mutation induite
❖ Généralités
La mutation est un changement brusque de caractère qui devient par la suite héréditaire. La mutation peut se produire spontanément dans la nature, mais à une fréquence très faible ; elle est la source de l‟évolution des organismes vivants. La mutation induite consiste à provoquer des changements au niveau de l‟ADN, le matériel héréditaire de la plante. L‟irradiation d‟un matériel végétal comme les graines, les bourgeons, les plantules, les pollens, les cals issues des embryons matures…, par des agents mutagènes physiques dont les rayons gamma, les rayons X, peut entrainer un changement dans la séquence de l‟ADN, ou réarrangement d‟une partie des chromosomes ou perte ou duplication d‟un chromosome entière ou d‟une partie de chromosome. Aucun de ces changements n‟affecte le fonctionnement de la plante (http://-naweb.iaea.org).
❖ Avantages de la mutation induite:
Depuis plus de 50 ans, la découverte de la mutation par les rayons X a permis au généticiens, pour la première fois, de créer artificiellement de variabilités génétiques. Ainsi l‟utilisation des agents mutagènes physiques et chimiques est devenue une importante et unique source de variabilité génétique sur les plantes. Leur impact est mesuré sur les millions d‟hectares couverts par différentes variétés mutantes et les billions de dollars de revenus additionnels obtenus. Ces mutations ont joué aussi des rôles significatifs importants dans différentes domaines de la recherche biologique dont l‟amélioration des plantes. Parmi les caractéristiques agronomiques améliorés, on peut citer : la précocité, la meilleure productivité, la résistance aux maladies, la résistance à la salinité ou au froid (http://wwwnaweb.iaea.org).
Depuis plusieurs années, l‟introduction de la mutation induite dans les programmes d‟amélioration variétale, a contribué à la production des lignées de riz mutantes productives, précoces, résistantes à différentes maladies, dans les différents pays dont Inde, Chine, Pakistan, Japon. Parmi les 1867 mutants publiés en 1990, 798 sont des lignées mutantes de riz (Maluszynski & al, 2000; MBNL, 2005).
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
Première partie : GENERALITESSUR LES TECHNIQUES BIOTECHNOLOGIQUES MODERNES D’AMELIORATION VARIETALE ET LA LUTTE BIOLOGIQUE INTEGREE CONTRE STRIGA ASIATICA
Androgenèse in vitro
Généralités
Avantage et inconvénient de l‟androgenèse
– Avantages
– Inconvénient
Mutation induite
Généralités
Avantages
La plante parasite Striga asiatica
Dégâts occasionnés et cycle biologique de Striga asiatica
Sélection de variétés de céréales (maïs, riz) pour une meilleure tolérance à Striga
Importance des plantes hypermycotrophes dans la lutte contre Striga
Objectifs
1- Développer des lignées putatives doubles haploïdes productives et à caractères intéressants
2- Développer des lignées mutantes à haute performance agronomique : productives et/ou tolérantes au froid,
3- Développer des lignées mutantes productives, tolérantes à Striga
Deuxième partie : METHODOLOGIE
MATERIELS
METHODES
I- DEVELOPPEMENT DES PLANTES DOUBLES HAPLOÏDES PAR ANDROGENESE
Irradiation d‟une partie de graines des variétés étudiées
Production et traitements des panicules
Induction de cals
Régénération de plantules
Enracinement et acclimatation
Culture au champ des graines M1
Sélection pour l‟obtention des lignées putatives doubles haploïdes productives et à caractères intéressants
Expérience 1 : Culture d’anthères de deux variétés de riz : Rojofotsy ou 1285 de la sous espèces indica et IRAT 112 de la sous espèce japonica
Matériels
Durée de prétraitement à froid des panicules
Milieux d‟induction de cals
Milieux de régénération de plantules
Expérience 2 : Culture d’anthères de trois variétés de riz de la sous espèce Indica, ainsi que celles des lignées irradiées correspondantes: IR58614 et IR58614 irradiée (IR58614 ir) ; Soameva et Soameva irradiée (Soameva ir) ; Kelimamokatra ou X243 et X243 irradiée (X243 ir)
Matériels
Durée de prétraitement à froid des panicules
Milieux d‟induction de cals
Milieux de régénération de plantules
Expérience 3 : Culture d’anthères la variété Marotia (3729) irradiée et non irradiée, appartenant à la sous espèce japonica
Matériels
Durée de prétraitement à froid des panicules
Milieux d‟induction de cals
Milieux de régénération de plantules
Expérience 4 : Culture d’anthères de deux variétés appartenant à la sous espèce japonica : FOFIFA 47 (3391) et Telorirana ou TE (3737) irradiée ou non
Matériels
Durée de prétraitement à froid des panicules
Milieux d‟induction de cals
Milieux de régénération de plantules
Expérience 5 : Culture d’anthères de deux variétés appartenant à la sous espèce japonica : FOFIFA 159 et FOFIFA
Matériels
Durée de prétraitement à froid des panicules
Milieux d‟induction de cals
Milieux de régénération de plantules
II- DEVELOPPEMENT DE LIGNEES MUTANTES PRODUCTIVES
Induction de cals
Induction de Mutation
Régénération de plantules
Enracinement et acclimatation
Sélections au champ
Détermination des caractères morphologiques et agronomiques, et évaluation du rendement au champ
III- DEVELOPPEMENT DE LIGNEES MUTANTES TOLERANTES AU FROID
Induction de cals
Régénération de plantules
Enracinement et acclimatation
Sélections au champ
Détermination des caractères morphologiques et agronomiques, et évaluation du rendement au champ
IV- DEVELOPPEMENT DES LIGNEES DE RIZ ET DE MAÏS TOLERANTES A STRIGA ET AUTRES METHODES DE LUTTE CONTRE CETTE PLANTE PARASITE
Sélection de variétés de riz pluvial et de maïs tolérantes au Striga asiatica
Test de radio sensitivité
Essais aux champs
Valorisation de la flore microbienne du sol par des espèces de plantes aromatiques et médicinales hypermycotrophes pour servir de couverture végétale permanente afin d‟augmenter le potentiel mycorhizien des sols de culture.
Politique d‟informations et de formations afin de familiariser les acteurs du monde agricole malagasy au problème de phanérogames parasites
Troisième partie: RESULTATS ET DISCUSSION
CONCLUSION GENERALE
