Soutenance mémoire
Les agrumes
Origine et diffusion
Les agrumes – dérivant du latin médiéval acrumen – ou encore « citrus » pour les Anglais et son dérivé « cítricos » pour les Espagnols (Ollitrault, Desmaret, & Griffon, 2000) représentent principalement les fruits acides (Couplan, 2012). Ce sont généralement des arbres de petite taille pouvant varier de 4 à 12m de haut. Leur feuillage peut être trifolié ou monofolié en fonction du genre auquel ils appartiennent.
L’origine géographique des agrumes est très controversée (Wu et al., 2018). Ils seraient originaire des régions tropicales et subtropicales d’Asie (Webber, 1967). Les mouvements humains vont les répartir dans les autres régions propices à leur croissance. Dans le bassin méditerranéen, le cédratier (Citrus medica L.) est le premier agrume importé au IIIème siècle av. JC, sûrement par l’armée d’Alexandre le Grand. Il sera utilisé en pharmaceutique, en cosmétique et sert d’arbre ornemental. Puis entre le Xème et XIIème siècle dans le bassin méditerranéen, les Portugais et les Génois auraient introduit d’autres agrumes tels que le bigaradier, les orangers et les citronniers. Des écrits décrivant ces agrumes ont été retrouvés en Espagne à cette période. Les premières cultures d’oranges sont apparues en Europe au cours du 15ème siècle. Les mandarines sont, quant à elles, arrivées plus tard au cours du 19ème siècle (Ollitrault & Navarro, 2012). Aujourd’hui le bassin méditerranéen est devenu une zone importante de la production d’agrumes frais. En 1493, Christophe Colomb introduira dans la Caraïbe de nombreuses graines d’agrumes, elles seront ensuite réparties aux États-Unis d’Amérique (USA), Brésil et le reste de l’Amérique (Camille Jacquemond et al., 2013). En Afrique, l’apparition des agrumes a été plus tardive. En effet, ils ont été introduits par les portugais en Afrique de l’Ouest au 17ème siècle. En parallèle, les hollandais les ont importés en Afrique du Sud. Les premiers citrons et oranges ont été transportés du Brésil vers l’Australie en 1769 par les colons .
Aujourd’hui, les cultures d’agrumes sont concentrées sur une étendue géographique comprise entre le 44ème parallèle Nord et le 40ème parallèle Sud, le climat adéquat étant tropical ou tempéré (Janick, 2005).
Taxonomie des agrumes
La classification des agrumes est riche et a été très discutée à la fin des années 60. Tanaka, (1961), identifie 156 espèces tandis que Swingle et Reece, (1697) en identifient seulement 16. Les agrumes ont la particularité d’être compatibles entre espèces et genres. Ceci explique la très grande complexité d’établir une classification. Les agrumes font partie de la famille des Rutaceae (Luro et al., 2018) qui comporte 1600 espèces et 160 genres séparés en 7 sous familles. Les agrumes appartiennent à la sous famille des Aurantioideae et c’est elle qui entraine un certain débat. En effet, Swingle et Reece, (1697) s’accordent pour bien intégrer les agrumes à cette sous-famille. Cette sous famille est elle-même composée de deux tribus les Clauseneae, qui serait une sous-tribu plus primitive que la 2ème sous tribu, les Citreae. Les agrumes appartiennent à la tribu des Citreae qui comprend trois sous tribus dont celle des Citrineae. Cette sous tribu est elle-même composée de trois groupes dont celui qui nous intéresse les « agrumes vrais ». Ce dernier groupe est représenté par 6 genres botaniques : Citrus, Clymenia, Fortunella, Poncirus, Eremocitrus, Microcitrus. Néanmoins, les récents travaux de Wu et al., (2018) remettent en question les réflexions taxonomiques et phylogénétiques indiquant une possible reformulation du genre Citrus. Dans cette étude, après analyse des séquences et de la phylogénie du génome entier du genre Poncirus, il semblerait qu’il soit un genre distinct de celui du genre Citrus. De plus, les genres Fortunella, Eremocitrus et Microcitrus seraient considérés comme des espèces du genre Citrus et non comme des genres apparentés. Parmi le genre Citrus est retrouvé 4 grands taxons ancestraux : Citrus micrantha, Citrus medica, Citrus reticulata et Citrus maxima donnant ainsi la plupart des espèces d’agrumes cultivés. Le genre Citrus représente également le genre le plus diversifié (oranges, citrons, cédrats, mandarines, limes, pomelos, bigarades, etc…) .
Les porte-greffes
Dans l’agrumiculture, et de façon plus générale dans l’agriculture, l’utilisation de portegreffes est essentielle. Un porte-greffe est défini comme un végétal sur lequel un greffon (variété d’intérêt) y sera implanté. Les porte-greffes peuvent être multipliés par culture in vitro, par bouturage ou encore par semis. Cependant, du fait de leur polyembryonie, certaines variétés de porte-greffes peuvent être multipliées à l’identique par semis, avec des pourcentages de conformité génétique différents (Camille Jacquemond et al., 2013) .
Depuis plus d’un siècle, les agrumes ne sont plus cultivés de franc de pied. En effet, ils sont cultivés greffés avec des porte-greffes qui vont leur conférer des propriétés amenant à certaines caractéristiques de tolérances face à l’environnement (Allario et al., 2011; Khalid et al., 2020; Oustric et al., 2017; Ruiz et al., 2020) ou encore à des maladies telles que la tristeza (Jacquemond et al., 2013). Cette association a connu un large succès et aujourd’hui la grande majorité́ des agrumes sont cultivés de manière bi-composite dans les systèmes de production : une variété́ possédant des qualités relatives à la partie aérienne (appelée « greffon ») est greffée sur une autre variété́ reconnue pour ses qualités racinaires (le « porte-greffe »). Chez les agrumes, les caractères juvéniles lorsque l’arbre est planté par semis persistent plusieurs années : branches épineuses, arbre très vigoureux avec un port dressé et au final entrée en production tardive (Cameron & Frost, 1968). Plusieurs espèces et variétés d’agrumes n’ont qu’une faible résistance au froid ou à certaines maladies du sol, pas ou peu de tolérance à la salinité́ ou au déficit hydrique qui constituent pourtant des qualités intrinsèques souhaitables pour leur survie (Bitters, 1986). L’idée d’associer des variétés d’agrumes possédant ces qualités d’adaptation avec d’autres variétés plus sensibles mais de bonne qualité fruitière est née au XIIème siècle en Espagne. A l’époque, l’objectif était essentiellement de se prémunir contre les attaques de Phytophthora spp. (Phytophthora citrophthora et Phytophthora parasitica) une maladie de dégénérescence causée par un champignon du sol (Duportal et al., 2013). Le greffage permet ainsi de réunir deux plantes génétiquement différentes en une, en valorisant leurs caractères respectifs. De plus, les caractères juvéniles induits par le semis sont inhibés lors de la multiplication par greffage. La principale contrainte est alors la notion de compatibilité́entre le greffon et le portegreffe. Les cultivars d’agrumes sont multipliés par voie végétative par greffage pour maintenir l’intégrité du cultivar souhaité tandis que les porte-greffes sont multipliés par graines (polyembryonnées) et sont sélectionnés pour leurs résistances aux maladies et aux nématodes. Plusieurs recherches ont aujourd’hui démontré́ les multiples avantages procurés par cette pratique. Les caractéristiques pouvant être induites par l’association porte-greffe/greffon sont notamment :
– La tolérance de certaines associations à des maladies (Citrus Tristeza Virus, Citrus exocortis viroid),
– La résistance aux bioagresseurs du sol (phytophthora, nématodes),
– L’adaptation à la physique et chimie du sol (tolérance à la salinité́, à la sécheresse, au calcaire, à l’hydromorphie) (Allario et al., 2013; Khalid et al., 2020; Oustric et al., 2017),
– L’influence sur la vigueur et la productivité́, avec une rapidité́ de mise à fruits de la partie greffée (Jayswal & Lal, 2020),
Cette utilisation de porte-greffes a montré l’impact de ces derniers dans différents travaux sur la pastèque (Yan et al., 2018), les poivrons (Penella et al., 2015) vis-à vis du stress salin.
D’autres travaux chez les agrumes (Allario et al., 2013) et le tabac (Liu et al., 2014) ont montré l’efficacité de certains porte-greffes face à la sécheresse et donc au déficit hydrique. Un nombre restreint de porte-greffes est actuellement utilisé à travers le monde possédant chacun des qualités propres (Citrus volkameriana, Bigaradier, Limettier Rangpur, Citrange carrizo, Citrumelo swingle, Poncirus trifoliata, Mandarinier Cléopâtre…) (Stover & Castle, 2002). Aujourd’hui, du fait de sa tolérance au virus de la tristeza (CTV) et des températures froides, le porte greffe Citrumelo Swingle 4475 (Citrus paradisi Macf. x Poncirus trioliata (M/) Raf.) est un des porte-greffes les plus utilisés dans le monde (Amérique centrale, Afrique du Sud, Australie, etc.).
Contexte économique
En 2016, c’est plus de 124 milliers de tonnes (Mt) d’agrumes qui sont produits dans le monde (FAO, 2017). Malgré des baisses de production au fil des années, la production mondiale d’agrumes de 2019 à 2020, toutes espèces confondues, s’élève à plus de 110Mt/an en Europe, sur une superficie de 7,5 millions d’hectares environ. Les oranges dominent le marché du fruit frais en représentant environ 60% de la production totale d’agrumes. Il est escompté que la production d’oranges devrait augmenter de 3,6 Mt pour la période 2020/2021. Les tangerines, mandarines, clémentines et satsumas comptent pour 23% du volume mondial. Environ 13,7 Mt de citrons et de limes, ainsi que 4,4 Mt de pamplemousses et pomelos sont produits annuellement. Néanmoins, la production globale des limes devrait, elle, baisser et atteindre les 8,3 Mt en 2021 (USDA, 2021). Toutefois, depuis plusieurs années, l’agrumiculture est en danger en raison de différentes contraintes abiotiques (sécheresse, salinité des sols, etc.) ou encore biotiques (maladies, ravageurs). A ce jour, l’une des plus grandes contraintes pour l’agrumiculture reste la maladie du Huanglongbing (HLB, encore appelée Citrus greening) qui, depuis une quinzaine d’années, ne cesse de progresser dans le monde.
Le HLB a entrainé au fil des années un impact économique important. Cette bactériose est l’une des maladies les plus destructrices des agrumes. Dès qu’il est établi, lutter contre le HLB pour maintenir une production continue d’agrumes s’avère difficile et coûteux (Li at al., 2020). Les pertes dues à la maladie peuvent être très importantes (Gottwald, 2010) comme c’est le cas en Floride où la chute de production est estimée à près de 80% (Albrigo & Stover, 2015). Dans certains cas, des parcelles entièrement infectées ont conduits à des pertes totales de récoltes. Une étude faite en 2016 indique que la plupart des comtés de Floride présentaient une perte de 90 à 100% de production due au HLB (Neupane & Moss, 2016). Les pertes économiques signalées en Inde, aux Philippines sont la traduction de l’infection par le HLB de plus de sept millions d’arbres. En Thaïlande et Taïwan, ce sont près de trois millions d’arbres qui ont été infectés par la bactérie responsable de la maladie. En Indonésie, les plantations ont été abandonnées ou ont disparu dans leur totalité (FAO, 2003). Une relation significative a pu être mise en évidence entre la sévérité du HLB et la perte d’agrumes au Brésil (Bassanezi et al., 2011).
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Table des matières
INTRODUCTION
1. SYNTHÈSE BIBLIOGRAPHIQUE
1.1. Les agrumes
1.1.1. Origine et diffusion
1.1.2. Taxonomie des agrumes
1.1.3. Les porte-greffes
1.1.4. Contexte économique
1.1. Polyploïdie
1.1.1. Généralités
1.1.2. Impact de la polyploïdie chez les agrumes
1.2. Mécanisme de défense de la plante
1.2.1. Le stress oxydant
1.2.1.1. Les espèces réactives de l’oxygène (ROS)
1.2.1.2. Mécanisme de défense antioxydant
1.2.2. Réaction d’hypersensibilité (HR) et réaction systémique acquise (SAR)
1.2.3. Acide jasmonique (JA) et éthylène (ET)
1.2.4. Acide abscissique (ABA)
1.3. Le Huanglonbing
1.3.1. Histoire et origine
1.3.2. Agents pathogènes et vecteurs de la maladie du Huanglongbing
1.3.3. Stratégie de lutte contre le HLB
1.3.3.1. Lutte chimique
1.3.3.2. Lutte biologique
1.3.3.3. Implication du génome dans la réponse au Huanglongbing
1.3.4. Symptômes de la maladie
1.3.4.1. Impact de la maladie du Huanglongbing au niveau foliaire
1.3.4.2. Impact du Huanglongbing sur les fruits
1.3.4.3. Impact du Huanglongbing sur le massif racinaire
PROBLÉMATIQUE
2. MATÉRIELS ET MÉTHODES
2.1. Matériel végétal
2.2. Technique Loop Mediated Isothermal Amplification (LAMP)
2.3. Réaction de polymérisation en chaîne quantitative (qPCR)
2.4. Analyses comportement physiologique sur pétioles de limettier Mexicain 2x et limettier Tahiti 3x
2.5. Microscopie Électronique à Balayage (MEB) sur pétioles de limettiers Mexicain 2x ; limettier Tahiti 3x ; racines de Citrumelo Swingle 2x et 4x
2.6. Coloration au bleu d’aniline sur pétioles de limettiers Mexicain 2x ; limettier Tahiti 3x ; racines de Citrumelo Swingle 2x et 4x
2.7. Dosages biochimiques sur pétioles 2x et 3x
2.7.1. Malonaldéhyde (MDA), indicateur de la peroxydation des lipides
2.7.2. Peroxyde de dihydrogène (H2O2), indicateur de stress oxydatif
2.7.3. Catalase (CAT), enzyme du système antioxydant
2.7.4. Ascorbate peroxydase (APX), enzyme du système antioxydant
2.7.5. Ascorbate total (AsA), antioxydant
2.7.6. Dosage de l’amidon
2.8. Dosages des composés phénoliques et analyse électrochimique sur racines de Citrumelo Swingle 2x et 4x
2.9. Hybridation in situ à fluorescence (FISH) sur racines de Citrumelo 2x et 4x
2.10. Extraction d’ARN sur pétioles feuilles de limettiers 2x et 3x et sur racines de Citrumelo 2x et 4x, création de banque et analyse RNAseq
2.10.1. Isolation de l’ADN total, préparation d’ADNc et séquençage
2.10.2. Traitement des données RNAseq
2.10.3. Analyse d’expression différentielle et catégorisation fonctionnelle
2.10.4. Analyse de réseaux de gènes
2.11. Analyse hormonale de feuilles de limettiers Mexicain 2x, Tahiti 3x et sur racines de porte-greffes citrumelo 2x et 4x
3. Chapitre 1 : Specific Physiological and Anatomical Traits Associated With Polyploidy and Better Detoxification Processes Contribute to Improved Huanglongbing Tolerance of the Persian Lime Compared With the Mexican Lime
3.1. Résumé
3.1. Article
3.2. Données complémentaires : analyses des composés de parois cellulaires de feuilles de limettiers Mexicain et Tahiti
3.2.1. La paroi végétale
3.2.1.1. Les pectines
3.2.1.2. Les hémicelluloses
3.2.2. Matériels et Méthodes
3.2.3. Résultats et analyses des composés de paroi cellulaires chez les feuilles de limettier Mexicain et Tahiti
3.2.3.1. Analyse des fractions enrichies en pectines
3.2.3.2. Analyse des fractions enrichies en hémicelluloses
3.2.4. Conclusion
4. Chapitre 2 : Better tolerance to Huanglongbing is conferred by tetraploid Swingle citrumelo rootstock and is influenced by the ploidy of the scion
4.1. Résumé
4.2. Article
5. Chapitre 3 : L’expression des génomes des agrumes polyploïdes est-elle à l’origine de leur meilleure tolérance face au HLB par rapport aux diploïdes ?
5.1. Contexte
5.2. Résultats
5.2.1. Analyse RNAseq
5.2.1.1. Analyse générale
5.2.1.2. Analyse subjective de gènes impliqués dans le développement et la défense des plantes
5.2.1.3. Création de réseaux de gènes issus des feuilles de limettiers 2x et 3x et des racines de porte-greffes 2x et 4x
5.2.2. Résultats des dosages hormonaux
5.2.2.1. Résultats de dosage de phytohormones au niveau des greffons de limettiers diploïdes et triploïdes
5.2.2.2. Résultats des dosages de phytohormones au niveau des racines de portegreffes diploïdes et tétraploïdes
5.2.3. Résultats du métabolome
5.3. Discussion
5.4. Conclusion
6. CONCLUSION GÉNÉRALE
