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I SOMMAIRE INTRODUCTION I- BOTANIQUE DU RIZ 1- Position systématique 2- Morphol

I SOMMAIRE INTRODUCTION I- BOTANIQUE DU RIZ 1- Position systématique 2- Morphologie de la plante 3- Cycle de croissance II- PRINCIPAUX TYPES DE MARQUEUR MOLECULAIRE INTERVENANT DANS LA SELECTION VARIETALE DU RIZ 1- Définition de marqueurs moléculaires a) Avantages b) Inconvénient 2- Les principaux types de marqueurs moléculaires intervenant dans la sélection des variétés du riz III- QUELQUES APPLICATIONS DE MARQUEURS MOLECULAIRES DANS LA SELECCTION VARIETALE DU RIZ 1- Application des microsatellites dans la sélection assistée par marqueurs (SAM) 2- Application de la RAPD, AFLP et de la RFLP dans la sélection des variétés du riz IV- APPORT DES MARQUEURS MOLECULAIRES A LA SELECTION VARIETABLE DU RIZ 1- Cartographie génétique 2- Clonage des gènes du riz 3- Cartographie comparée du génome du riz, blé, maïs 4- Intérêt des marqueurs moléculaires CONCLUSION 1 INTRODUCTION Le riz est une espèce majeure pour l’alimentation humaine puisqu’il est consommé par la moitié de l’humanité. Le riz est la deuxième céréale après le maïs en termes de surface cultivée (153 Mha en 2004) et de quantité produite (608 Mt en 2004), avec un rendement moyen de 4,0 t/ha qui masque de très importantes disparités (World Rice Statistics, 2005). La filière rizicole constitue l’un secteur clé à la fois pour l’économie et la sécurité alimentaire du monde. Vue son importance, des études scientifiques ont été réaliser dans le but d’améliorer la productivité de cette culture. L’avènement de la génétique et le développement des marqueurs moléculaires durant les dernières années ont permis de réaliser des prouesses remarquables, à savoir établir de nouvelles approches pour améliorer les stratégies de sélections. Le présent document a pour objectif de mettre en évidence l’importance des marqueurs moléculaires, leurs utilisations et applications dans l’étude des sélections variétales du riz dans le but d’améliorer la productivité mais aussi la résistance à plusieurs maladies et insectes. I. Botanique de la plante Le riz est une céréale de la famille des poacées (anciennement graminées), cultivée dans les régions tropicales, subtropicales et tempérées chaudes pour son fruit, ou caryopse, riche en amidon. Il désigne l'ensemble des plantes du genre Oryza, parmi lesquelles deux espèces sont cultivées : Oryza sativa et Oryza glaberrima, ou riz de Casamance. 1- Position systématique 2 2- Morphologie de la plante Le riz est une plante herbacée annuelle avec une tige ronde recouverte, des feuilles sessiles plates en forme de lame et une panicule terminale. Sous des conditions climatiques favorables et exceptionnelles, la plante peut pousser pendant plus d'une année et est adapté à un habitat aquatique. L'espèce cultivée traditionnellement en Afrique est Oriza glaberrima. A la différence de Oriza sativa, cette espèce ne possède pas de branches secondaires partant des branches primaires de la panicule. Il n'y a pas de ligule chez Oryza glaberrima. Il y a aussi des différences mineures sur la pubescence du limbe. O glaberrima est strictement annuelle. Les racines sont constituées de racines secondaires et de leurs poils absorbants. La racine primaire, qui croît à partir de la semence au moment de la germination, ne vit qu'un court moment. Elle est rapidement remplacée par des racines secondaires. 3 La tige est constituée d'un certain nombre de nœuds et d'inter nœuds dans un ordre successif. Les nœuds portent une feuille et un bourgeon qui pourra donner naissance à un talle secondaire. Le talle primaire pousse à partir du nœud le plus bas et donne naissance aux talles secondaires et ceux-ci donnent à leur tour naissance à des talles tertiaires. La tige principale (talle primaire) développe le nombre le plus important de feuilles. La première feuille rudimentaire à la base du talle est le prophyllum. Les feuilles prennent naissance à un nœud de la tige et sont constituées de deux parties : la gaine foliaire et le limbe foliaire. Chaque nœud donne naissance à une feuille. La gaine foliaire enveloppe la totalité de l'inter noeud et même dans certain cas le nœud suivant. Le limbe foliaire ou la partie terminale de la feuille est attachée au nœud par la gaine foliaire. La fleur a 6 étamines et 1 pistil. Les étamines sont constituées de deux anthères soudées au bout d'un filament fin. Le pistil est constitué de l'ovaire, du style et du stigmate de structure plumeuse. Le grain de riz est constitué de l'ovaire fécondé, des glumes et glumelles, du rachis, des glumes stériles et éventuellement de la barbe. L'embryon est fusionné avec l'endosperme. 3- Cycle de croissance Le cycle du riz peut être divisé en trois phases : 4  la phase végétative qui comprend la germination, la levée et le tallage et dure du semis jusqu’à la phase de différenciation paniculaire.  La phase reproductive va de l'initiation paniculaire à la fécondation. Elle dure de 19 à 25 jours. Elle comprend l'initiation panîculaîre, la-montaison, Fépiaison et la fécondation. A partir de l'initiation paniculaire, le tallage s'arrête. Durant la phase reproductive, le plant de riz est particulièrement sensible à des conditions défavorables (sécheresse, basses températures ...).  La phase de remplissage du grain et de maturation va de la fécondation des grains jusqu'à la maturité. Durant cette phase, on observe un remplissage des grains par un mouvement des éléments nutritifs de la plante vers les grains. Les grains passent par une phase de grain laiteux, puis grain pâteux et enfin de grain mature. Cette phase dure de 30 à 42 jours, selon les conditions de température et d'humidité du milieu. II. PRINCIPAUX TYPES DE MARQUEUR MOLECULAIRE INTERVENANT DANS LA SELECTION VARIETALE DU RIZ 1. Définition de marqueurs moléculaires Les marqueurs moléculaires sont un type de marqueur génétique composé de fragment d’ADN qui servent de repères pour suivre la transmission d’un segment de chromosome d’une génération à une autre. a) Avantages Les avantages des marqueurs moléculaires sont nombreux :  Non soumis à l’influence de l’environnement  Potentiellement en nombre illimité (couvre le génome entier)  Mesure objective de la variation b) Inconvénient Le majeur inconvénient est le fait qu’ils nécessitent un équipement technique plus complexe. 5 2. Les principaux types de marqueurs moléculaires intervenant dans la sélection des variétés du riz Le choix du système de marquage dépend de l’objectif fixé, des compétences disponibles au laboratoire. Nous décrivons les principaux systèmes de marquage moléculaire appliqué au riz.  Les marqueurs RFLP (Restriction fragment length polymorphism ; polymorphisme de longueur des fragments de restriction) La technique RFLP développée par Botstein et al (1980) repose sur la mise en évidence de la variabilité de la séquence nucléotidique de l’ADN génomique après la digestion par des enzymes de restriction.  Principe  L’ADN génomique est extrait en grande quantité, purifié et soumis à digestion par une enzyme de restriction.  Les fragments générés sont séparés selon leur taille par électrophorèse en gel. L’ADN est ensuite transféré du gel sur la membrane de nylon en prenant soin de conserver la position relative des fragments d’ADN.  Enfin on réalise l’hybridation moléculaire avec une sonde d’ADN, qui va s’hybrider avec le ou les fragments de l’ADN avec lesquels elle présente des homologies et l’ADN cible est visualisé par autoradiographie. Bien que cette technique soit Co-dominante et permette une analyse génétique complète, elle est lente et laborieuse. Les étapes de transfert et d’hybridation empêchent une automatisation du travail. 6  Marqueurs de type PCR (polymerase chain reaction) Le développement de la technique PCR offre l’avantage d’analyser les marqueurs moléculaires en un temps en un court tout en utilisation des concentrations faibles d’ADN. Les marqueurs basés sur la technique PCR tendent à remplacer les systèmes classiques et deviennent très nombreux. Les plus largement utilisés chez le riz sont : les microsatellites ou SSR (Single Séquence Repeat) ; l’AFLP (Amplified Fragment Length Polymorphism) et la RAPD (Randamly Amplified Polymorphic DNA)  Les microsatellites ou SSR (Morgante, Olivieri, 1993). Ils sont constitués de séquence de di-, tri-, tétra- nucléotides répétés en tandem. 7 Ces éléments sont uniformément répartis en plusieurs exemplaires sur l’ensemble du génome d’une espèce et présentent un taux de polymorphisme élevé en reposant sur la variation du nombre d’unité de répétition constituant le microsatellite. La technique de PCR est utilisée pour relever le polymorphisme des microsatellites. Si la SSR est un bon marqueur moléculaire (reproductibles, Co- dominant et aisé d’utilisation). Leur caractérisation initiale est toutefois assez lourde. En effet, leur production doit passer d’abord par le clonage et le séquençage de des éléments répétés.  La technique RAPD (Williams et al. ,1990). Elle consiste en l’amplification par PCR de fragments de l’ADN génomique en utilisant des amorces arbitraires de taille courte (10 Pb). Une amorce RAPD permet généralement l’amplification d’une dizaine de fragments correspondant à des locus dominants. Les produits d’amplification sont généralement visualisés par électrophorèse sur gel d’agarose. Le polymorphisme décelé est dû à des mutations soit dans les régions amplifiées soit au niveau des sites de fixation des amorces. Le polymorphisme révélé est un polymorphisme de sites d’hybridation d’amorce. Les amorces constituent donc les marqueurs. Cette technique est simple, rapide et ne nécessite ni un marquage radioactif ni une connaissance préalable de la séquence nucléotidique. Néanmoins, la RAPD manque de reproductibilité puisqu’elle uploads/Marketing/ expose-application-de-marqueurs-moleculaires-dans-la-selection-varietale-du-riz.pdf