Caractérisation génétique de variétés de sorgho [Sorghum bicolor (L.) Moench] par des marqueurs SSRs

 Généralités sur le sorgho 

Botanique et écologie de Sorghum bicolor (L.)

Moench De la famille des Poaceae, le sorgho était autrefois appelé Sorghum vulgare, mais il est actuellement désigné sous le nom scientifique de Sorghum bicolor (L.) Moench. C’est une espèce qui est subdivisée en cinq races (guinea, kafir, durra, bicolor et caudatum) et en dix inter-races hybrides (Barnaud et al., 2008). Plus de 7000 variétés sont de nos jours identifiées (Dicko et al., 2006). Il est diploïde avec pour nombre chromosomique 2n=20 (Tchuenguem Fohouo et al., 2002). Cependant, il existe deux autres espèces qui sont tétraploïdes dont certaines formes sont employées comme fourrage (S. halepense et S. almum). En outre, la fécondation de Sorghum bicolor est à plus de 90% autogame (Déhaynin et al., 2007). Cependant, Djè et al. (2007) ont observé au niveau du sorgho marocain une flexibilité de son système de reproduction qui allie les deux modes de pollinisation à savoir, la pollinisation autogame et celle allogame, faible de 10 à 20%. Au Burkina Faso, le taux d’allogamie moyen évalué est de 22 % (Barro-Kondombo et al., 2010). Par ailleurs, le sorgho est principalement cultivé dans les zones de climat soudano-sahélien entre les isohyètes 400 et 1200 mm (Brocke et al., 2008). Il présente l’atout de supporter des sols salins, calcaires ou même gorgés d’eau. Il consomme près de deux fois moins d’eau que le maïs et trois fois moins que la canne à sucre (Montross et al., 2009). Figure 1: Pieds de Sorghum bicolor (Source : Montross et al., 2009) 

Importance du Sorghum bicolor

Le sorgho est la cinquième céréale cultivée à travers le monde en termes de production après le blé, le riz, le maïs et l’orge (Barnaud, 2007). L’Afrique détient plus de la moitié (55%) de la production mondiale dont elle utilise plus de 95% pour l’alimentation humaine, le reste étant 6 consacré au bétail. Par contre, les pays industrialisés s’en servent prioritairement pour nourrir le bétail. L’avènement des biocarburants a entrainé la mise en œuvre d’ambitieux programmes de sélection et de valorisation du sorgho sucrier pour la production du bioéthanol à l’aide du sucre accumulé dans ses tiges (Murray et al., 2009). Cette option du sorgho sucrier dont les grains servent à la fois dans l’alimentation, a l’avantage d’éviter la compétition entre la production alimentaire et la production énergétique et de ce fait, minimise les risques liés à l’insécurité alimentaire dans les pays en développement (Vecchiet, 2010). En outre, la possibilité de production du malt de sorgho d’une qualité similaire au malt d’orge a été étudiée et les résultats ont permis d’aboutir à la production d’une bière 100 % sorgho (Dufour et al., 1992). Au Sénégal, Ba et al. (2010) ont dosé les activités des enzymes amylolytiques des malts des variétés locales et déterminé leur pouvoir antioxydant dans une perspective de valorisation en brasserie. Cette étude a abouti à identifier la variété sénégalaise F2-20 comme présentant les meilleures potentialités de maltage. Par ailleurs, des boissons traditionnelles issues de la fermentation du mout de sorgho sont courantes en Afrique de l’ouest notamment au Burkina Faso et au Mali (Belliard, 2001 ; Bazile et Soumaré 2004). D’autres usages non moins importants sont faits du sorgho. Ainsi, certaines variétés renferment des fibres cellulosiques utilisées pour la fabrication du papier ou de panneaux de construction. D’autres variétés renferment dans leurs tiges et feuilles des pigments anthocyaniques utiles pour la teinture en poterie et vannerie. Enfin, d’autres possèdent des grains riches en amidon utilisé pour préparer des colles et des adhésifs (Dehaynin, 2007). 1.1.3 Diversité génétique du sorgho La diversité génétique est la variabilité des gènes entre les individus d’une même espèce ou d’une population (Trouche et al., 2008). Sa connaissance permet de mieux comprendre les processus évolutifs de l’espèce et renseigne sur son histoire démographique et génétique. Il est indispensable de comprendre ces processus afin de pouvoir proposer des stratégies de maintien et d’exploitation durable de ces ressources dans les conditions naturelles ou artificielles. La diversité génétique est évaluée grâce aux outils de la biologie moléculaire et s’appuie sur des caractères gouvernés par des gènes soumis ou non à la sélection naturelle ou humaine. Bien que la richesse variétale du sorgho permette de mettre en valeur un grand nombre d’agroécosystèmes notamment les milieux à fortes contraintes agricoles, nombre de travaux sur sa diversité génétique ont mis en exergue sa perte progressive due aux réalités actuelles du monde rural. Le cas du sud Mali est alarmant, avec la perte de 60% de diversité variétale ces 7 vingt dernières années. En effet, c’est en raison de la faible productivité des variétés locales que les paysans ont délaissé le sorgho au profit d’autres spéculations révélées plus rentables notamment le maïs (Bazile et Soumaré, 2004). Ce qui a motivé la mise en place d’un système semencier paysan associant généticiens et sociologues pour une meilleure appréhension des besoins du monde rural afin de déboucher sur des solutions plus adaptées tenant compte de la préservation des variétés locales, de la diffusion des variétés améliorées et de la gestion raisonnée des semences (Bazile et al., 2008). Par contre, l’étude de la diversité génétique menée par Médraoui et al. (2007) au nord-ouest du Maroc sur 398 individus de diverses provenances de sorgho, à l’aide des marqueurs RAPD et SSRs, a montré une variabilité élevée. Les marqueurs SSRs ont montré plus de diversité que les marqueurs RAPD (indice de diversité : 0,995±0,006 contre 0,946±0,031). Il ressort de cette étude que l’environnement microgéographique a influencé la variabilité génétique de l’espèce. En revanche, Djè et al. (2007) ayant évalué la variabilité dans la même zone en considérant les caractères morphologiques et les allozymes, n’ont pu relever l’influence de l’environnement. Ceci pourrait être expliqué par le polymorphisme plus élevé des marqueurs SSRs employés par les premiers auteurs. Au Burkina Faso, les diversités agro-morphologique et génétique des variétés locales ont été étudiées. Il a été noté une diversité agro-morphologique importante influencée faiblement par l’environnement. Quant à la diversité génétique, elle a été évaluée à l’aide des marqueurs SSRs. La diversité inter-variétale est plus faible que celle intra-variétale au regard de l’indice de diversité qui est de 0,37 contre 0,53 (Barro-Kondombo et al., 2010). Ainsi, toutes les variétés ont présenté de la diversité intra-variétale qui diffère de manière plus ou moins importante entre elles. En somme, cette étude a montré que les diversités agro-morphologique et génétique sont toujours importantes au Burkina Faso, mais restent influencées par les facteurs évolutifs. Au Niger, l’évolution de la diversité génétique a été évaluée entre 1976 et 2003 à travers une collection de 450 accessions dans 71 villages représentatifs des conditions pluviométriques et agro-écologiques. Vingt huit marqueurs SSRs ont été employés. Les résultats ont montré une différenciation génétique très faible (Fst = 0,0025) entre 1976 et 2003. Ainsi, contrairement à la prévoyance des généticiens, il n’y a pas eu d’érosion génétique mais plutôt une stabilité voire une augmentation de la diversité au cours de cette période de 27 ans (Deu et al., 2010). Au Sénégal, aucune étude de diversité génétique proprement dite sur les variétés locales, utilisant les marqueurs moléculaires, n’a été menée en notre connaissance. Néanmoins, plusieurs travaux se basant sur les caractéristiques agro-morphologiques ont mis en évidence 8 une variabilité au niveau de différentes variétés du sorgho. Ainsi, les études réalisées au CERAAS ont mis en évidence une diversité au niveau du système racinaire et ont pu identifier ce dernier comme critère pertinent et facile d’accès pour évaluer l’adaptation des variétés du sorgho à la sécheresse (Sine, 2009).

Techniques de caractérisation moléculaire 

Généralités sur les marqueurs moléculaires

Les marqueurs moléculaires génétiques sont des caractères héritables, mesurables qui peuvent détecter une variation dans la séquence soit protéique, soit nucléique. Ils permettent de caractériser un génome de manière fiable, spécifique et rapide (Hespeels, 2007). Ils sont opposés aux marqueurs morphologiques qui se basent sur des caractères visibles tels la forme, la taille, la couleur, etc. Au nombre des marqueurs génétiques moléculaires, on distingue les marqueurs biochimiques (isozymes, protéines, métabolites secondaires, etc.) et les marqueurs de type ADN (Najimi et al., 2003). Les premiers révèlent le polymorphisme de séquence de certaines protéines et donc, de façon indirecte, le polymorphisme des séquences d’ADN à partir desquelles ces protéines sont traduites. Ils sont limités par le faible nombre de loci qu’ils révèlent. De plus, ils sont spécifiques à certains organes ou ne se révèlent qu’à un stade de développement de l’individu porteur. Quant aux marqueurs de type ADN, ils sont des fragments spécifiques d’ADN pouvant être identifiés au sein de l’ensemble du génome et capables de renseigner sur le génotype de l’individu qui le porte ou sur le génotype d’un ou des loci voisins (Ouédraogo et al., 2006). Un bon marqueur doit être héritable, polymorphe, codominant, non épistatique et neutre. De plus, il doit être insensible à l’influence du milieu, économique et manipulable à grande échelle (Santoni et al., 2000 ; Hespeels, 2007). Les techniques de marquage utilisées sont, entre autres, les marqueurs RAPD, AFLP, RFLP, SSRs et SNP. Le choix d’une technique est fonction de l’objectif fixé et des moyens disponibles (Najimi et al., 2003). Dans ce qui suit, nous présenterons brièvement les techniques de marquage génétique tout en mettant l’accent sur les marqueurs SSRs qui sont ceux employés dans notre étude.