Test de germination des graines de Striga asiatica

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Etapes de croissance et de développement

Phase souterraine

Le S. asiatica possède un cycle vital (Figure 10) se déroulant en 2 phases dont la première, souterraine comprend 3 étapes bien définies : la germination, l’attachement et la pénétration [Andrianaivo et al., 1998]. A la fin d’un cycle de développement, les graines sont parvenues à maturité et entrent en dormance pendant 4 à 6 mois [Sallé et Raynal-Roques, 1989] afin d’acquérir un bon pouvoir germinatif.
Une phase de pré-conditionnement s’effectue au cours des premières pluies qui suivent la dispersion des graines. Pendant cette phase, les graines s’imbibent d’eau afin que puissent s’effectuer les réactions métaboliques de la germination. Cette phase dure entre 10 à 15 jours sous des conditions de températures élevées de 25 à 35°C [Bharathalakshmi, 1983 ; Parker, 1983 ; Thalouarn et Fer, 1993].
La phase de stimulation de la germination suit immédiatement celle du pré-conditionnement. Au cours de cette phase, les semences « pré-conditionnées » doivent percevoir un signal chimique spécifique émanant des racines de la plante-hôte afin de pouvoir germer. Plusieurs composés chimiques peuvent stimuler la germination, à savoir les strigolactones (Figure 9) sécrétés par le système racinaire du riz [http://19].
Ces différentes molécules présentent une structure très similaire de quatre cycles A, B, C et D. Seules quelques modifications (principalement dans les cycles A et B) les distinguent. Elles ont été caractérisées dans les exsudats racinaires des plantes monocotylédones et dicotylédones.
Pendant la phase d’établissement du contact avec la racine du riz, la radicule de la germination du S. asiatica croît en direction de la racine de l’hôte. Un gradient de concentration des stimulants de la germination serait responsable d’un chimiotactisme ou chimiotropisme positif qui orienterait la croissance de la radicule vers la racine hôte afin que celle-ci puisse s’y attacher. En plus, dans les cinq jours qui suivent la germination, le futur suçoir ou haustorium se forme et pénètre dans la racine de l’hôte.

Phase aérienne

La seconde phase de développement du S. asiatica se déroule au-dessus du sol. Cette phase comprend l’émergence du jeune plant, la floraison et la fructification, ainsi que la dissémination des graines [Andrianaivo et al., 1998].
Au moment où le parasite est attaché à la plante-hôte, il commence à y prélever toutes les substances nécessaires à son métabolisme (eau, hydrates de carbone et autres éléments nutritifs). Il représente sa plus grande nuisibilité car il dépend entièrement de son hôte pour pouvoir se développer [Andrianaivo et al., 1998]. Ainsi, la grande partie des dommages ont déjà été causés quand le Striga se pointe au-dessus du sol.
Après l’attachement à la racine du riz, le S. asiatica évolue en un organe défini qui, par la suite, émerge du sol et développe des feuilles vertes. Dès le stade émergence, le parasite est lui-même capable d’assurer en partie l’élaboration des produits nécessaires à son développement. Seule une faible proportion des S. asiatica qui ont adhéré aux racines du riz émerge au-dessus du sol ; la plus grosse partie reste en attente dans le sol en exerçant toutefois leurs effets néfastes sur le riz [Andrianaivo et al., 1998].
Trois à quatre semaines après l’émergence des jeunes plantules, celles-ci passent rapidement au stade de floraison et produisent plusieurs fleurs associées en épi. La pollinisation par autogamie [Sallé et al., 1995] aboutit ensuite au phénomène de fécondation et à la formation des graines. Ces dernières seront disséminées à maturité afin de pouvoir entrer, de nouveau, en dormance.

Caractéristiques écologiques

Le S. asiatica s’installe dans les régions sèches, caractérisées par une pluviométrie annuelle moyenne faible (< 1.500 mm/an) et une température moyenne très élevée [Andrianaivo et al, 1998]. Outre les conditions climatiques, la présence du S. asiatica et la sévérité des dégâts dans les régions où elles se distribuent sont, le plus souvent, liées aux sols à niveau de fertilité faible, caractérisés par une faible teneur en matières organiques et une texture grossière favorable au stress hydrique [Sauerborn, 1991].
A Madagascar, l’espèce S. asiatica se rencontre sur un vaste éventail de zones agroclimatologiques différentes (Annexe 1). Les précipitations et le nombre de jours de pluie sont variables d’une région à une autre et ont une grande influence sur le degré d’infestation et le développement de l’espèce [Oldeman, 1990].
Dans les régions à pluviométrie moyenne supérieure à 2.000 mm par an et à saison sèche plus ou moins courte (Antalaha, Sambava, Toamasina et Manakara), le S. asiatica est généralement de petite taille filiforme, peu ramifié et se rencontre presque pendant toute l’année, indifféremment sur des graminées sauvages ou sur les céréales cultivées.
Dans les autres régions telles que Tsiroanomandidy et Antsiranana, l’espèce est de grande taille, robuste, fortement ramifiée et est peu observée sur des graminées sauvages.

Répartition géographique

La plante S. asiatica est endémique des régions tropicales et subtropicales de l’Afrique et de l’Asie (Carte 1), particulièrement dans la partie Sud de la péninsule Arabique, de la Chine de l’Ouest, de l’Indonésie et des Philippines [Kranz et al., 1979 ; Musselman et al., 1983 ; Obilana et al., 1987 ; Musselman et al., 1991]. Elle est également rencontrée sur le continent américain, mais son apparition en Caroline du Nord autour des années 50 serait probablement due à la suite des échanges internationaux de semences; et dans l’Océanie (Nouvelle Guinée) [Eplee, 1983 ; Parker, 1983 ; Sallé et Raynal, 1989 ; Farahnaz, 2013].
Dans l’Océan Indien, le S. asiatica se distribue bien à Madagascar, à l’île Maurice, à la Réunion, aux Seychelles et aux Comores [http://18].
A Madagascar, il se rencontre notamment dans les régions du Moyen-Ouest, du Sud-Ouest (Carte 2), particulièrement à Sakaraha et Analamisampy [Randrianarisoa, comm. Pers.] et du Nord-Ouest à Anketrakabe et le long de la côte Est dont Sambava, Antalaha et Manakara [Rasolofo et Andrianaivo, 1990]. Très rarement, des S. asiatica à fleurs jaunes (variété lutea) ont été rencontrés dans la localité de Mahatsinjo Ankadinondry, au Moyen-Ouest [Randriamahonina, comm. Pers.]. Aux Comores, cette espèce se développe sur les sols argileux et pierreux. Elle est présente dans les trois îles, dans les zones de basse altitude, en particulier dans les prairies de Graminées. A l’île Maurice la plante parasite est peu commune ; elle se rencontre occasionnellement dans les champs de canne à sucre.
A la Réunion, S. asiatica est une plante de savane qui se développe sur les sols sableux à argileux. Elle est présente, principalement, sur la côte Est et Sud-Est de l’île, jusqu’à Saint-Pierre. Aux Seychelles, le parasite se trouve dans les zones cultivées et lieux abandonnés.

Mode de nutrition du parasite

En réalité, bien que le S. asiatica soit une plante à feuilles chlorophylliennes, c’est-à-dire, théoriquement, capable d’assurer elle-même ses besoins nutritifs, celle-ci vit en partie aux dépens d’un hôte (hémiparasitisme), notamment les céréales.
En effet, c’est par l’intermédiaire d’un ou de plusieurs suçoirs ou haustoria connéctés au système radiculaire de la plante-hôte que le S. asiatica détourne directement de la plante parasitée, l’eau, les éléments nutritifs nécessaires à sa croissance et à son développement, ainsi que des substances de croissance [Paré, 1993], contrairement aux adventices classiques [Kachelriess et al, 1997]. En raison de cette biologie particulière, S. asiatica a été classé dans le groupe de « Parasitic weed » ou « Mauvaise herbe parasite ».
Généralement, S. asiatica est un hémiparasite mais en se référant aux deux phases de son cycle biologique, il existe aussi deux modes de nutritions différents.
– Pendant la phase souterraine, le parasite dépend entièrement de l’hôte. Il s’agit d’un holoparasitisme ou parasitisme strict.
– Pendant la phase aérienne, le parasite, tout en étant dépendant de son hôte, assure une partie de sa nutrition. Dans ce cas, c’est un phénomène d’hémiparasitisme [Kachelriess et al., 1997].

L’amélioration des plantes par mutation induite

Définition de la mutation

La mutation désigne toute modification aléatoire (au hasard) du matériel génétique des êtres vivants. Elle est le résultat d’un changement qui s’opère au niveau du génome, et qui touche la séquence d’ADN de l’organisme concerné, ou bien qui affecte l’agencement des chromosomes et leur nombre. Généralement, les mutations sont classées en 4 grands groupes :
– Les mutations géniques (ou nucléotidiques) affectent un nombre limité de nucléotides. Ici, il y a changement de la séquence d’ADN qui se manifeste soit par une délétion, une insertion, ou bien une substitution d’une ou de quelques paires de bases nucléotidiques (Adénine, Thymine, Guanine et Cytosine), notant qu’il n’est pas dû à la recombinaison, ni à la ségrégation génétique [Van Harten, 1998].
– Les mutations chromosomiques (ou remaniement chromosomique) affectent seulement une portion du chromosome. Le changement de structure du chromosome résulte de l’addition, perte ou réarrangement du segment de chromosome.
– Les mutations génomiques (ou caryotypiques) affectent le nombre de chromosome. Le syndrome de DOWN (trisomie) en est un exemple de ce genre de mutation.
– Les mutations d’insertion sont dues à la transposition d’ADN étranger. En effet, les éléments
transposables (ou transposons) se déplacent au sein du génome par une insertion de copie de leur  séquence en d’autres position du génome.

Types de mutation

Mutation spontanée

Une mutation spontanée se produit sans l’intervention humaine. Il s’agit d’un processus naturel se produisant, à une fréquence très faible, sous l’action des facteurs endogènes et/ou exogènes de la cellule. Elle est à l’origine de l´évolution des organismes vivants planétaires [Van Harten, 1998].

Mutation induite

La mutation induite est une mutation provoquée par l’homme grâce à l’utilisation des agents mutagènes. Elle peut donner naissance à de nouveaux caractères héréditaires induits chez les êtres vivants : caractères de tolérances ou de résistances aux stress biotiques et abiotiques de l’écosystème [Van Harten, 1998 ; http://21]. Effectivement, cette technique permet d’augmenter la variabilité génétique au sein des espèces, essentiellement végétales, suite à une réorganisation de leur composition génétique [http://20].
N.B. Les mutations, spontanée et induite, pourraient bien affecter l’ADN et l’ARN d’une cellule quelconque. La mutation de l’ADN se manifeste souvent, au cours de la réplication, suite à un accident de copie des bases puriques ou pyrimidiques. Pour l’ARN, la mutation se produit également suite à un accident de copie, mais cette fois-ci lors de la réplication.

Agents mutagènes

Agents physiques

Les agents mutagènes physiques sont généralement de deux types : les radiations électromagnétiques (les rayons X, les rayons Gamma et l’Ultra-violet) apparaissant comme des spectres électromagnétiques, et les radiations corpusculaires (les radiations alpha, bêta, protons, neutrons et les électrons) qui sont des particules en mouvement.
Actuellement, dans le cadre des programmes d’induction de mutation, le rayon gamma reste le plus utilisé grâce à sa longueur d´onde courte (inférieure à 1 Angström) et son niveau d’énergie élevé (supérieur à 10 MeV). C’est une radiation obtenue par la désintégration des isotopes Césium 137 ou Cobalt 60 (137Cs ou 60Co) [Van Harten, 1998].

Agents chimiques

Les agents mutagènes chimiques englobent plusieurs gammes de produits chimiques : Diethylsulfate (DES), Dimethylsulfate (DMS), Dizomethane (DEB), Epoxydes, Diepoxydes, Ethylmethylsulfate (EMS), Ethylimine (EI), Ethylène oxyde (EO), Formaldéhydes, Sodium azide (NaNO3) [Van Harten, 1998].

Techniques d’irradiation d’un explant

L’irradiation d’un explant (graines, bourgeons, cals issues des embryons matures, pollens, boutures, etc.) se fait le plus souvent avec le rayon gamma, étant donné qu’il est l’agent mutagène le plus apprécié par les scientifiques (physiciens, naturalistes, etc.).
Le principe consiste à accélérer les changements du code génétique de l’explant en l’exposant à une source de rayonnement gamma. Ce dernier, sous forme d’énergie électromagnétique, est exprimé en dose d’irradiation qui est choisie en fonction de l’expérience à faire.
L’énergie est émise par une source d´irradiation, le cobalt 60 (60Co). La dose absorbée ou débit de la dose, notée « D », indique la quantité d’énergie absorbée par l’objet irradié pendant l’unité de temps donné à partir de la source de radiation. Elle est donnée par la formule : D = ∆d / ∆t
– D : dose d’irradiation absorbée (radian/heure, radian/minute, ou radian/seconde)
– ∆d : taux de la dose d’irradiation absorbée (radian ou Gray).
– ∆t : intervalle de temps pour l’irradiation ou temps d’exposition à l’irradiation.
N.B. L’ancienne unité, le « Radian » (rad), est exprimée actuellement en « Gray » (Gy). C’est l’unité en Système International (SI) utilisée pour quantifier la dose d’irradiation absorbée, avec 1 Gy équivaut à 100 rad [IAEA, 1995].

Avantages de l’irradiation des plantes

La mutation fournit des nouveaux matériels pour produire des nouvelles lignées et des outils nécessaires à l’identification des nouveaux gènes [Konzak, 1984]. De nos jours, la pratique de la biotechnologie moderne, telle la mutation induite, a permis de développer différents cultivars de céréales et d´autres plantes tolérantes ou résistantes aux aléas climatiques, aux maladies, aux différents parasites et ainsi de sauver des millions de populations de la famine [http ://23].
La mutation induite, avec une fréquence de 1000 fois plus élevée par rapport à la mutation spontanée [http: //20], permet de provoquer un changement rapide et intéressant au niveau du génome de l’organisme. Elle permet d’augmenter la variabilité génétique au sein du génome d’une plante par augmentation du crossing-over ou enjambement des chromatides, créant ainsi un nouveau génotype héréditaire, différent de son parent par quelques caractères [Micke et al., 1990 ; http ://24]. Ces dernières sont totalement nouvelles et intéressantes : des variétés de céréales plus aptes à résister aux changements climatiques et aux maladies, par exemple [http : //21].

Production de variétés mutantes dans le monde

La création de nouvelles variétés, de l’irradiation d’explants à l’homologation des lignées mutantes sélectionnées (Annexe 13), nécessite une dizaine d’années [Novak et Brunner, 1992]. Parmi les 1800 mutants déjà développés, 798 sont des mutants de riz ayant différents caractères améliorés : la précocité, la productivité, la qualité, le tallage, la taille, la résistance aux maladies et l’adaptation aux différentes conditions climatiques [Maluszynski et al., 1991; Ahloowalia et al., 2004; MBNL, 2005; IAEA, 2007]. A Madagascar, le Laboratoire de Biotechnologie et Amélioration des Plantes à l’Université d’Antananarivo a obtenu, par la mutation induite, des lignées de riz putatives mutantes : trois lignées tolérantes au froid dont deux (MD10 et MD20) issues de Malady et une de l’IR58614) et trois lignées productives (Rojofotsy 6, 10 et 11) [Rakotoarisoa, 2008].
Dans la base de données « Mutant Variety Database » de l’IAEA en septembre 2012 [http 32] (Figure 11), 3220 variétés sont recensées réellement dont 719 (22,1%) plantes ornementales diverses (chrysanthème : 288, rose : 86…) et 2501 (77,9%) plantes agricoles (riz : 816, orge : 309, blé : 285, soja : 170, maïs : 100, arachide : 72, coton : 46…) [Cadic, 2012].
A l’échelle mondiale, le continent asiatique se place en tête des producteurs de plantes irradiées (Figure 12) dont la Chine représente 25,5%, le Japon 14,9% et l’Inde 10,3%.

Table des matières

INTRODUCTION
Chapitre I : GENERALITES
I.1. Le riz Oryza sativa (L.)
I.1.1. Position taxonomique et cytogénétique
I.1.2. Description botanique
I.1.2.1. Appareil végétatif
I.1.2.2. Appareil reproducteur
I.1.3. Etapes de croissance et de développement
I.1.3.1. Phase végétative
I.1.3.2. Phase reproductive
I.1.3.3. Phase de remplissage du grain et de maturation
I.1.4. Caractéristiques écologiques
I.1.4.1. Climat
I.1.4.2. Sols
I.1.5. Contraintes de la riziculture pluviale
I.1.5.1. Contraintes biotiques
I.1.5.2. Contraintes abiotiques ..
I.2. La plante parasite Striga asiatica (L.) O. Kuntze
I.2.1. Position taxonomique et cytogénétique
I.2.2. Description botanique
I.2.2.1. Appareil végétatif
I.2.2.2. Appareil reproducteur
I.2.3. Etapes de croissance et développement
I.1.3.1. Phase souterraine
I.1.3.2. Phase aérienne
I.2.4. Caractéristiques écologiques
I.2.5. Répartition géographique
I.2.6. Mode de nutrition du parasite
I.3. L’amélioration des plantes par mutation induite
I.3.1. Définition de la mutation
I.3.2. Types de mutation
I.3.2.1. Mutation spontanée
I.3.2.2. Mutation induite
I.3.3. Agents mutagènes
I.3.3.1. Agents physiques
I.3.3.2. Agents chimiques
I.3.4. Techniques d’irradiation d’un explant
I.3.5. Avantages de l’irradiation des plantes
I.3.6. Production de variétés mutantes dans le monde ..
Chapitre II : MATERIELS ET METHODES
II.1. Lieu d’expérimentation
II.2. Matériels utilisés
II.2.1. Matériels biologiques
II.2.2. Milieux de culture
II.2.3. Matériels et équipements de laboratoire
II.3. Méthodes expérimentales
II.3.1. Test de germination des graines de riz
II.3.1.1. Préparation, stockage et pré-conditionnement des graines
II.3.1.2. Test de germination avec l’eau
II.3.2. Test de germination des graines de Striga asiatica
II.3.2.1. Préparation, stockage et pré-conditionnement des graines
II.3.2.2. Test de germination avec de l’extrait brut racinaire de riz
II.3.2.3. Test de germination avec de la solution de GR-24
II.3.3. Screening in vitro
II.3.3.1. Explants utilisés
II.3.3.2. Pré-conditionnement et stérilisation des grainess
II.3.3.3. Préparation des milieux de culture in vitro
II.3.3.4. Stérilisation des matériels utilisés
II.3.3.5. Culture et sélection in vitro
II.3.4. Suivis des cultures
II.3.4.1. Observations et ajustement des conditions de culture
II.3.4.2. Application d’une pression de sélection in vitro
II.3.5. Acclimatation des lignées de riz sélectionnées
II.3.6. Calcul et analyse statistiques des données
II.3.6.1. Taux de germination des graines
II.3.6.2. Taux des variétés de riz tolérantes à Striga asiatica
II.3.6.3. Rapport entre variétés de riz, milieux de culture et tolérance
Chapitre III : RESULTATS ET INTERPRETATIONS
III.1. Taux de germination des graines
III.1.1. Graines de Striga asiatica
III.1.2. Graines de riz
III.2. Taux de variétés de riz tolérantes à Striga asiatica
III.3. Contaminations sur les milieux de culture in vitro
III.4. Caractéristiques des variétés de riz sensibles et tolérantes
III.4.1. Morphologie
III.4.2. Anatomie
III.5. Etat des variétés tolérantes sur le milieu hydroponique
III.6. Rapport entre variétés de riz, milieux de culture et tolérance ..
Chapitre IV : DISCUSSIONS
IV.1. Taux de germination des graines
IV.1.1. Graines de Striga asiatica
IV.1.2. Graines de riz
IV.2. Taux de variétés de riz tolérantes à Striga asiatica
IV.3. Contaminations sur les milieux de culture in vitro .
IV.4. Caractéristiques des variétés de riz sensibles et tolérantes
IV.4.1. Morphologie
IV.4.2. Anatomie
IV.5. Rapport entre variétés de riz, milieux de culture et tolérance
CONCLUSION ET PERSPECTIVES .
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
REFERENCES WEBOGRAPHIQUES
ANNEXES

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