ARTICLE
agr.2012.0540
Auteur(s) : Mohammed Mefti1 mmeftidz@yahoo.fr, Hamena
Bouzerzour2 hbouzerzour50@gmail.com
1 Université Saad Dahlab
Faculté des sciences agrovétérinaires et biologiques
Département d’agronomie
Route de Soumaa
BP 270
09000 Soumaa
Blida
Algérie
2 Université Farhat Abbas
Faculté des sciences de la nature et de la vie
Département de biologie végétale et d’écologie
Setif
Algérie
Tirés à part : M. Mefti
Les graminées fourragères pérennes jouent un important rôle en
agriculture. Elles assurent de larges productions de viande et de
lait, contribuent à la conservation des sols et à la protection de
l’environnement (Wang et al., 2001). Le genre Festuca
compte une centaine d’espèces, dont certaines sont couramment
utilisées comme graminées fourragères (Soreng et Davis, 1998). Sur
la base de la texture de leurs feuilles, ce genre se subdivise en
deux types subgénériques : les fétuques à grandes feuilles
telles que Festuca arundinacea et Festuca pratensis
et les fétuques à feuilles fines telles que Festuca rubra et
Festuca ovina (Turgen, 1985). La fétuque élevée (Festuca
arundinacea) est le fourrage le plus utilisé, largement cultivé
dans les régions tempérées (Sleper, 1985 ; Saha et al.,
2005). La fétuque est une espèce allogame avec un haut degré
d’auto-incompatibilité (Xu et al., 1991). Pour les besoins
de l’amélioration de la production et de la qualité fourragère, il
est utile d’avoir des informations sur la diversité génétique
disponible. Les marqueurs moléculaires s’avèrent très utiles et
efficaces dans ce contexte. Ils aident à identifier des populations
très divergentes, utilisables comme matériel de départ dans des
croisements, pour générer plus de variabilité. L’étude de la
diversité génétique chez la fétuque est compliquée par l’allogamie
qui caractérise cette espèce et qui fait que des différences
apparaissent aussi bien à l’intérieure de la population qu’entre
populations. C’est pour ces raisons que la diversité génétique chez
de telles espèces est réalisée sur des mélanges (bulk) d’ADN
provenant de plusieurs individus par population (Xu et al.,
1994).
Parmi les techniques d’évaluation de la variabilité génétique,
l’AFLP (amplified fragment length polymorphism) est une
technique de marquage moléculaire permettant de révéler par PCR
(polymerase chain reaction) des polymorphismes de
restriction. Cette technique est très fiable et fournit beaucoup
plus d’informations que la technique RAPD (random amplification
of polymorphic DNA), puisqu’elle amplifie 10 fois
plus de fragments. Le polymorphisme de longueur des fragments
d’amplification est hautement reproductible, moins sensible aux
conditions de la réaction et ne nécessite pas d’informations sur la
séquence d’ADN (Krauss et Peakall, 1998 ; Vos et al.,
1995). Fjellheim et Rognli (2005) ont évalué 12 cultivars
nordiques et une population islandaise naturelle de fétuque des
prés (Festuca pratensis Huds.) par la technologie des
marqueurs AFLP et ont trouvé des niveaux élevés de diversité
génétique. Reeves et al. (1998) ont utilisé des profils
d’ADN issus de la technique AFLP pour déterminer la relation entre
la taille du génome et l’altitude du site d’origine des populations
naturelles de dactyles. L’objectif de la présente étude est
d’évaluer la diversité génétique et de caractériser sept variétés
de fétuque élevée, avec les marqueurs moléculaires AFLP.
Matériel et méthode
Matériel végétal
Les sept variétés de fétuque élevée (Festuca arundinacea
Schreb.) qui ont fait l’objet d’analyse de la diversité génétique
selon la technique AFLP sont indiquées au tableau 1. Ces variétés ont fait l’objet d’une
étude agronomique approfondie au cours de la période 2005-2006 à
2008-2009, entrant dans le cadre du projet Permed1 (Mefti et al., 2008 ; Pecetti
et al., 2011). Les résultats montrent des différences
significatives de comportement, de persistance et de production
fourragère, suggérant des différences d’ordre génétique. Pour les
besoins de l’analyse de la diversité génétique, des échantillons de
la végétation des variétés mises en place sur le site expérimental
de l’Institut technique des grandes cultures (ITCG) de Sétif ont
été pris au cours de la campagne 2007-2008. Ces échantillons ont
été analysés au laboratoire français de l’Institut national de la
recherche agronomique (Inra) de Lusignan, au cours de la période
allant du 1er au 30 juin de l’année 2008.
Tableau 1 Description des variétés de fétuque
étudiées.
Description of the studied varieties of tall fescue.
| Variétés |
Sélection |
Origine |
Références |
| Lutine |
Inra Lusignan, France |
Types méditerranéens × types tempérés |
Lelièvre et al. (2008) |
| Fraydo |
Melik tallfescue, Australie |
Israël |
Reed et al. (2004) |
| Tanit |
ISCF Lodi in Sardinia |
Italie × Maroc |
Pecetti et al. (2011) |
| Flecha |
Gentos SA, Buenos Aires, Argentine |
France × Tunisie |
Malinowski (2005) |
| Flecha endophyté (E-542) |
AgReaserch (AR) Grassland, Palmerston North,
Nouvelle Zélande |
France × Tunisie |
Bouton et al. (2002). |
| Centurion |
Inra Montpellier, France |
Italie × Tunisie |
www.agriobtentions.fr |
| Sisa |
ISCF Lodi in Sardinia |
Sicile (Italie) |
Pecetti et al. (2011) |
Extraction et amplification de l’ADN
L’ADN génomique de 20 individus par génotype a été extrait
et purifié à partir de 50 mg de matière fraîche foliaire, selon la
méthode du Cetyl Trimethyl Ammonium Bromide (CTAB) (Webb et Knapp,
1990). L’ADN extrait est testé (degré de contamination de l’ADN par
les ARN et les protéines) par spectrophotométrie en contrôlant
l’absorbance, respectivement à 260 nm et à 280 nm (Sambrook et
al., 1989). De même la quantité a été estimée visuellement sous
rayons ultra-violets après migration sur gel d’agarose 0,8 %
(w/v). Avant amplification, des bulks ont été constitués selon la
méthode décrite par Mellish et al. (2002). Cinq bulks d’ADN
de 4 individus ont été formés pour chaque variété, en
utilisant 5μL d’ADN par individu. L’ensemble a été dilué par 100 μL
d’eau Gibco®. L’amplification est réalisée dans un volume
réactionnel de 20 μL de milieu contenant 125 ng d’ADN, 0,2 mM
de dNTP, 0,5 U de Taq polymerase. La réaction d’amplification est
effectuée dans un thermocycleur de type MJ PTC-100, selon le
protocole de Vos et al. (1995) comprenant les étapes
suivantes. La réaction de digestion enzymatique a été réalisée dans
un thermocycleur à 37 ˚C pendant 2 heures, où près de 125 ng
d’ADN génomique ont été digérés par deux enzymes de restriction,
EcoRI et MseI pendant deux heures à 37 ˚C. La
ligation des adaptateurs a été effectuée dans un volume final de
24 μL, grâce à l’action du tampon T4 DNA ligase ligase
(Invitrogen) à 20 ˚C pendant 2 heures, enfin le produit est
dilué au dixième dans de l’eau Gibco.
La réaction de préamplification est effectuée dans un volume de
22 μL contenant les amorces de préamplification EcoRI + A et
MseI + C, mM de dNTP, 5 U/μL de Taq polymerase (MP
Biomedicals), ainsi que le tampon de PCR 10X (MP Biomedicals)
contenant déjà du MgCl2. L’opération s’est déroulée dans
un thermocycleur (MJ PTC-100) selon le procédé suivant :
dénaturation de l’ADN pendant 30 secondes à 94 °C, suivie d’une
minute à 56 °C et d’une minute d’élongation à 72 °C. Une étape
finale d’élongation est réalisée à 72 °C pendant 10 minutes Ce
cycle est répété 20 fois pour terminer avec une température
finale de 10 °C.
L’amplification sélective est précédée par le marquage de
l’amorce EcoR1 radioactivement par le pentamethine carbcyanine (IRD
700) fluorescente à la longueur d’onde de 760 nm grâce à l’action
de la T4 Kinase. Il s’agit d’amplifier cette fois-ci 5 μL
d’ADN digérés, ligaturés et préamplifiés qu’on a dilué 40 fois
en utilisant deux couples d’amorces EcoRI + 3 et MseI + 4 (tableau 2). Les réactions de préamplification et
d’amplification sélective s’effectuent grâce à l’action de la Taq
DNA polymérase dans le thermocycleur. Pour cette amplification
sélective le programme comprend une première étape de
10 cycles divisée en une phase de dénaturation initiale de
4 minutes à 94 ˚C suivie d’un cycle d’une minute à 94 ˚C, puis une
phase d’hybridation d’une minute à 65 et une phase d’élongation
d’une minute et 30 secondes à 72 ˚C. La deuxième étape est en
revanche composée de 23 cycles (une minute à 94 ˚C pour la
dénaturation, 30 secondes à 56 ˚C pour l’hybridation des amorces,
une minute à 72 ˚C pour l’élongation)
Tableau 2 Adaptateurs et amorces utilisés pour l’analyse
AFLP.
Adapters and primer combinations used for the AFLP analysis.
| Adaptateurs/amorces |
Séquences (5′-3′) |
| Adaptateurs EcoRI |
CTCGTAGACTGCGTACC
AATTGGTACGCAGTCTAC |
| Adaptateurs MseI |
GACGATGAGTCCTGAG
TACTCAGGACTCAT |
Amorces sélectives
E-AGG/M-CACG
E-ACA/M-CTCG |
GACTGCGTACCAATTCAGG/GATGAGTCCTGAGTAACACG
GACTGCGTACCAATTCACA/GATGAGTCCTGAGTAACTCG |
AFLP : amplified fragment length polymorphism.
Le fractionnement des produits de l’amplification est réalisé
par un séquenceur d’ADN LI-COR, 4 000 L. Trois microlitres d’ADN
dilué à 100 % sont mélangés à volume égal avec le tampon de
charge (98 % formamide, 10 mM EDTA, 0,25 % bleu de
Bromophénol, 0,25 % xylène Cyanole) puis dénaturés pendant
5 minutes à 95 °C. Six microlitres de chaque échantillon sont
déposés dans chaque puits du gel de polyacrylamide à 6,5 %
(w/v) sous un courant de 40W pendant 4 heures et à une température
de 47 °C. Les profils sont traités par le logiciel SAGA pour la
visualisation des bandes AFLP.
Analyse des données
La diversité génétique est estimée à partir de la matrice de
présence (1) absence (0) des bandes polymorphes. La similarité
génétique entre génotypes a été calculée d’après le coefficient de
Jaccard (GSJ) :
où Ni représente le nombre de bandes détectées sur le
génotype i et pas sur le génotype j ; Nj
représente le nombre de bandes détectées sur le génotype j
et pas sur le génotype i, alors que Nij est le nombre
de bandes communes aux deux génotypes i et j.
Sur la base de la matrice de similitude un dendrogramme montrant
les relations génétiques entre les variétés a été réalisé selon la
méthode Unweighted pair group method using arithmetic
average (UPGMA) attribuée à Sneath et Sokal (1973) en utilisant
le logiciel PAST version 2.4 (Hammer et al., 2001).
L’analyse en coordonnées principales (ACoP) est réalisée avec le
même logiciel Past dans le but de regrouper les variétés
étudiées.
Résultats et discussion
Les deux couples d’amorces AFLP utilisées pour analyser la
distance génétique entre les différentes variétés par la méthode du
bulk ont permis d’obtenir des profils d’amplification avec une
bonne résolution des bandes et un niveau de variabilité des
produits d’amplification assez important. Un total de
105 fragments dont la taille varie de 71 à 388 paires de
bases (pb) a été obtenu ; avec 55 bandes générées par le
premier couple d’amorces E-ACG/M-CACG et 50 bandes par le
deuxième couple d’amorces E-ACA/M-CTCG (figures 1
et 2). Soixante-six fragments sont polymorphes, soit
62,85 % du nombre total des bandes observées. À ce sujet,
Roldan-Ruiz et al. (2000) rapportent avoir trouvé 83 %
de fragments AFLP polymorphes, chez le ray-grass. Ces auteurs
qualifient ce taux d’élevé. Bolaric et al. (2005)
rapportent, eux aussi, un degré de polymorphisme des marqueurs RAPD
de 88 % chez le ray-grass anglais. Un taux de polymorphisme
similaire, de 85.4 %, est rapporté par Majidi et al.
(2006), chez la fétuque élevée, avec une moyenne de 10 à
75 bandes polymorphes engendrées par couple d’amorce. Dans ce
contexte, Paglia et Morgante (1998) rapportent une moyenne de
12,6 fragments polymorphes par couple d’amorce. Selon Mian
et al., 2002, l’amplification sélective avec le couple
d’amorce EcoRI + 3 et MseI + 3 produit un nombre
élevé de fragments (plus de 200) à séparer sur gel de
polyacrylamide ; en revanche, la combinaison d’amorce
EcoRI + 3 et MseI + 4 produit un nombre de fragments
plus pratique allant de 80 à 100.
L’analyse des coefficients des similarités génétiques
(GSJ) des marqueurs AFLP basées sur l’indice de Jaccard et
du dendrogramme UPGMA montre des valeurs variant entre 0,35 et 0,8,
avec une moyenne de 0,54 suggérant une assez grande variabilité
intervariétale, et un coefficient de corrélation cophénétique
r = 0,95 (tableau 3, figure 3). À ce
sujet, Powell et al. (1996) et Lübberstedt et al.
(2000) ont également obtenu des coefficients de similarités élevés
pour les AFLP par rapport à d’autres marqueurs. La variété
australienne Fraydo et la variété française Lutine présentent la
plus grande divergence génétique (GSJ = 0,35). Fraydo
apparaît génétiquement proche des variétés française Centurion et
sud-américaine Flecha. Quant aux variétés européennes Tanit et
Sisa, elles présentent une grande similitude génétique
(GSJ = 0,73) et forment un groupe, lui-même très distant
génétiquement de la variété française Lutine, et assez éloigné de
la variété Centurion bien que ces deux dernières variétés soient
des obtentions du même institut (Institut national de la recherche
agronomique [Inra], France) (figure 3).
Tableau 3 Distances génétiques entre les différentes
variétés de fétuque basées sur l’indice de Jaccard.
Genetic distance between tall fescue varieties based on
Jaccard's index.
| Génotype |
Lutine |
Fraydo |
Tanit |
Flecha |
E-542 |
Centurion |
Sisa |
| Lutine |
1 |
|
|
|
|
| |
| Fraydo |
0,351 |
1 |
|
|
|
| |
| Tanit |
0,454 |
0,547 |
1 |
|
|
| |
| Flecha |
0,451 |
0,648 |
0,609 |
1 |
|
| |
| E-542 |
0,425 |
0,589 |
0,568 |
0,800 |
1 |
| |
| Centurion |
0,442 |
0,621 |
0,595 |
0,648 |
0,641 |
1 |
|
| Sisa |
0,462 |
0,641 |
0,731 |
0,625 |
0,581 |
0,534 |
1 |
Les deux premiers axes de l’analyse en coordonnées principales
(ACoP) expliquent 65,0 % de la variation totale disponible
dans la matrice soumise à l’analyse, avec respectivement
41,2 % pour le premier axe et 23,9 % pour le second (figure 4). Les
résultats de l’ACoP confirment ceux du dendrogramme UPGMA.
L’axe 1 discrimine nettement entre Fraydo et Lutine, alors que
l’axe 2 oppose le groupe formé par Flecha, Flecha endophyté
(E-542) et Centurion à celui formé par Tanit et Sisa (figure 4).
Ces divergences entre accessions semblent avoir pour cause les
origines géographiques. En effet, Sharma et al. (2000) pour
le genre Morus, Vergara et Bughrara (2003) pour le genre
Agrostis rapportent des corrélations positives entre les
distances des marqueurs moléculaires de type AFLP et les
coordonnées de l’origine géographique. En revanche, Cresswell et
al. (2001) ainsi que Bolaric et al. (2005) pour le genre
Lolium n’ont pas observé de liaisons significatives entre la
distance géographique et les marqueurs moléculaires AFLP
étudiés.
La méthode d’ADN bulk a été déjà utilisée par Mian et al.
(2002) pour faire la distinction entre 18 populations de
fétuque élevée. Yu et Pauls (1993)Sweeny et Danneberger (1997) et
Warburton et al. (2000) ont aussi évalué la diversité
génétique fondée sur des marqueurs moléculaires entre des
populations respectives de Medicago sativa, de ray-grass
anglais et de maïs à travers des échantillons d’ADN en bulk. Cette
stratégie est appliquée pour évaluer la diversité des populations
d’espèces allogames (Mian et al., 2002). L’utilisation des
marqueurs AFLP constitue un outil précieux pour l’identification
des variétés commercialisées comme le mentionnent Roldan-Ruiz et
al. (2000).
Conclusion
Les résultats obtenus mettent en exergue la différenciation des
différentes variétés étudiées, issues de diverses origines. Elles
confirment aussi, dans ce cadre-là, le grand intérêt des marqueurs
moléculaires, en particulier de type AFLP, dans l’analyse de la
diversité génétique et de l’identification variétale. En effet,
cette technique a permis une bonne discrimination et un
regroupement des accessions étudiées. L’utilisation de ces
accessions relativement diversifiées dans un programme
d’amélioration permettra certainement d’accélérer le processus
d’amélioration variétale. Enfin, l’utilisation de cette technologie
sur un large éventail de populations de fétuques algériennes
présente un intérêt certain dans l’orientation ultérieure des
prospections et collectes du matériel génétique local, également
dans le but d’accélérer le processus de son amélioration
génétique.
Remerciements
Nos remerciements s’adressent au ministère de l’Enseignement
supérieur et de la Recherche scientifique ainsi qu’aux responsables
du Laboratoire de biologie moléculaire de l’Unité de recherche
pluridisciplinaire « Prairies et plantes fourragères » de
l’Inra de Lusignan. Nous tenons à remercier en particulier le Dr
Philippe Barre pour son accueil et ses orientations, la
Dr Sandrine Flojolot pour ses orientations ainsi que
Mme Françoise Durand pour son assistance
technique.
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1 Projet financé par l’Union européenne
(UE), contrat No INCO-CT-2004-509140 et
intitulé : « Improvement of native perennial forage
plants for sustainability of Mediterraean farming systems
».
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