Les Légumineuses : importance et classification
La famille des légumineuses constitue une des plus abondantes et diversifiées des plantes supérieures, avec plus de 727 genres et 20000 espèces (Cronk et al., 2006). Il s’agit de la troisième plus grande famille d’Angiospermes en nombre d’espèces après les Orchidaceae et les Asteraceae (Lewis et al., 2005). C’est une famille qui comprend des plantes herbacées annuelles que des plantes ligneuses ; elle colonise aussi bien les régions tropicales que les régions tempérées ou arctiques du globe terrestre. Plusieurs de ces plantes ont l’habilité à être en symbiose avec certaines bactéries du sol surtout celles qui appartiennent au genre Rhizobium. Il s’agit d’une association durable qui permet à chaque partenaire symbiotique d’en tirer profit pour assurer sa nourriture et garantir sa croissance (Haag et al., 2013). De nombreuses légumineuses constituent une source majeure de protéines et huiles végétales (Graham et Vance, 2003) et sont largement cultivées sur l’ensemble de la planète. De ce fait les légumineuses sont parmi les plantes les plus étudiées (Patriarca et col, 2004 ; Gage, 2004 ; Stacey et col., 2006). Elles constituent de loin le groupe le plus important de plantes participant à la fixation de l’azote avec des bactéries symbiotiques (Raven et al., 2000).
La famille des légumineuses comprend trois sous-familles : Caesalpinioideae avec une fleur pseudo-papillonacée ; Mimosoideae avec une fleur régulière ; Faboideae ou Papilionoideae avec une fleur typique en papillon.
Les deux premières sont monophylétiques (Papilionoideae, Mimosoideae) et la troisième paraphylétique (Caesalpinoideae) (Guignard et Dupont, 2005). La majorité des Légumineuses d’intérêt économique appartient aux Papilionoideae (Terefework et al., 2000) que l’on subdivise généralement en deux groupes :
Les Légumineuses dites « Phaséolides » (Phaseolus, Vigna, Glycine, Aeschynomene, Cajanus…) principalement des zones tropicales, et Les Légumineuses dites «Galégoïdes» (Trifolium, Medicago, Pisum, Lens…) principalement des zones tempérées.
Le haricot mungo
Origine et répartition géographique : Le haricot mungo est originaire de l’Inde ou de la région indo-birmane où il est cultivé depuis des millénaires. L’ancienneté de la culture du mungo en Inde est étayée par des restes fossilisés découverts au centre de l’Inde, qu’on a datés de 1500–1000 av. J.-C. Les haricots mungo cultivés ont été introduits dans le sud et l’est de l’Asie, l’Afrique, les Amériques et les Antilles. Il est maintenant très répandue dans les régions tropicales et est cultivé dans les terres situées du niveau de la mer jusqu’à une altitude de 1850 m dans l’Himalaya (Lambrides et al., 2006 ; Mogotsi, 2006). Mais il n’a guère pris d’importance hors d’Asie, bien qu’il soit cultivé dans de nombreux pays d’Afrique tropicale. De fait, dans certaines régions du Kenya, en particulier dans la province Est, le haricot mungo est la principale culture commerciale. Classification : Le haricot mungo (Vigna radiata (L.) R. Wilczek) est une légumineuse cultivée pour ses graines comestibles et les choux à travers l’Asie. Il comporte 3 sous-groupes de Vigna radiata: l’un est cultivé (Vigna radiata. Subsp radiata), et deux sont sauvages (Vigna radiata subsp. Sublobata et Vigna radiata subsp. Glabra).
Le haricot mungo a été domestiqué en Mongolie, à partir de son ancêtre sauvage (Vigna radiata sous-espèce sublobata). On distingue habituellement deux types de cultivars de haricot mungo, principalement à partir de la couleur des graines :
Le haricot mungo à grain doré, ayant des graines jaunes, à faible rendement et à fruit déhissant ; souvent cultivé pour son fourrage ou comme engrais vert ;
Le haricot mungo à grain vert, ayant des graines verte-vives, plus prolifique, mûrissant plus uniformément, et dont les gousses ont moins tendance à s’égrener. Deux autres types sont reconnus en Inde, l’un à graines noires et l’autre à graines brunes
Culture du haricot mungo
Le haricot mungo est une plante de saison chaude qui pousse surtout à des températures moyennes comprises entre 20 à 40°C, la température optimale étant de 28–30°C. On peut donc le cultiver en été et en automne dans les régions chaudes tempérées et subtropicales et sous les tropiques à des altitudes inférieures à 2000m. Il est sensible au gel. La pluviométrie annuelle moyenne des régions où il est produit est de 600–1000 mm, mais il peut se contenter de moins. Il supporte bien la sécheresse, en écourtant sa période de floraison et de maturation, mais il est sensible à l’asphyxie racinaire. Une humidité élevée au moment de la maturité endommage les graines et entraîne leur décoloration ou une germination sur pied. Les cultivars de haricot mungo diffèrent nettement dans leur sensibilité à la photopériode, mais la plupart des génotypes présentent des réponses quantitatives de jours courts, l’initiation florale étant retardée par des photopériodes supérieures à 12–13 heures. Le haricot mungo pousse sur de nombreux types de sols, mais il préfère les sols limoneux bien drainés ou les limons sableux avec un pH compris entre 5 et 8. Certains cultivars sont tolérants aux sols moyennement alcalins et salins (PROSEA).
Développement du nodule et maturation des bactéroïdes
Une fois que les parois des cellules de poils sont digérées, une structure tubulaire appelée le fil d’infection est formée. Elle se compose de cellules de la paroi nouvellement synthétisée qui formeront le matériel entourant le Rhizobium. Le centre du tube est une glycoprotéine contenant quelques produits bactériens et quelques glycoprotéines de la plante hôte (Gage, 2004). La dépolymérisation de l’actine est l’un des effets observés dans les poils absorbants suite à l’exposition au facteur Nod (Gage et Margolin, 2000). Les bactéries prolifèrent à l’intérieur du cordon et vont se libérer dans le cytoplasme des cellules corticales, via ce cordon, provoquant ainsi l’apparition du méristème dont l’activité est à l’origine de la formation du nodule, dans laquelle les bacilles se différencient irréversiblement en bactéroïdes ou endosymbiose (Lindström et al., 2002). Ces dernières, de forme irrégulière, ont un volume supérieur à celui des formes libres. Ils ne se divisent plus et ne synthétisent plus de protéines Nod, par contre les bactéroïdes se concentrent dans la production des nitrogénases indispensables à la fixation de l’azote atmosphérique. Les bactéroïdes sont séparés du cytoplasme végétal par une membrane spéciale « péri bactéroïdes » ou membrane de séquestration servant de plaque d’échange entre les bactéries et les cellules de la plante hôte.
Dans cette membrane les bactéries différenciées forment les bactéroïdes de fixation de l’azote (Pelmont, 1995 ; Corbière, 2002). Le nodule prend forme avec la multiplication des cellules du cortex. Il se charge de pigments appelés leghémoglobine, synthétisés à l’intérieur du cytoplasme des cellules de la plante (Corbière, 2002).
Fixation biologique de l’azote
La fixation biologique de l’azote atmosphérique est le processus par lequel certains microorganismes transforment l’azote de l’air (N2 ou diazote) en ammoniac (Chambenoit, 2002 ; Hopkins, 2003 ; Wekeford, 2004, Ricklefs et Miller, 2005 ; Rose et Mueller, 2006). Elle résulte de l’activité d’une enzyme qui s’appelle la nitrogénase (Prescott et al., 2003 ; Maier et al., 2009). La fixation biologique de l’azote capable de restituer à la biosphère l’azote combiné perdu par le phénomène de dénitrification (Doré et al., 2006 ; Rose et Mueller, 2006). Ce processus est comparable à celui de la photosynthèse qui permet de produire des substances glucidiques à partir du gaz carbonique (CO2) de l’atmosphère. Mais, alors que la photosynthèse est le fait de tous les végétaux (sauf les végétaux saprophytes), la fixation de l’azote atmosphérique n’est réalisée que par certaines espèces de bactéries et d’algues cyanophycées. Cette réaction est responsable de la transformation d’un gaz inerte, le N2 atmosphérique, en formes réactives d’azote qui sont cruciales pour le fonctionnement des écosystèmes. L’essentiel de l’azote accumulé progressivement dans les sols des écosystèmes terrestres provient de la fixation biologique.
Table des matières
Introduction
SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE
I.1 Les Légumineuses : importance et classification
I.2 Le haricot mungo
I.2.1 Origine et répartition géographique
I.2.2 Classification
I.2.3 Description botanique
I.2.3.1 Appareil végétatif
I.2.3.2 Appareil reproducteur
I.2.3.3 Croissance et développement
I.2.3.4 Culture du haricot mungo
I.2.3.5 Récolte
I.2.4 Ennemis de la culture
I.2.5 Production
I.2.5.1 Les usages
I.2.5.1.1 Alimentation humaine
I.2.5.1.2 Alimentation de bétail
I.3 Fixation biologique de l’azote
I.3.1 Les bactéries fixatrices
I.3.2 Caractéristiques de la symbiose légumineuse –rhizobia
I.3.3 Les Rhizobia
I.3.4 Etablissement de la symbiose
I.3.4.1 Infection
I.3.4.2 Formation des nodules
I.3.4.3 Développement du nodule et maturation des bactéroïdes
I.3.4.4 Fonctionnement de la symbiose
I.3.5 Spécificité d’hôte
II. MATERIEL ET METHODES
II.1 Les sites d’échantillonnage
II.2 Dispositifs expérimentaux
II.3 Récolte de nodules sur le terrain
II.4 Piégeage des bactéries
II.5 Isolement des souches de Rhizobia associés au haricot mungo (V. radiata)
II.5.1 Milieu d’isolement ou de culture
II.5.2 Observation, Purification et conservation des isolats
II.5.3 Vitesse de croissance : test avec le BTB
II.6 Test d’infectivité ou test de nodulation
II.6.1 Culture en tube Gibson
II.6.2 Germination et inoculation
II.7 Caractérisation moléculaire de l’isolat
II.7.1 Extraction de l’ADN
II.7.2 Contrôle de l’ADN
II.7.3 LA PCR
II.7.4 Séquençage
III. RESULTATS
III.1 Taille des gousses
III.1.1 Le nombre de gousses par plante
III.1.2 Le poids de 100 graines
III.1.3 Rendement en graines et en gousses
III.1.4 Caractérisation morphologique et physiologique
III.1.4.1 Croissance des isolats sur YMA
III.1.4.2 Croissance sur YMA + rouge Congo (0,0025%)
III.1.4.3 Croissance sur YMA +BTB
III.1.5 Le test de nodulation
III.1.6 Caractérisation moléculaire
III.1.6.1 L’extraction de l’ADN
III.1.6.2 Amplification de l’IGS par PCR
III.1.6.3 Séquençage
IV. DISCUSSION
V. Conclusion et perspectives
VI. Recommandations
VII. Références bibliographiques
VIII. Annexes
