Les principales contraintes de l’agrumiculture

Origine géographique et histoire des Agrumes

Le centre d’origine des agrumes est reconnu unanimement très vaste, ainsi, il inclut le Sud de la Chine, le Nord-Est de l’Inde, la Péninsule Indo-Chinoise et la Birmanie, mais la localisation du premier centre d’origine reste controversée. Ce centre d’origine varie, selon les chercheurs, de la région montagneuse du Sud de la Chine et du Nord-Est de l’Inde (Tolkowsky, 1938) jusqu’au Nord-Est de l’Inde et Burma (Tanaka, 1954) ou jusqu’à la Province de Yunnann de la Chine (Gmitter & Hu, 1990). La culture des espèces du genre Citrus remonte à plusieurs milliers d’années dans le Sud-Est de l’Asie puis a reconnu une diffusion dans le monde (Figure 1). La culture des agrumes a connu une part de l’histoire ancienne de la Chine et des histoires sur la mandarine et le pamplemousse ont été mentionnées dans le chapitre “Tribute to Yu” (2205– 2197 avant Jésus-Christ (J.C)). De même, la collection religieuse de l’Inde “Vajaseneyi sambita” écrite en 800 ans avant J.C, a abordé cette culture en décrivant les cédrats et les citrons.

Les cédrats sont les premières espèces reconnues dans le Bassin Méditerranéen, probablement introduits de la Perse et de la Grèce à partir de l’Inde par Alexandre le Grand aux environs 300 ans avant J.C. Les mosaïques antiques témoignent la connaissance des citrons par les Romains aux environs 100 ans avant J.C sans avoir de preuves de culture de ce fruit. Lors de l’expansion de l’Empire Arabe, dans le dixième et l’onzième siècle, les arabes ont diffusé les agrumes dans l’Europe et l’Afrique du Nord. Les cédrats, les oranges amères, les citrons, les limes et les pamplemousses ont été décrits dans les livres du Xe et XIe siècle de l’Espagne. Au début du XVe siècle les premières cultures de l’orange douce ont été élaborées en Europe, probablement introduite par les Génois, mais elles n’ont pas été diffusées qu’à la sélection de nouvelles espèces par les Portugais au début du XVIe siècle.

Alors que les mandarines cultivées au Sud-Est Asiatique n’ont été introduites en Europe qu’au XIXe siècle (Ollitrault & Navarro, 2012). Au Japon, la présence des agrumes date du premier siècle et même, certaines espèces ont été introduites en Chine et d’autres pays voisins par une expédition japonaise. Les agrumes ont été introduits en Amérique par Christopher Columbus dans son deuxième voyage en 1483. Il a pris des graines des oranges, des citrons et des cédrats à l’île Hispaniola et à partir de laquelle les fruits ont été diffus vers les autres îles de l’Amérique Centrale. Entre 1515 et 1565, des explorateurs espagnols ont introduits les agrumes à la Floride et approximativement durant la même période, les Portugais ont introduits les agrumes au Brésil. En 1654, les Portugais les ont introduits à l’Afrique de l’Ouest et la colonie Hollandaise a introduit les oranges douces à l’Afrique du Sud.

La famille des Aurantioideae

La famille des Rutaceae compte 158 genres et 1900 espèces (Mabberley, 2008). Elle regroupe sept sous familles dont fait partie les Aurantioideae (Engler, 1931) considérés comme la plus riche sous famille (Thorne, 2000). Selon la classification de Swingle & Reece (1967) largement adoptée par la communauté scientifique de la recherche des Agrumes, les Aurantioideae regroupent 33 genres et 210 espèces. Cette sous famille est subdivisée en deux tribus : les Clauseneae qui forment cinq genres et les Citreae 28 genres (Figure 2). Swingle & Reece (1967) pensent que la tribu des Clauseneae contient les genres les plus primitifs des Aurantioideae. En se basant sur leur classification, la tribu des Clauseneae regroupe trois sous-tribus : les Micromelineae (un seul genre), les Clauseninae (trois genres) et les Merrillinae (un seul genre). Ainsi, toutes les espèces appartenant à la tribu des Clauseneae n’ont pas d’épine axillaire et possèdent des feuilles imparipennées avec une foliole alternativement attachée au rachis. Les fruits, sauf chez le genre Merrilla, sont généralement petits, demi-secs ou aux baies juteuses. Merrilla est le seul genre de la sous famille des Aurantioideae possédant des fleurs zygomorphiques (Figure 2).

Quant à la tribu des Citreae, elle regroupe : les Triphasilinae (huit genres), les Balsamocitrinae (sept genres) et les Citrinae. Ainsi, toutes les espèces de cette tribu développent des épines axillaires, individualisées ou jumelées et parfois courbées comme chez les genres Luvunga et Paramignya. La simplicité de leurs feuilles typiques unifoliées ou trifoliées les distingue des Clauseneae. Mais, quelques genres (Feronia, et Hesperthusa) de la tribu des Citreae présentent des feuilles imparipennées avec une foliole inversée. La soustribu des Citrinae est considérée la plus importante ; elle est distinguée des autres soustribus par la présence de vésicules de pulpes dans leurs fruits. Cette sous-tribu contient trois groupes : les genres à fruits primitifs (cinq genres), les genres à fruits proches des agrumes (deux genres) et les genres des agrumes vrais (six genres). Ce dernier groupe inclut l’ensemble des formes cultivées et compte le genre Citrus L. et les genres qu’y sont reliés : Fortunella Swingle, Microcitrus Swingle, Eremocitrus Swingle, Clymenia Swingle and Poncirus Raf. (Swingle & Reece, 1967 ; Krueger & Navarro, 2007 ; Morton et al., 2008) (Figure 2). Ainsi, la classification des tribus et des sous-tribus de la sous famille des Aurantioideae a été un débat critique. En effet, Tanaka (1936) a subdivisé la sous famille en huit tribus et huit sous-tribus formant 28 genres alors qu’Engler (1931) a regroupé l’ensemble de la sous famille en une seule tribu appelée Aurantieae subdivisée en deux sous-tribus : Hesperethusinae (16 genres) et Citrinae (13 genres). Récemment, Mabberley (1997) a fusionné Eremocitrus, Fortunella, et Microcitrus avec Citrus et a suggéré que Poncirus doit rester un genre à part. Cependant, ces différentes classifications ont été basées sur des caractères morphologiques. Dans cette dernière décennie, l’outil moléculaire était performant dans la clarification des liens de parenté de la sous famille des Aurantoideae.

Le genre Citrus L.

La plupart des agrumes cultivés font partie du genre Citrus qui, selon les taxonomistes, regroupe entre 16 (Swingle & Reece, 1967) et 156 espèces (Tanaka, 1961). La classification de Swingle & Reece (1967), basée sur la comestibilité des fruits, distingue entre le sous genre des Eucitrus, où tous les taxons cultivés sont regroupés, et le sous genre des Papeda. Le sous genre dernièrement cité est constitué de six espèces : Citrus micrantha Wester, Citrus ichangensis Swing. , Citrus hystrix (D.C.), Citrus latipes Swing. (Tan.), Citrus celebica Koord et Citrus macroptera Montr. (Satkara). Le sous genre Eucitrus comprend dix espèces cultivées: Citrus medica L. (Cédrat), Citrus aurantium L. (Bigarade), Citrus sinensis (L.) Osb. (Orange douce), Citrus limon (L.) Burm. (Citron), Citrus aurantifolia (Christm) Swing. (Lime), Citrus maxima (Burm.) Merr. (Pamplemousse), Citrus paradisi Macf. (Pomelo), Citrus reticulata Blanco (Mandarine) Citrus indica Tan. et Citrus tachibana (Mac.) Tan. Les deux dernières espèces sont moins importantes sur le plan horticole. La taxonomie de Tanaka (1961) est beaucoup plus détaillée que celle adoptée par Swingle & Reece (1967). En effet, Tanaka a subdivisé le genre Citrus en deux sous genres :

Archicitrus et Metacitrus.

Ainsi, les principales différences entre la classification de Swingle & Reece et celle de Tanaka concernent les citrons, les limes et les mandarines. Cette classification relativement complexe résulte de l’association d’une large diversité morphologique, d’une compatibilité sexuelle interspécifique totale au sein du genre et de l’apomixie. Cette forme d’apomixie, fixant les structures génétiques complexes à travers la propagation de la graine, a conduit certains taxonomistes à considérer les familles clonales d’origine interspécifique comme de nouvelles espèces.

Origine génétique des taxons de base Scora (1975) et Barrett & Rhods (1976), ont proposé l’existence de trois espèces de base du genre Citrus en se basant sur des descripteurs morphologiques: Citrus maxima (le pamplemoussier), Citrus medica (le cédratier) et Citrus reticulata (le mandarinier) à partir desquelles provenaient tous les agrumes cultivés. La forte organisation de la variabilité phénotypique autours de ces trois taxons de référence a été en outre confirmée par des caractères morphologiques végétatifs (Ollitrault et al., 2003) et la composition en caroténoïdes (Fanciullino et al., 2006). Des études protéiques (Handa et al. 1986), isoenzymatiques (Herrero et al. 1996, 1997 ; Ollitrault et al., 2003) et moléculaires: RFLPs, RAPDs (Federici et al., 1998 ; Nicolosi et al., 2000 ; Fanciullino et al., 2007 ) , SSRs (Luro et al., 2001 ; Barkley et al., 2006 ) et plastomiques (Green et al., 1986) ont validé cette hypothèse.

La différentiation entre ces taxons interféconds et isolés géographiquement pourrait être expliquée par la spéciation allopatrique par effet fondateur. Le pamplemousse originaire de l’Archipel Malais et de l’Indonésie, le cédrat évolué au Nord-Est de l’Inde et les régions voisines de la Birmanie et de la Chine quant à la mandarine diversifiée dans les régions de la Vietnam, le Sud de la Chine et au Japon (Scora, 1975 ; Webber, 1967). Des études postérieures (Federici et al., 1998; Nicolosi et al., 2000 ; Ollitrault et al., 2012) ont montré la contribution de Citrus micrantha (la papeda) dans l’apparition de nouvelles variétés du genre Citrus spécifiquement le citron vert et l’ont considéré ainsi comme le quatrième taxon de référence. Par ailleurs, toutes les autres espèces cultivées apparaissent par une recombinaison entre les quatre taxons de base.

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Table des matières

Introduction Générale
Etude Bibliographique
1.Origine géographique et histoire des Agrumes
2.Etude Botanique et description morphologique
2.1 La famille des Aurantioideae
2.2 Le groupe des Agrumes vrais
2.3 Le genre Citrus L.
2.3.1 Origine génétique des taxons de base
2.3.2 Origine génétique des variétés secondaires
3.L’information génétique chez les agrumes : Structure, Ploïdie et Mode de transmission
4.Importance économique et distribution géographique
4.1 A l’échelle mondiale
4.2 A l’échelle nationale
4.Les principales contraintes de l’agrumiculture
5.L’amélioration des agrumes
6.1 Principaux objectifs
6.2 Atouts et facteurs limitants
7.Application des marqueurs génétiques chez les Agrumes
7.1 Evolutions des techniques moléculaires et étude de la diversité génétique .
7.2 Applications à l’étude des taux d’apomixie
7.3 Application aux études phylogénétiques
7.3.1 Phylogénie chloroplastique
7.3.2 Phylogénie nucléaire
7.4 Application à la cartographie génétique
7.5 Application à l’étude du déterminisme génétique des caractères (QTL)
8.Progrès récents dans le domaine de la génomique chez les Agrumes
8.1 Les séquences de référence complète du génome
8.2 Re-séquençage et décryptage des structures génomiques interspécifiques
8.3 Puce à ADNs et étude de l’expression du génome
8.4 Les promesses de la GBS pour un décryptage des structures génomiques
étendues à l’ensemble des collections et des populations recombinantes
Matériel & Méthodes
1.Matériel végétal et séquences utilisées
1.1 Analyse de l’espaceur intergénique trnL(UAA)-trnF(GAA)
1.2 Analyse basée sur les marqueurs moléculaires SNPs associée au génotypage par la PCR compétitive allèle-spécifique (KASPar)
1.2.1 Sélection des séquences chloroplastiques
1.2.2 Matériel végétal utilisé pour l’analyse des données KASPar
1.3 Analyse baseé sur la Technique de Génotypage par Séquençage (GBS)
2.Etude du polymorphisme moléculaire et méthodes utilisées
2.1 Amplification de l’espaceur intérgenique trnL(UAA)-trnF(GAA)
2.2 Le séquençage selon la technique de Sanger
2.3 Génotypage par la méthode KASPar™
2.4 La technique de génotypage par séquençage (GBS : Genotyping By Sequencing)
2.4.1 Préparation des librairies et séquençage
2.4.2 L’appel des génotypes SNPs et InDels
3.Analyse IN SILICO des séquences de l’espaceur intergénique trnL(UAA)– trnF(GAA)
3.1 Vérification de l’identité des séquences
3.2 Visualisation, correction et alignement des séquences
3.3 Identification et annotation des séquences du pseudogène trnF(GAA)
3.4 Taille, composition nucléotidique et identification des différents types de mutations au niveau des séquences étudiées
5.Identification et sélection des SNPs
5.Paramètres génétiques
5.1 Diversité haplotypique
5.2 Diversité nucléotidique
5.3 Le contenu informatif du polymorphisme (PIC)
5.4 La fréquence allélique F
5.5 Le taux d’hétérozygotie observé et attendue
5.6 Indice de fixation FIS de Wright
5.7 Analyse de la différenciation génétique
5.7.1 Indice de différentiation génétique FST
5.7.2 Indice de différentiation génétique GST
5.7.2.1 Méthode utilisée pour l’analyse des données KASPar
5.7.2.2 Méthode utilisée pour l’analyse des données GBS
5.7.3 Le coefficient de différenciation génétique NST
5.7.4 Flux de gènes et nombre de migrants efficaces Nm
5.8 Analyse cladistique
5.8.1 La méthode du plus proche voisin (NJ : Neighbor-joining)
5.8.2 La méthode de regroupement non pondéré par paire avec moyenne arithmétique : UPGMA
5.9 Analyse factorielle sur tableau de distances6
6.Etude de l’évolution moléculaire
6.1 Test de Tajima
6.2 Test de Fu & Li
6.3 Test de neutralité de Fu
Résultats & Discussions
Chapitre I : Etude du polymorphisme génétique, de la phylogénie et de l’évolution moléculaire de l‘espaceur intergénique trnL(UAA)–trnF(GAA) de l’ADN? chloroplastique chez les espèces tunisiennes du genre Citrus
1.Amplification de l’espaceur intergénique trnL(UAA)–trnF(GAA)
2.Séquençage de l’espaceur intergénique trnL(UAA)–trnF(GAA) de la région non codante chloroplastique
2.1 Vérification de l’identité des séquences par BLAST
2.2 Analyse in silico des séquences de l’espaceur intergénique trnL(UAA)-trnF(GAA)
2.2.1 Variation de la longueur et de la composition nucléotidique des séquences trnL(UAA)-trnF(GAA)
2.2.2 Diversité génétique
2.2.3 Analyse phylogénétique de l’espaceur trnL(UAA)-trnF(GAA)
2.2.4 Analyse du pseudogène trnF(GAA)
2.3 Evolution moléculaire
2.3.1 Les tests de Tajima’s et de Fu & Li
2.3.2 La statistique de Fu
2.3.3 Analyse de la différenciation génétique
Conclusion
Chapitre II : Elaboration d’une clé moléculaire taxonomique de la sous famille des Aurantioideae en utilisant les marqueurs moléculaires SNPs diagnostiques des principaux clades génotypés par la PCR compétitive allèle-spécifiqueIdentification des SNPs des clades spécifiques
2.Analyse KASPar
2.Utilité et complémentarité de l’analyse KASPar/SNPs diagnostiques par rapport à d’autres marqueurs moléculaires
Conclusion
Chapitre III : Révélation des structures interspécifiques C. maxima/C. reticulata au niveau des génomes des variétés de mandariniers modernes et des hybrides de mandariniers par la technique du Génotypage par Séquençage (GBS)
1.Recherche des marqueurs diagnostiques de la différenciation de C. maxima /C. reticulata
2.Appel des génotypes et diversité variétale
Diversité entre les mandarines et les pamplemousses et recherche de polymorphismes diagnostiques de la différenciation de C. reticulata/C. maxima
3.Introgression interspécifique chez les variétés représentatives des mandarines et des pamplemousses
4.Structure phylogénomique des variétés modernes
5.1 Validation de l’approche GBS pour décrypter les structures phylogénomiques par l’analyse de quatre variétés précédemment analysées par WGS (Wu et al., 2014)
5.2 Les structures phylogénomiques des variétés représentatives des taxons de base C. reticulata et C. maxima
5.3 Les structures phylogénomiques des mandarines hybrides, tangors, tangelos, pomelos et orangelos
Conclusion
Discussion et Conclusions générales & Perspéctives
Références Bibliographiques
Annexes