Taxonomie des Rhizobia

Situation des productions fourragères et pastorales en Algérie

La production fourragère est très limitée en Algérie (Abdelguerfi et Laouar, 2001 ; Abdelguerfi et al., 2008 ; Nedjraoui et Bédrani, 2008). En effet, depuis la période coloniale, les terres pastorales ont subi de sévères dégradations, dues aux effets combinés d’une pression humaine et animale croissante et d’une sécheresse aggravante. Ces dégradations sont accentuées par le contexte d’affaiblissement de la gestion traditionnelle des territoires, provoquées par les changements socio-économiques et politiques et l’absence de mesures appropriées de la part de l’état et ses services techniques, pour substituer aux anciennes règles de gestion du patrimoine pastoral et écologique (Nouad, 2001). Selon Kanoun et al. (2007) l’élevage constitue la première ressource renouvelable et joue un rôle vital dans l’agriculture et l’économie de l’Algérie. Toutefois la rentabilité de ce secteur est conditionnée principalement par l’alimentation fourragère. Abdelguerfi et al, (2008) ont indiqué que les productions fourragères et pastorales sont l’élément clé de la révolution agricole et agro-industrielle dans le monde, alors qu’en Algérie, l’alimentation du cheptel est considérée comme étant un problème crucial limitant la production animale. Adem (2002) estime que le déficit fourrager est de 58% en zone littorale, 32% en zone steppique et 29% au Sahara. Merouane (2008) et Hamadache (2001) ont reporté que les ressources fourragères en Algérie se composent essentiellement des chaumes de céréales, de la végétation de jachères pâturées, des parcours steppiques, forêts, maquis et d’un peu de fourrages cultivés. Les terres consacrées à la production fourragère couvrent 33 millions d’hectares répartis entre les prairies naturelles (0,1%), les cultures fourragères (1,6%), la jachère (10,6%) et les pacages et parcours (87,7%) (Nedjraoui, 2002).

En Algérie les cultures fourragères n’ont jamais eu la place qui leur ait due (Abdelguerfi et Laouar, 2001). En effet, la surface destinée à la culture fourragère est très faible et ne correspond qu’à 14% de la surface agricole totale (SAT) (Chabaca, 2009). Cette surface a beaucoup régressé, entre 1980 et 2007, où elle est passée de 0,593 à 0,494 millions d’hectares (Abdelguerfi et al., 2008) L’Algérie, par la richesse et la diversité de ses milieux et de ses terroirs constitue un immense réservoir de plantes diverses atteignant 3139 espèces (Quézel et Santa, 1962 ; Zeraïa, 1983), en particulier d’intérêt fourrager et ou pastoral (Abdelgherfi et Laouar 2001), toutefois la diversité des espèces utilisées dans la production fourragère est très limitée et les cultures de la vesceavoine, de l’orge et de l’avoine, destinées à la production du foin, constituent les principales cultures, en plus de quelques légumineuses provenant principalement des semences importées dont les plus performantes sont le trèfle semeur (Trifolium subterraneum) et la luzerne tronquée (Medicago truncatula) (Abdelguerfi et al., 2008). Malgré le fait que ces espèces soient largement utilisées, elles restent inadaptées à de nombreuses situations à cause des contraintes climatiques, édaphiques, biologiques ou autres prévalant en Algérie (Nedjraoui, 2003 ; Abdelguerfi et al., 2008) Afin de diversifier les ressources fourragères et de réduire la jachère, de nombreuses études et expérimentations orientées par le Plan National de Développement Agricole (PNDA) sont entreprises.

D’après Hamadache (2001), les cultures de remplacement proposées variaient selon les étages bioclimatiques, mais les précipitations restent le facteur qui conditionne la réussite de ces expériences. Il est recommandé de développer le potentiel végétal existant et d’adopter un nouveau système d’élevage plus performant. Une nouvelle démarche a été entreprise par le ministère au début de l’année 2016, se basant principalement sur l’élargissement du soutien aux cultures fourragères pour encourager les agriculteurs dans le cadre de la résorption des terres en jachère. Pour ce faire, les pouvoirs publics ont impliqué, pour la première fois, l’Office Algérien Interprofessionnel des Céréales (OAIC) dans la production du fourrage vert. L’OAIC a comme principal objectif l’absorption de 500000 ha de jachère d’ici 2019 dont 375000 ha par les fourrages (El-Moudjahid, 2016), en encourageant la rotation céréales-légumineuses fourragères, l’utilisation des semences indigènes mieux adaptées aux conditions climatiques et ayant une meilleure performance. 2. Les légumineuses

Avec environ plus de 18000 espèces reparties en 750 genres, la famille des légumineuses (Fabacées) est la troisième plus grande famille d’Angiospermes après les Orchidacées et les Astéracées (Allen et Allen, 1981 ; Lewis et al., 2005 ; Legume Phylogeny Working Group LPWG, 2013). Ayant une distribution mondiale et une grande importance écologique et économique, couvrant tous les principaux biomes et formant des constituants écologiquement importants des écosystèmes tempérés, méditerranéens, tropicaux, arides, saisonnièrement secs, des forêts tropicales et de savanes (Doyle et Luckow, 2003; Schrire et al., 2005). Cette famille se subdivise en trois sous-familles, les Papilinoideae, les Mimosoideae et les Caesalpinioideae. Les Caesalpinioideae, comprennent environ 150 genres et 2200 espèces. Ce sont principalement des arbres ou arbustes retrouvés en régions tropicales et subtropicales. Seules 23 % des espèces (parmi celles investiguées) sont connues pour être nodulées par les rhizobia. Ces espèces se retrouvent dans les tribus des Caesalpinieae et Cassieae.

Les tribus Cercideae, Detareae et Amhertieae sont très peu nodulées (de Faria et al., 1989). Les Mimosoideae sont composées surtout d’arbres et d’arbustes présents dans les régions tropicales et subtropicales. Cette sous-famille possède à l’heure actuelle 62 genres et environ 2500 espèces, dont la majorité (90 %) sont nodulées parmi les 10 % testées (de Faria et al., 1989). Les espèces de la sous-famille Papilinoideae sont présentes dans le monde entier (Rachie et Silvestre, 1977) avec 429 genres et plus de 12000 espèces dont 97 % parmi les espèces testées (21 % du total) sont nodulées par les rhizobia (de Faria et al., 1989). Les plantes de cette sousfamille sont principalement des herbes mais comprennent aussi des arbres et des arbustes et sont présentes en régions tempérées et tropicales.

Une nouvelle classification des légumineuses a été proposée avec six sous-familles, basée sur les séquences de gènes MATK du plastide des 20% de toutes les espèces de légumineuses à travers 90% de tous les genres actuellement reconnus (LPWG, 2017). Les six sous-familles proposées sont les Caesalpinioideae, Cercidoideae, Detarioideae, Dialioideae, Duparquetioideae et Papilionoideae res-circonscrit. Dans ce système, les Mimosoideae actuellement reconnues est un clade distinct niché dans les Caesalpinioideae re-circonscrits. Les espèces incluses dans les Cercidoideae, Detarioideae, Dialioideae et Duparquetioideae ne nodulent pas (Andrews et Andrews, 2017 ; LPWG, 2017 ; Sprent et al., 2017) Les légumineuses ont la capacité unique de pouvoir fixer l’azote atmosphérique en association avec les rhizobia par la formation de nodules sur les racines ou les tiges, à la seule exception du genre Parasponia (non legumineuse) de la famille des Ulmacées (Trinick et Hadobas, 1988 ; Lafay et al., 2006 ; Behm et al. 2014). En effet les légumineuses sont d’un intérêt stratégique renforcé tant pour leur capacité à fournir de l’azote à faible coût aux systèmes de culture, que pour leurs répercussions environnementales. Utilisées comme culture principale, en association ou en culture intermédiaire, les légumineuses présentent des intérêts environnementaux (protection des eaux souterraines contre le lessivage des nitrates et des sols contre l’érosion et la désertification) et agronomiques indéniables (restitution de l’azote et d’autres éléments minéraux à la culture suivante, apport de matière organique, stimulation de l’activité biologique des sols, diversification de la rotation, rupture des cycles de maladies et de ravageurs, …) (Czernic et al., 2015 ; Schneider et al., 2015)

Les légumineuses fourragères

Dans les pays du Maghreb et plus particulièrement en Algérie, la production fourragère et pastorale est très limitée et constitue souvent un frein au développement de l’élevage. Les espèces spontanées d’intérêt fourrager et pastoral, particulièrement les légumineuses, occupent une place importante dans la flore du bassin méditerranéen. L’une des voies les mieux indiquée est la valorisation de ces ressources phytogénétiques par leur introduction au niveau des terres réservées aux cultures fourragères ou au niveau des jachères, des parcours et des steppes. (Abdelguerfi et al., 2008) L’ensemble du pourtour méditerranéen abrite une flore très riche en légumineuses adaptées aux diverses conditions pédo-climatiques de ces régions (la sécheresse et la salinité), ayant développé des mécanismes d’adaptation particuliers avec des systèmes racinaires puissants. Plusieurs travaux de recherche sont effectués sur certaines espèces (herbacées et ligneuses) dans le but de limiter la désertification et d’augmenter les ressources pastorales (Abdelguerfi et Abdelguerfi-Laouar, 2004).

Bien que le bassin méditerranéen fait partie des zones les plus riches de la planète en diversité génétique, ces immenses réservoirs naturels spontanés sont hélas en cours de disparition, du fait des remaniements imposés par l’agronomie moderne (Pernes, 1984). D’après Abdelguerfi et Abdelguerfi-Laouar (2004), l’érosion se manifeste de façon plus dramatique et plus variées dans la communauté sauvage que chez les formes domestiques : destruction directe d’écosystèmes forestiers, dégradation consécutives à une exploitation excessive de pâturages, effet spectaculaires de pollution à caractère brutal, déviations lentes dues à des pollutions insidieuses. Hamilton et al. (2001), rapportent que le degré d’endémisme de la flore du bassin méditerranéen est très élevé ; sur 967 espèces appartenant à 18 genres de fabacées fourragères et/ou pastorales, 336 espèces sont endémiques à la région méditerranéenne (Tableau 1).

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Table des matières

Introduction
Etude bibliographique
1.Situation des productions fourragères et pastorales en Algérie
2.Les légumineuses
2.1.Généralités sur les légumineuses
2.2.Les légumineuses fourragères
2.2.1. Le genre Scorpiurus
2.2.2. Présentation de l’espèce Scorpiurus muricatus ssp. sulcatus
Ecologie
Intérêts
3.Les rhizobia
3.1.Taxonomie des Rhizobia
3.2.Les nouvelles modifications dans la classification des rhizobia
Le « Complexe Rhizobium galegae »
Le genre Burkholderia
4.La symbiose rhizobia– légumineuse
4.1.Le dialogue moléculaire établi entre les rhizobia et la plante hôte au cours de la nodulation
4.2.Les différents modes d’infection
4.3.Les formes de nodules formés sur les racines des légumineuses
5.Les endophytes
5.1.L’infection de la plantes par les endophytes
5.2.Le nodule, peut-il héberger des bactéries autres que les rhizobia?
5.3.Diversité des endophytes nodulaire
6.Le Rôle du microbiome nodulaire dans l’amélioration de la croissance des légumineuses.
Matériel et méthodes
1.Matériel biologique
1.1.Prospection de Scorpiurus muricatus dans l’ouest algérien
1.2.Echantillonage du sol, des graines et des nodules de Scorpiurus muricatus ssp. sulcatus
2.Méthodes
2.1.Analyse physicochimique du sol
2.1.1. Analyse physique
Analyse granulométrique
Mesure du pH
2.1.2. Analyse chimique
La mesure de la conductivité électrique
Le dosage du calcaire total
Le dosage du calcaire actif
Le dosage du carbone et détermination du taux de la matière organique
Le dosage de l’azote
Le dosage du phosphore
2.2.Germination des graines de Scorpiurus muricatus ssp. sulcatus
2.3. Piégeage des rhizobia associés à Scorpiurus muricatus
2.3.1. Obtention des plantes
2.3.2. Inoculation in vitro des plantes
2.4. Isolement et sélection des isolats bactériens associés à Scorpiurus muricatus
2.4.1. Les bactéries nodulaires
2.4.2. Les bactéries racinaires
Désinfection des racines de Scorpiurus muricatus
Isolement et purification des endophytes
Conservation des endophytes racinaires
2.5.Authentification des isolats nodulaires
2.6.Caractérisation moléculaire des isolats associés à Scorpiurus muricatus
2.6.1. Extraction de l’ADN génomique par choc thermique
2.6.2. La recherche du gène symbiotique (nodC) parmi les souches nodulaires associées à Scorpiurus muricatus
2.6.3. Evaluation de la diversité génétique des isolats de la collection par Rep-PCR
Amplification
Les isolats nodulaires
Les isolats racinaires
La migration des amplifiats et coloration des gels
Analyse des données de la rep-PCR
2.6.4. Amplification du gène codant pour l’ARNr 16S
2.6.5. Séquençage du gène codant pour l’ARNr 16S
2.6.6. Analyse phylogénétique
2.7.Recherche des caractéristique PGP (Promothing grouwth plant) des isolats associés à Scorpiurus muricatus
2.7.1. Solubilisation du phosphate
2.7.2. Production d’AIA
2.8.Inoculation de Scorpiurus muricatus par les isolats nodulaires et racinaires
Les isolats nodulaires.
Les isolats racinaires
2.9.Analyse statistique
Résultats et Discussion
Prospection et échantillonnage
Analyses physico-chimiques des sols
Optimisation des conditions de la germination des graines
Constitution d’une collection de souches bacterienne
4.1. Piégeage des rhizobia

4.2.Isolement, purification et sélection des souches associées à Scorpiurus muricatus
A partir des nodules
A partir des racines
Authentification des isolats nodulaires
Détection du gène de nodulation nodC
Evaluation de la diversité génétique des isolats de la collection par Rep-PCR et le séquençage de l’ADNr 16S
Les isolats nodulaires
Les isolats racinaires
Evaluation des caractéristique PGP des souches isolées de Scorpiurus muricatus ssp. sulcatus
8.1.La Solubilisation du phosphate
Les souches nodulaires
Les souches racinaires
8.2.La production d’équivalent AIA
Les souches nodulaires
Les souches racinaires
Effet de l’inoculation de Scorpiurus muricatus ssp. sulcatus par les souches nodulaires et racinaires
Les souches nodulaires
Les souches racinaires
Conclusion Et Perspectives
Références bibliographique
Annexes