Soutenance mémoire
Généralités sur le riz
Le plant de riz est une plante annuelle à chaume rond, creux et articulé, à limbe plutôt plat et sessile et avec une panicule terminale. Les racines sont fibreuses et comportent des radicules et des poils absorbants (Figure1). Le riz est une graminée d’origine tropicale, appartenant à la famille des graminées et au genre Oryza. Le genre Oryza comprend une vingtaine d’espèces dont deux seulement sont cultivées: Oryza sativa d’origine Asiatique et Oryza glaberrima d’origine Africaine. Il est la deuxième céréale après le maïs en termes de surface cultivée et de quantité produite, avec un rendement moyen de 4 t/ha qui masque de très importantes disparités (World Rice Statistics, 2005). C’est, en revanche, la première céréale pour l’alimentation humaine. Elle représente la base de l’alimentation de plus de 2,5 milliards de personnes dans les pays en voie de développement avec des consommations annuelles très importantes dépassant dans certains pays les 100kg/habitant(World Rice Statistics, 2005). L’Asie domine l’économie du riz avec 90% des surfaces et de la production qui y sont concentrées, l’Amérique Latine et l’Afrique se partageant l’essentiel des 10% restant. Le riz est cultivé dans des milieux très variés couvrant une large gamme d’altitudes et de latitudes. Cette plante, d’origine aquatique, et donc assez exigeante en eau par rapport à d’autres céréales, est surtout caractérisée par une grande plasticité vis-à-vis de ses conditions d’alimentation hydrique. C’est sur ce point que se fonde la plupart des classifications des types de rizicultures:
❖ Riziculture irriguée, endiguée, avec parfaite maîtrise de l’eau qui occupe la plupart des surfaces, avec environ 53% des surfaces rizicoles (Cirad, 2007). Ce type de riziculture est rencontré au niveau de la vallée du Fleuve Sénégal et au Sud du pays vers la région de Kolda. Les recherches réalisées au sein de la station Régional Sahel d’Africa Rice, basée à Saint Louis, sont essentiellement axées sur ce type de riziculture.
❖ Riziculture inondée (bas-fonds), endiguée, sans maîtrise de l’eau qui peut être subdivisée en plusieurs catégories en fonction des risques plus ou moins élevés de sécheresse et/ou de submersion et de la hauteur d’eau dans la parcelle. Ce type de riziculture représente 25% des surfaces rizicoles (Cirad, 2007).
❖ Riziculture pluviale dont l’alimentation hydrique dépend uniquement de la pluviométrie ou de la présence d’une nappe éventuelle. Ce type de riziculture représente 13% des surfaces en Asie mais respectivement 60 et75% en Afrique et en Amérique Latine. Au Sénégal, ce type de riziculture est possible uniquement vers le Sud et un peu vers le Centre. De nouvelles variétés (NERICA) pour cette écologie ont été développées par les chercheurs d’Africa Rice. Cette découverte a été une véritable révolution en permettant aux producteurs de diversifier leur culture.
❖ Riziculture flottante, qui suit la crue des grands fleuves, est la moins importante. Cette écologie est surtout observée dans les pays asiatiques.
Historique de l’amélioration génétique du riz
Les premières stations d’amélioration variétale du riz ont été établies au début du XXème siècle en Chine, en Inde et au Japon (Khush, 1987). Les activités qui y étaient conduites concernaient surtout la sélection massale au sein de populations mais quelques hybridations ont été réalisées, sans grand impact jusqu’à la fin des années 50. Le potentiel génétique a fait un bond exceptionnel à la fin des années 50 avec la découverte d’un mutant naturel semi-nain, Dee-geo-woo-gen, qui a été depuis très largement utilisé comme donneur de semi-nanisme. La mutation concernait les gènes d1 qui code pour une gibbérelline-oxydase (Sasaki et al, 2002). En 1956, les sélectionneurs de Taiwan créent la variété Taichung native1 qui sera utilisée comme parent par les sélectionneurs de l’IRRI (établie aux Philippines en 1960) pour produire IR8, vulgarisé en 1966. A l’époque, le principal objectif des programmes de sélection étaient l’amélioration des rendements pour la riziculture irriguée. Les variétés traditionnelles de rizicultures irriguées étaient peu productives, même et surtout en conditions de fertilité, du fait de leur grande taille et de leur sensibilité à la verse, de tiges fragiles, d’un tallage abondant mais peu fertile. Les variétés semi-naines résistent beaucoup mieux à la verse, ont moins de talles improductives, ont une bonne réponse aux engrais et un meilleur indice de récolte. Leur productivité est de 2 à 3 fois plus élevée que les variétés traditionnelles. Ces variétés ont été immédiatement adoptées par les paysans et couvrent désormais l’essentiel des surfaces consacrées à la riziculture irriguée. L’impact de la révolution verte est dû à un changement de variété mais également à l’adoption par les paysans des techniques culturales permettant de valoriser le potentiel de rendement de ces variétés semi-naines. Certains évaluent à 50% la part due à l’amélioration génétique dans l’amélioration globale de la productivité (Phillips, communication personnelle). Dès les années 70, les sélectionneurs ont cherché d’autres voies pour accroître encore le potentiel de rendement qui semblait avoir atteint un plafond. Ils se sont donc intéressés à la création du riz hybride F1. Les Chinois ont été les premiers à en développer et ont vulgarisé le premier hybride en 1975. Les hybrides F1 produisent en moyenne 1 t/ha de plus que les lignées pures en raison d’un accroissement de la biomasse de la plante, du nombre de grains par panicule et, dans une plus faible mesure, du poids de mille grains. Les riz hybrides ont été un réel succès en Chine puisqu’ils couvraient 15,8 millions d’hectares en 2001 soit 54% des surfaces environ (World Rice Statistic, 2005). Leur utilisation dans d’autres pays a nécessité le développement de lignées mâles stériles adaptées et a donc été plus tardive, mais des riz hybrides sont désormais cultivés en Inde, Bangladesh, Vietnam, Indonésie, et Philippines. Les systèmes de stérilité mâle utilisés ont été d’abord géno-cytoplasmiques, puis géniques, en exploitant la thermosensibilité de certaines lignées, ce qui diminue les contraintes sur le choix des parents. Le Cirad a exploré au Brésil l’utilisation des caractères d’allogamie d’Oryza longistaminata (longs stigmates) pour favoriser la pollinisation croisée et faciliter la production de semences (Taillebois, 1983). Les hybrides F1 cultivés actuellement sont tous de nature intragroupe, soit intra japonica, soit intra indica. Or l’hétérosis attendu est plus élevé dans les combinaisons indica x japonica (20% en moyenne mais pouvant atteindre 40%). Ces combinaisons étant souvent partiellement stériles, des gènes dits de “compatibilité étendue” doivent alors être utilisés pour s’assurer de la bonne fertilité de l’hybride tout en exploitant une base génétique la plus large possible. Seules les rizicultures intensives sont à même de valoriser ce type de matériel génétique. Les hybrides F1 sont donc surtout destinés à la riziculture irriguée. Le Cirad a, toutefois, entrepris un programme de création de riz hybrides pour la riziculture pluviale intensive qui se pratique au Brésil (Taillebois, 1988). Des résultats récents ont, en effet, montré que la formule hybride procure aussi une meilleure tolérance aux contraintes hydriques. Pour réduire le coût de production des semences et les mettre à la portée des petits agriculteurs, l’exploitation de l’apomixie a été envisagée mais aucune source n’a été trouvée ni chez Oryza sativa ni chez les espèces sauvages polyploïdes du même genre (Khush et al, 1994). Les autres approches (mutation, clonage du gène chez d’autres espèces, ingénierie génétique) n’ont pour l’instant pas abouti à des résultats utilisables (Bennett et al, 2000).
Processus de sélection du riz hybride
Le riz est une culture strictement autogame dans la mesure où il y’a peu de chances (0- 4%) que du pollen provenant d’une autre plante n’atteigne le stigmate. C’est pourquoi, pour développer le riz hybride commercial, l’utilisation du mâle stérile est essentielle. La stérilité mâle génétique ou non génétique signifie mettre le pollen non viable sur les épillets de riz qui sont incapables de produire des graines par autofécondation. Ainsi, une lignée mâle stérile peut être utilisée comme parent femelle d’un hybride. Ces variétés hybrides sont générées soit à travers le système des trois lignées hybrides ou le système des deux lignées hybrides; le premier est obtenu à partir de la stérilité mâle cytoplasmique (CMS) et le second à partir de la stérilité mâle génétique (GMS). Il existe trois types majeurs de CMS Wild -abortive (WA), Hong Lian(HL) and Baro-II (BT) et deux types de GMS photopériode-sensitive (PGMS) et température-sensitive (TGMS). Le CMS (Cytoplamic Male Sterility) est causé par une interaction entre les facteurs génétiques présents dans le cytoplasme et le noyau. L’absence de facteur induisant la stérilité soit dans le cytoplasme ou dans le noyau rend une lignée mâle fertile. Les sources de CMS peuvent être identifiées dans des croisements réciproques (Backcross) inter-variétaux et des croisements interspécifiques. Les croisements entre des espèces sauvages et des variétés cultivées peuvent aussi aider à identifier des nouvelles sources CMS. Une lignée CMS est toujours multipliée par croisement avec sa lignée mainteneur soit dans la chambre de croisement (pour produire une petite quantité de semences) ou dans une parcelle isolée (pour produire une grande quantité de semences). Puisque la lignée CMS est toujours multipliée par croisement avec sa lignée mainteneur, les deux lignées (A et B) sont morphologiquement similaires sauf que la lignée A est mâle stérile et la lignée B est mâle fertile. Occasionnellement, les deux lignées peuvent montrer des différences dans certains traits morphologiques et agronomiques qui sont influencés par les facteurs du cytoplasme induisant la stérilité mâle. Le restaurateur ou la lignée R possède des gènes dominants restaurateurs de fertilité. Quand cette lignée R est croisée avec une lignée CMS, la fertilité est restaurée dans l’hybride F1 obtenu. Les hybrides développés en utilisant ce système de stérilité mâle sont connus comme hybrides de trois lignées .
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Table des matières
INTRODUCTION
SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE
1. Généralités sur le riz
2. Historique de l’amélioration génétique du riz
3. Processus de sélection du riz hybride
4. Applications de la Biotechnologie dans la sélection du riz hybride
4.1. Analyse des gènes restaurateurs de fertilité dans le riz
4.2. Le marquage de 4 locus restaurateurs de fertilité pour le système WA-CMS dans le riz
4.3. L’application des marqueurs moléculaires pour l’identification des restaurateurs
MATERIEL ET METHODES
1.Expérimentation dans les parcelles
1.1. Présentation de la station expérimentale de Ndiaye
1.2. Matériel végétal
1.3. Dispositif expérimental
1.4. Conduite de la culture
1.5. Observations et mesures
2. Analyse moléculaire
2.1. Collecte des feuilles
2.2. Extraction de l’ADN et purification
2.3 Amplification de l’ADN, électrophorèse et Visualisation
RESULTATS
1. Analyse des amplifiats
2. L’analyse des marqueurs moléculaires
DISCUSSION
CONCLUSION ET PERSPECTIVES
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
