Les Cahiers de la recherche d�veloppement - La caract�risation et l'�valuation des plantes a racines et tubercules et des bananes plantains

Vincent Lebot

Les cultivars des plantes � racines et tubercules (Colocasia, Dioscorea, Ipomoea, Manihot, Xanthosoma spp....) et des bananes plantains (Musa spp.) ont d'importantes caract�ristiques communes: leur st�rilit� et leur multiplication v�g�tative exclusive. L'une impliquant habituellement l'autre, le paysan n'utilise jamais de graines lors de ses plantations.

La plupart des cultivars sont en effet st�riles pour diverses raisons d'ordre g�n�tique (hauts niveaux de plo�die, mutations inhibitrices de la sexualit�, parth�nocarpie). Ils ne b�n�ficient donc pas des recombinaisons g�n�tiques obtenues par voie sexu�e pour s'adapter � un nouvel environnement. Ces plantes sont donc vuln�rables lorsqu'un nouveau pathog�ne est introduit et leurs potentialit�s adaptatives sont donc quasi nulles par rapport � des esp�ces � multiplication sexu�e. Les ressources g�n�tiques sont par cons�quent de tr�s grande valeur et doivent �tre soigneusement conserv�es et prot�g�es d'une pari, parce que la s�lection d'un mat�riel v�g�tal sain et performant en d�pend et d'autre part, parce que pour bon nombre de ces plantes l'am�lioration g�n�tique reste probl�matique. Pour le moment, seule la s�lection clonale produit rapidement des r�sultats int�ressants.

Toutes ces esp�ces sont par ailleurs, fortement h�t�rozygotes du fait de leur allogamie et pour certaines de leur dio�cie. En cons�quence, leurs germoplasmes exhibent r�guli�rement un fort polymorphisme. Il s'exprime de mani�re spectaculaire au niveau morphologique, mais existe aussi aux niveaux mol�culaire et physico-chimique. La s�lection de cette remarquable variabilit� d�termine directement le potentiel des cultures, des r�coltes et donc la qualit� du produit final livr� aux consommateurs. En fait, c'est toute la fili�re qui est d�pendante des performances et caract�ristiques du mat�riel v�g�tal s�lectionn�. La culture d'un clone plut�t qu'un autre, peut suffire � faire p�ricliter ou au contraire � d�velopper une fili�re et les exemples sont trop nombreux pour �tre cit�s ici.

La caract�risation et l'�valuation des cultivars sont donc des �tapes fondamentales dans le processus d'am�lioration et de d�veloppement de ces cultures. Leur variabilit� g�n�tique est g�n�ralement analys�e � l'aide de mesures morpho-agronomiques et leur diversit� g�n�tique � l'aide de marqueurs mol�culaires. Les concordances de r�sultats sont ensuite exploit�es pour d�cider des modes de conservation et des strat�gies d'am�lioration les mieux adapt�es. Une m�thodologie commune � ces esp�ces peut �tre utilis�e. Elle est d�crite dans le pr�sent article et divers exemples sont utilis�s (ignames, taro, plantains, kava) pour illustrer l'approche retenue.

Mat�riels et m�thode

La caract�risation et l'�valuation des accessions disponibles visent d'abord � d�crire le plus finement possible la variabilit� existante de mani�re � faciliter la s�lection clonale mais aussi � identifier des indicateurs de divergence pour assurer les bases des futurs sch�mas d'am�lioration. Les descriptions doivent permettre in fine une taxonomie intrasp�cifique du mat�riel qui sera s�lectionn� et une �valuation pr�cise des s�lections vari�tales qui seront retenues. Cette caract�risation est effectu�e � divers niveaux hi�rarchis�s, morphologique, cytologique, mol�culaire et physico-chimique.

La collecte du germoplasme

Du fait de la multiplication v�g�tative, ce germoplasme est volumineux et il n'est pas toujours possible de r�colter un grand nombre d'accessions. La strat�gie de collecte est bas�e sur un �chantillonnage s�lectif plut�t qu'al�atoire puisque les agriculteurs ne cultivent pas des populations, des provenances ou des descendances, mais des clones st�riles. Il s'agit donc d'identifier au champ des formes qui pr�sentent des divergences, essentiellement d'ordre ph�notypique, et de r�colter un �chantillonnage de la variabilit� morphologique observ�e. Dans certains cas, et lorsqu'un pathog�ne exerce une forte pression, il faut aussi identifier les individus pr�sentant des caract�res de tol�rance ou de r�sistance.

Les morphotypes

Les accessions r�colt�es sont mises en collection ex situ en milieu contr�l� et en environnement homog�ne pour s'affranchir des interactions g�notype-milieu. Les caract�res morphologiques les plus discriminants sont pr�f�rentiellement retenus pour les descriptions. Pour la quasi totalit� des esp�ces concern�es, il existe d�sormais des listes internationales standardis�es de descripteurs morphologiques (IPGRI). A chaque descripteur (par exemple, la couleur du limbe d'une feuille) correspond plusieurs modalit�s (par exemple, jaune, vert clair ou vert sombre). Chaque modalit� se voit attribu�e un code qui facilite la description syst�matique des accessions au champ (par exemple, jaune = 1, vert clair = 2, vert sombre = 3). Un morphotype peut donc se d�finir comme un ph�notype d�crit et cod� dans un milieu donn� � l'aide de descripteurs reconnus comme fiables et suffisamment discriminants. Un premier traitement des donn�es � l'aide d'un simple logiciel de gestion de fichiers (par exemple, Dbase, Foxpro, Quattropro...) permet d'indexer et de classer les individus sur certains caract�res, d'identifier le nombre de morphotypes distincts et les accessions qui pr�sentent des morphotypes identiques. Des morphotypes identiques ne correspondent pas forc�ment � un seul g�notype, mais peuvent �tre une m�me expression ph�notypique cod�e de g�notypes distincts.

Les techniques modernes de taxonomie num�rique, du type Classification Ascendante Hi�rarchique (CAH), Analyse en Composantes Principales (ACP) et d'autres analyses multivari�es, permettent aujourd'hui de traiter des matrices de donn�es compos�es d'un grand nombre d'accessions et de variables. Ces variables peuvent, pour chaque caract�re morphologique cod�, �tre traduites en variables qualitatives de pr�sence (1) ou d'absence (0) du caract�re. Par exemple, la couleur vert sombre du limbe d'une feuille sera cod�e en 001: 0 (pour le jaune), 0 (pour le vert clair) et 1 (pour le vert sombre). Les matrices deviennent importantes mais les donn�es qualitatives sont facilement trait�es par la plupart des logiciels disponibles (Ntsys, MVSP, Statitcf, Systat, SAS...). L'organisation et la structure de la variabilit� morphologique sont alors visualis�es � l'aide de diverses techniques graphiques, comme les dendrogrammes ou les projections en deux ou trois dimensions. Les r�sultats obtenus par l'utilisation d'une m�thode d'analyse sont habituellement confirm�s par une autre et les groupes du dendrogramme peuvent servir � d�limiter les nuages de points d'une ACP projet�e sur deux axes. il s'agit en fait d'identifier des convars, c'est � dire des groupes de cultivars affines.

G�n�ralement, ces descriptions doivent �tre confirm�es pendant deux ou trois cycles successifs de culture. Les premi�res descriptions se font dans le d�sordre mais la proc�dure gagne en rigueur et pr�cision au fil des cycles. En effet, les accessions sont replant�es au champ dans l'ordre du premier classement obtenu par CAH, ce qui permet de rapidement identifier les doublons et les hors-types, de confirmer et/ou d'infirmer les descriptions pour obtenir au bout de deux ou trois saisons de descriptions morpho-agronomiques, un fichier pr�cis des morphotypes rassembl�s en convars. Par exemple, tous les morphotypes pr�sentant une forte pigmentation anthocyan�e, ou tous les morphotypes pr�sentant des bulbilles ou des �pines sur les tiges principales... etc.

Les cytotypes

Il est rare que les cultivars des plantes � racines et tubercules et des bananes plantains soient tous des diplo�des et la plupart ont divers niveaux de plo�die. Il est utile de caract�riser les cytotypes (2n= 2x, 3x, 4x,... 10x) car il s'agit souvent d'un premi�re classification intrasp�cifique utile pour la compr�hension de la structuration de la variabilit�. Les comptages chromosomiques sont n�cessaires, bien que longs et fastidieux, mais la cytom�trie en flux permet d�sormais de caract�riser un grand nombre d'accessions en un temps relativement court.

Les zymotypes

Les isozymes, prot�ines solubles dans l'eau, facilement s�parables par �lectrophor�se, restent encore les marqueurs mol�culaires les plus faciles � utiliser dans les pays du Sud du fait de la simplicit� de la technique et de ses faibles co�ts. Cette technique permet d'attribuer pr�cis�ment des empreintes � plusieurs centaines d'accessions. Selon le nombre de syst�mes enzymatiques utilis�s, les �lectromorphes (bandes r�v�l�es par coloration et mobiles dans le champ magn�tique), correspondent � autant de caract�res qualitatifs qui sont cod�s en pr�sence ou absence et permettent donc de compl�ter des matrices de caract�risation. Ces zymogrammes sont donc trait�s comme des ph�notypes et un zymotype se traduit par la s�rie cod�e, pour tous les syst�mes enzymatiques r�v�l�s, des pr�sences et absences d'�lectromorphes. Le zymotype est ind�pendant des facteurs du milieu et pr�sente donc l'avantage d'�tre un marqueur neutre. Les donn�es obtenues par les isozymes sont aussi analys�es suivant les techniques classiques de taxonomie num�rique et permettent de r�v�ler des convars d'individus g�n�tiquement apparent�s qui ont probablement �chang� des g�nes avant d'�tre domestiqu�s par voie clonale.

Les g�notypes

Les diverses techniques d'extraction de l'ADN, de son d�coupage en diff�rents sites par des enzymes de restriction, et d'amplification des extraits ainsi obtenus par PCR, permettent gr�ce � l'�lectrophor�se de s�parer de nombreux �lectromorphes (RAPD, RFLP, AFLP) qui correspondent � autant de caract�res qualitatifs, pouvant �tre trait�s par les analyses multivari�es. Les r�sultats sont dans ce cas aussi, trait�s comme des ph�notypes et l'on compare en fait des pr�sences et absences de bandes. Les niveaux d'intensit� ne sont g�n�ralement pas pris en compte. Ces techniques permettant d'avoir acc�s directement � l'ADN, il est donc possible d'identifier pr�cis�ment des g�notypes distincts. La lourdeur et la chert� des manipulations et des produits n�cessaires limitent cependant le nombre d'accessions qui peuvent ainsi �tre analys�es, surtout dans les laboratoires des pays du Sud. Il est souvent pr�f�rable de proc�der � un premier criblage des nombreuses accessions � l'aide d'isozymes puis de pr�ciser la variabilit� intra-zymotype � l'aide de ces techniques.

Les chimiotypes

Les caract�ristiques physico-chimiques sont essentielles et les cultivars ont g�n�ralement �t� s�lectionn�s pour certaines d'entre elles de mani�re empirique mais efficace par les agriculteurs. Il s'agit principalement des teneurs en mati�re s�che, en amidon, amylose, prot�ines, sucres totaux... etc. qui sont d'un int�r�t primordial pour les industriels int�ress�s par la transformation de ces produits amylac�s. Ces caract�ristiques peuvent cependant �tre affect�es par les facteurs du milieu. Une �valuation pr�cise de la variabilit� des caract�ristiques physico-chimiques de amidons ne peut donc �tre convenablement r�alis�e que si les nombreuses accessions sont cultiv�es en collection, dans un environnement homog�ne et en milieu contr�l� pour s'affranchir des interactions.

La s�lection clonale

Les concordances et/ou discordances entre convars de morphotypes, cytotypes, zymotypes, chimiotypes et g�notypes permettent de se faire une id�e pr�cise de la structuration de la variabilit�. Des accessions repr�sentatives des convars peuvent alors �tre inscrites sur la liste des cultivars qui seront retenus pour composer une collection essentielle. Cette liste peut �tre d�termin�e en fonction des objectifs de s�lection et des caract�res qui sont retenus pour d�finir les id�otypes. Une caract�risation et une �valuation pr�cises des cultivars permettent donc des s�lections vari�tales fiables. En l'absence de r�els programmes d'am�lioration dans la plupart des pays du Sud, pour qui ces cultures sont pourtant essentielles, la performance de la s�lection clonale est d�terminante. Ces obtentions v�g�tales sont autant de vari�t�s m�ritant protection et inscription sur un catalogue lorsque la l�gislation existe en la mati�re. Une s�lection clonale m�rite en effet protection lorsque les travaux de caract�risation et d'�valuation ont �t� rigoureusement men�s.

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