Manioc

Sous les tropiques, le manioc se classe au troisième rang des sources de calories juste derrière le riz et le maïs, et est généralement cultivée par de petits exploitants pauvres en ressources sur des terres marginales. Culture naturellement tolérante à la sécheresse, elle fournit un aliment de base essentiel à de nombreuses populations vulnérables à l'insécurité alimentaire. Mais le manioc est souvent considéré comme un cousin pauvre dans la famille mondiale des cultures de base.

L'amélioration et l'adoption élargie de cultures adaptées à la croissance avec des ressources en eau limitées sur des terres marginales sont essentielles pour assurer la sécurité alimentaire, compte tenu des terres arables limitées et de la croissance démographique, encore aggravées par les effets du changement climatique. En Afrique subsaharienne et dans la plupart des régions tropicales et subtropicales, le développement et l'utilisation de variétés de cultures à haute efficacité d'utilisation de l'eau sont particulièrement importants pour les zones marginales avec des sols pauvres, des précipitations peu fiables et où l'irrigation n'est pas disponible ou inabordable pour les ressources. -paysans pauvres. À cet égard, le manioc mérite une attention particulière en raison de son statut et de son potentiel supplémentaire en tant que sécurité alimentaire et culture de rente pour la plupart des ménages vivant dans les zones marginales des régions tropicales et subtropicales.

Il a été estimé que le stress dû à l'humidité ou à la sécheresse est le stress environnemental le plus néfaste pour les cultures, représentant plus de 70 % des pertes potentielles de rendement agricole dans le monde. En Afrique, le cycle de croissance du manioc est généralement interrompu par 3 à 6 mois de sécheresse, influençant divers processus physiologiques des plantes entraînant une croissance, un développement et un rendement économique réduits. En général, le manioc peut supporter des périodes importantes de stress hydrique. Cependant, il existe une gamme de niveaux de tolérance à la sécheresse dans le matériel génétique disponible, et sa croissance et sa productivité dans les zones marginales sont limitées par un stress hydrique sévère, en particulier pendant les premiers stades de croissance. Le développement de variétés de manioc avec des caractéristiques préférées des agriculteurs et une tolérance accrue à la sécheresse permettra une culture étendue et des rendements élevés dans les zones marginales.

Compte tenu des défis inhérents à la sélection du manioc, une compréhension de la base moléculaire des réponses et de la tolérance du manioc à la sécheresse peut grandement aider au développement de variétés appropriées. La sélection conventionnelle a été entravée par la forte hétérozygotie du manioc, l'interaction génotype-environnement, le long cycle de vie et la production limitée de graines, tandis que la sélection moléculaire est entravée par des informations limitées sur les régions génomiques et les gènes associés à la tolérance à la sécheresse chez le manioc. Les efforts visant à améliorer l'efficacité de l'utilisation de l'eau par le manioc par la sélection conventionnelle ont été limités dans de nombreuses régions du monde. Les programmes de sélection en Amérique latine ont réussi à identifier du germoplasme avec des niveaux accrus de tolérance à la sécheresse, avec un rendement 2 à 3 fois supérieur à celui des génotypes typiques de manioc dans des conditions semi-arides.

La tolérance des plantes au stress hydrique est un trait complexe avec plusieurs couches interactives de réponses moléculaires et physiologiques. Les réponses au stress hydrique et les gènes de tolérance ont été bien caractérisés chez un certain nombre d'espèces végétales, ce qui donne un aperçu des voies générales impliquées et des mécanismes et gènes de tolérance potentiels chez d'autres espèces. La résistance des plantes au stress hydrique peut être obtenue par l'évasion (par exemple, une floraison précoce dans des environnements plus secs), l'évitement (par exemple, le contrôle de la transpiration par les stomates et le développement de systèmes racinaires étendus), la flexibilité phénotypique, la conservation de l'eau dans les tissus, les défenses antioxydantes, la régulation de la croissance des plantes par hormones et ajustement osmotique. Le stress hydrique induit une accumulation de métabolites et de protéines liées à la sécheresse.

Sur le plan écophysiologique, des mécanismes de tolérance à la sécheresse chez le manioc ont été identifiés tels que l'évitement, par la fermeture partielle des stomates pour réduire la transpiration, le développement de systèmes racinaires extensifs et proportionnellement des réductions stratégiques du couvert foliaire ; cependant, dans certaines études, une plus grande rétention foliaire a été corrélée à la tolérance à la sécheresse, de sorte que la relation entre la rétention foliaire et la tolérance à la sécheresse dépend du génotype et probablement de facteurs environnementaux (par exemple la sévérité de la sécheresse). Bien qu'un nombre limité d'études moléculaires aient séquencé des bibliothèques d'étiquettes de séquences exprimées normalisées à partir de manioc soumis à un stress hydrique, aucune étude moléculaire n'a été menée pour quantifier l'expression génique dans des génotypes de manioc simples ou contrastés dans des conditions ressemblant à celles du champ, ce qui permettrait l'identification de à la fois les gènes sensibles à la sécheresse et les gènes candidats à la tolérance à la sécheresse les plus pertinents pour les efforts d'amélioration de la sécheresse du manioc.

Une nouvelle étude sur la revue en libre accès AoB PLANTS a confirmé le statut de résistance à la sécheresse et de sensibilité à la sécheresse des variétés de manioc améliorées et préférées des agriculteurs qui font désormais partie du germoplasme intégré dans le programme de sélection de l'Institut national de recherche sur les ressources agricoles en Ouganda pour développer du manioc résistant à la sécheresse avec d'autres agriculteurs -caractéristiques préférées. Les réponses morphologiques et physiologiques des deux génotypes au stress hydrique ont été évaluées. Les niveaux d'expression relatifs des gènes précédemment démontrés comme étant fonctionnellement impliqués ou associés aux réponses au stress hydrique chez d'autres espèces ont également été analysés. Cette étude fournit une caractérisation générale des réponses à la sécheresse dans le manioc, produisant des marqueurs basés sur l'expression et des gènes candidats de tolérance à la sécheresse pour les efforts d'amélioration du manioc en cours. Une compréhension moléculaire des réponses à la sécheresse de cette espèce tolérante à la sécheresse peut également fournir des informations pour augmenter la tolérance à la sécheresse des espèces plus sensibles à la sécheresse.

Caractérisation physiologique et moléculaire des réponses à la sécheresse et identification de gènes candidats de tolérance chez le manioc. (2013) AoB PLANTS 5 : plt007 doi : 10.1093/aobpla/plt007
Abstract

Le manioc est une plante-racine importante pour les agriculteurs pauvres en ressources dans les zones marginales, où sa production est confrontée à des contraintes de sécheresse. Compte tenu des difficultés associées à la sélection du manioc, une compréhension moléculaire de la tolérance à la sécheresse du manioc aidera à identifier des marqueurs à utiliser dans la sélection assistée par marqueurs et des gènes pour l'amélioration transgénique de la tolérance à la sécheresse. Cette étude a été réalisée pour identifier des gènes candidats de tolérance à la sécheresse et des marqueurs basés sur l'expression du stress hydrique chez le manioc. Une variété locale de manioc tolérante à la sécheresse (variété améliorée) et une variété locale de manioc sensible à la sécheresse (préférée par les agriculteurs) ont été cultivées dans la serre dans des conditions bien arrosées et de stress hydrique. Leurs réponses morphologiques, physiologiques et moléculaires à la sécheresse ont été caractérisées. Les mesures morphologiques et physiologiques indiquent que la tolérance de la variété améliorée est basée sur l'évitement de la sécheresse, grâce à la réduction de la perte d'eau via la fermeture partielle des stomates. Dix gènes qui ont été précédemment validés biologiquement comme conférant ou étant associés à la tolérance à la sécheresse chez d'autres espèces végétales ont été confirmés comme étant réactifs à la sécheresse chez le manioc. Quatre gènes (MeALDH, MeZFP, MeMSD et MeRD28) ont été identifiés comme gènes candidats de tolérance à la sécheresse du manioc, car ils étaient exclusivement régulés à la hausse dans le génotype tolérant à la sécheresse à des niveaux comparables connus pour conférer une tolérance à la sécheresse chez d'autres espèces. Sur la base de ces gènes, nous émettons l'hypothèse que la base de la tolérance au niveau cellulaire passe probablement par l'atténuation de la poussée oxydative et l'ajustement osmotique. Cette étude fournit une première caractérisation de la réponse moléculaire du manioc au stress hydrique ressemblant aux conditions de terrain. Les gènes sensibles à la sécheresse peuvent maintenant être utilisés comme marqueurs basés sur l'expression de la tolérance au stress hydrique chez le manioc, et les gènes candidats de tolérance testés dans le contexte de la sélection (en tant que locus de caractères quantitatifs possibles) et de l'ingénierie de la tolérance à la sécheresse chez les transgéniques.

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