Embryogenèse somatique et mycorhization chez le palmier dattier - Cerises sans pédoncules - 'Protato', a protein-rich GM potato - Engineered Crops for Enhancing Drought Tolerance

Ce bulletin N° 11 (Janvier 2012) relate des informations relatives aux: 1/ Multiplication du palmier dattier (Phoenix dactylifera L.) par embryogenèse somatique et mycorhization des jeunes plants, 2/ Amélioration génétique du cerisier pour le trait 'cerises sans pédoncules.

On y trouve aussi les sujets relatifs à 1/ 'Protato', a protein rich GM potato et 2/ Engineered Crops for Enhancing Drought Tolerance.

Amélioration des voies de multiplication du palmier dattier par culture de suspensions cellulaires embryogènes et application des mycorrhizes à arbuscules dans la croissance et la protection des jeunes plants

Palmier dattier. Embryogenèse, mycorhization

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sciences naturelles, matériaux biologiques de base

Thèse de Doctorat de Monsour Ahmed Abohatem. Soutenance prévue le Jeudi 19 Janvier 2012 à la Faculté des Sciences-Semlalia, Marrakech, Maroc.

Laboratoire de Biotechnologies-Biochimie, Valorisation et Protection des Plantes (2BV2P), Université Cadi Ayyad, Faculté des Sciences-Semlalia, B.P 2390, 40000 Marrakech, Maroc. E-mail: baaziz(at)ucam.ac.ma

Publications du 2BV2P. Extrait.

Mansour thèse. Embryogenèse somatique du palmier

L'objectif principal de ce travail est double. Il consiste à:

- L'établissement en milieu liquide de suspensions cellulaires embryogènes (embryogenèse somatique)

en utilisant les cultivars de palmier dattier 'Bou-Feggous' (BFG) et 'Bou-Skri' (BSK) pour l'améliorant du milieu de culture liquide. Cette action de recherche est supportée par les études morphologiques, cytologiques et biochimiques des différentes étapes de l'embryogenèse somatique.

- Recherche de techniques culturales adéquates pour la protection de plants de palmier dattier issus de graines contre la maladie du Bayoud par utilisation des mycorhizes à arbuscules.

Dans la première partie, l'étude de l'amélioration du milieu de culture des suspensions cellulaires embryogènes tend à résoudre le phénomène de brunissement en élucidant sa relation avec le taux des phénols totaux et les activités enzymatiques des peroxydases. Ainsi, la recherche de concentrations appropriées de la Benzyl-6-aminopurine (BAP, cytokinine) déclenchant moins de brunissement, a été réalisée pour les cultures correspondant aux cultivars BFG et BSK. Cette étude a été accompagnée de la description des caractéristiques morphologiques, cytologiques des suspensions cellulaires embryogènes.

Palmier. Bayoud D'autre part, l'effet de la glutamine (acide aminé protéinogène) sur l'embryogenèse somatique en milieu liquide, a été étudié en suivant les changements quantitatifs et qualitatifs que l'acide aminé induit sur les composés phénoliques et les peroxydases.
La deuxième partie a été consacrée à l'étude de l'effet des mycorhizes à arbuscules sur la croissance et la protection des jeunes plants de palmier dattier issus de graines (cultivars 'Jihel', JHL) contre la maladie du Bayoud, fusariose vasculaire à Fusarium oxysporum f.sp.albedinis. Cette étude a été accompagnée par l'élucidation du rôle possible que peuvent jouer les phénols et le système oxydatif des peroxydases.
Résumé de la thèse

Le palmier dattier (Phoenix dactylifera L.), monocotylédone pérenne à croissance lente, subit plusieurs contraintes biotiques et abiotiques rendant plus urgentes les actions d'améliorations des voies de multiplication de la plante. La micropropagation par culture de suspensions cellulaires embryogènes et l'application de la mycorrhization de jeunes plants issus de semis constituent des outils prometteurs pour la multiplication rapide, et la protection des plants de palmier dattier.
La mise en culture de suspension cellulaires embryogènes de deux cultivars de palmier dattier réputés au Maroc, Bou-Feggous (BFG) et Bouskri (BSK), a été effectuée sur milieu de culture de Murashige et Skoog (MS) contenant l'acide 2,4-dichlorophénoxyacétique (2,4-D) à une concentration égale à 5 mg/l et 6-Benzyl-6-aminopurine (BAP) à 5 mg/l. Pour l'induction de l'embryogenèse, le cal friable obtenu après 6-8 mois, a été transféré sur le milieu MS, contenant de faibles concentrations en 2,4-D 0,5 mg/l) et BAP (0,1 mg/l). L'établissement de suspensions cellulaires à partir des cals nécessite la mise au point de milieux de cultures adéquats.
L'étude de la culture de suspensions cellulaires embryogènes chez le palmier dattier a révélé que plusieurs facteurs limitants de l'embryogenèse somatique dont le brunissement. Ce phénomène a été relativement diminué grâce au renouvellement du milieu de culture chaque semaine durant une période de culture de 45 jours. L'addition du charbon actif a permis de diminuer le brunissement en réduisant les concentrations des composés phénoliques et les activités enzymatiques de la peroxydase. Aussi, l'addition au milieu de culture, de la glutamine à une concentration de 100 mg/l, a permis de diminuer l'activité des peroxydases tout en augmentant la concentration des protéines.
Le milieu de culture en état liquide contenant du BAP à 0,3 mg/l permet aux suspensions cellulaires des cultivars BFG et BSK de produire un grand nombre d'embryons somatiques globulaires de grande taille.
Les observations morphologiques et cytologiques révèlent que les cellules destinées à devenir des embryons somatiques se divisent en pro-embryons sphériques dans un intervalle de 7 à 15 jours avec un développement subséquent manifesté par l'apparition de stades embryonnaires globulaire et cotylédonaires. La culture d'embryons somatiques en milieu MS liquide dilué deux fois et sans régulateurs de croissance, suivi d'un transfert sur milieu MS solide contenant (ANA) à 0,1 mg/l, permet d'améliorer la germination des embryons qui atteint 22%.
L'autre voie de multiplication et protection du palmier dattier réside dans l'obtention et l'utilisation de plants issus de graines et préalablement colonisés par des champignons de mycorhize à arbuscules. Après dix mois de colonisation, les plantes mycorhisées ont montré une augmentation significative de la croissance, exprimée sous formes de 'hauteur de la tige', 'nombre de feuilles par plant' et poids mesurés pour la tige, les racines et toute la biomasse. Comparées aux plants non mycorhisés (témoins), les plantes mycorhisées ont montré une augmentation dans les contenus des feuilles en phosphore (P), potassium (K+) et sodium (Na+), dont les quantités ont été doublées pour K+ et Na+ et augmentées plus que le double pour P. L'injection des spores du Fusarium oxysporum f.sp. albedinis (Foa, agent causal du Bayoud) dans les racines des plantes mycorhisées (M+ Foa) et non mycorhisées (+ Foa), montre une augmentation significative dans les taux des phénols totaux et des activités de peroxydase des racines, durant le premier mois après infestation. Les augmentations les plus élevées ont été enregistrées chez les plans mycorhisés, avec une diminution de la mortalité. Pendant la première semaine de culture, la mycorhisation toute seule, n'entraîne pas de changements significatifs dans les contenus des phénols totaux et les activités de peroxydase. La mortalité diminue dans les lots de plants ayant subit la mycorhisation. Ces résultats sont en faveur de l'existence d'une résistance au Bayoud induite par les mycorhizes et médiée par des taux élevés en phénols totaux et en activité de peroxydase.

تحسين طرق إكثار نخيل التمر عبر زراعة الأجنة الجسدية باستخدام الوسط السائل و استعمال فطريات الجذور في نمو و حماية شتلات النخيل

ملخص

تتناول هذة الرسالة دراسة اكثار نخيل التمر بالانسجة ودراسة تاثير فطريات الجذور على شتلات النخيل , حيث تم في الجزء الاول  دراسة اكثار صنفين من اصناف النخيل المغربية ( بوفقوس وبوسكري) وذلك بزراعة البراعم القمية (الجمارة) في المختبربعد تعقيمها في الوسط الغذائي لموراشيجي وسكوج الذي يحتوي على 5 مليجرام من اكسين 2, 4-D و5 مليجرام من السيتوكينين BAP وقد اعطى كميات مناسبة من خلايا الكالس خلال 6-8 شهور من الزراعة ثم تم نقل خلايا الكالس المتكونة على نفس الوسط الغذائي المحتوي على تركيزات منخفضة من 2,4-D ( 0.1 ملجرام ) و BAP ( 0.5 ملجرام ) وذلك للحصول على الكالس الجنيني.

ونظرا لقلة الدراسات والمعلومات التي تتناول تكوين الأجنة الجسدية باستخدام الوسط السائل ( المعلق الخلوي) خاصة عند نخيل التمر فقد ركزت الدراسة على تحسين الوسط الغذائي السائل من اجل الحصول على اجنة ناضجة وقادرة على الانبات.

حيث تم  عمل معلق خلوي لخلايا الكالس الجنيني باستخدام غربال قطرة  500 ميكروميتر تم خلالة دراسة ظاهرة الاسمرار للانسجة والاوساط الغذائية حيث ادي تجديد الوسط الغذائي كل اسبوع الى خفض نسبة الاسمرار في الانسجة وكذلك في الوسط الغذائي يدرجة كبيرة وكذلك الحال عند اضافة الفحم النشط الى الوسط الغذائي السائل ادي الى خفض نسبة الاسمرار بينما ادي عدم اضافة الفحم النشط الى زيادة معدل تكوين الاجنة الثانوية في الوسط الغذائي, حيث ادت تلك المعاملات الى خفض نسبة تراكم الفينولات وكذلك خفض نسبة نشاط انزيم البيروكسيداز في انسجة الاجنة المتكونة مما ادى الى زيادة معدل اكثار الاجنة وتقليص ضياع الكالس الجنيني تحت تاثير الاسمرار.

وكذلك تم دراسة تاثير تركيز ال  BAP وكذلك تاثير اضافة الجلوتامين على تكوين الاجنة الجسدية حيث ادي خفض تركيز ال BAP الى 0.3 مليجرام الى زيادة معدل اكثار الاجنة الجسدية كما ادى اضافة الجلوتامين الى الوسط السائل الى زيادة تراكم البروتينات وخفض نشاط انزيم البيروكسيداز في انسجة الاجنة المتكونة.

كما تم تتبع مراحل تطور خلايا الكالس الجنيني في الوسط السائل حيث تبين من خلال تتبع الخلايا تحت الميكرسكوب الضوئي انقسام الخلايا النشط وتكوين كتل خلوية في الاسبوع الاول من الزراعة وبدات مرحلة تكوين الاجنة الكروية في الاسبوع الثاني ثم مرحلة استطالة الاجنة بعد 20 يوم وتكونت الاجنةالاولية بعد 25 يوم  وتكونت الاجنة الكاملة بعد 35 يوم من الزراعة  .

اما مرحلة الانبات فقد ادى نقل الاجنة الي وسط سائل خالي من الهرمونات لمدة 15 يوم ثم زراعة تلك الاجنة في وسط صلب يحتوي على 0.1 مليجرام من NAA الي رفع نسبة انبات الاجنة الى  22%.

اما الجزء الثاني فقد تناول دراسة تاثير فطريات الجذور على نمو شتلات النخيل ومقاومتها لمرض البيوض. فبعد عشرة اشهر من معاملة شتلات النخيل بفطر الجذور اظهرت النتائج زيادة كبيرة في معدل نمو شتلات النخيل المعاملة بالفطر وذلك من خلال زيادة طول الشتلات وعدد الاوراق والكتلة الحيوية مقارنة بالشتلات الغير معاملة بالفطر  ويرجع ذلك الى زيادة معدل امتصاص العناصر المعدنية من التربة  حيث اظهرت التحاليل زيادة كبيرة في محتوى الاوراق من  الفوسفور والبوتاسيوم والصوديوم في الشتلات المعاملة بالفطر .

كما ادي حقن جذور النباتات بفطر ا لفيزاريوم الى ارتفاع واضح في انتاج المركبات الفينولية والبيروكسيدات عند النباتات المعاملة بفطر الجذور وهذا مايؤكد على دور فطر الجذور كعامل من عوامل المكافحة البيولوجية، القادرة على مقاومه مرض البيوض والحد من أضراره.

Thesis title: Improvement of the multiplication methods of date palm (Phoenix dactylifera L.) by culture of embryogenic cell suspensions and application of arbuscular mycorrhizes in growth and protection of young plants

Abstract

The date palm (Phoenix dactylifera L.), a lon lived monocotyledon, is facing various biotic and abiotic stresses. Urgent actions are needed to improve the multiplication methods of this species. Date palm micropropagation through culture of embryonic cell suspension and the application of arbuscular mycorrhizes in growth and protection of seedling plants, constitute promising tools for quick multiplication and protection date palm plants.
The in vitro propagation of two date palm cultivars growing in Morocco, Bou-Feggous (BFG) and Bouskri (BSK) was carried out using Murashige and Skoog medium (MS) containing 5 mg/l of 2,4-dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D) and 5 mg/l of benzyl-6-aminopurine (BAP) to obtain callus. This latter, was transferred on the same medium containing low concentrations of 2,4-D (0.1 mg/l ) and BAP (0.5 mg/l) to obtain embryonic callus.
Using liquid media (cell suspension) to obtain somatic embryogenesis needs the development of new culture media for the physiological maturation and germination of somatic embryos. The study realized on embryogenic cell suspensions revealed that the tissue and media browning is one among other factors limiting somatic embryogenesis of date palm in liquid media. This phenomenon was more or less controlled by the renewal of culture medium each week interval during 45 days of suspension culture. Addition of activated charcoal to liquid culture medium led to decreased in tissue and medium browning and reduced phenolics and peroxidase activity, in comparison with medium without charcoal. Addition of gultamine (100 mg/l) to the culture medium of somatic embryos led to decreased peroxidase activity and increased proteins content, when compared with medium without glutamine.
The liquid medium with 0.3 mg/l BAP, allowed cell suspension cultures to produce the greater globular embryos and the highest number of somatic embryos in comparison with the other treatment for BFG and BSK date palm cultivars.
Detailed morophological observations have revealed that the cells destined to become somatic embryos divided into spherical proembryos within 7-15 days, with subsequent development including the appearance of globular, elongation and cotyledonary stage embryos. Somatic embryos were conducted on MS liquid medium diluted a half, without plant growth regulator and then transferred and cultured on MS solid medium supplemented with NAA (0.1 mg/l). This protocol led to improve the embryo germination ratio, which reached 22%.
The other method of multiplication and protection of date palm corresponded to apply the arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) on date palm seedlings. After ten months of colonization, mycorrhizal plants showed a significant increase in their growth expressed as shoot height, number of leaves per plant, shoot weight, root weight and the total biomass. Mycorrhizal and non-mycorrhizal (controls) date palm seedlings showed great differences in their leaf contents of phosphorus (P), potassium (K+) and sodium (Na+). When compared with controls, P increased more than two folds in mycorrhizal plants, while the values of K+ and Na+ doubled.
When inoculated with Fusarium oxysporum f. sp. albedinis (Foa, causal agent of Bayoud) by injecting roots with an Foa spore suspension, mycorrhizal (M + Foa) and non-mycorrhizal (+ Foa) date palm seedlings showed significant increases in their root total phenols and peroxidase activities during the first month after inoculation. The highest increases were found in mycorrhizal seedlings accompanied by limited plant death. Mycorrhization alone did not affect significantly total phenols and peroxidase activities during the first week of culture. Plant death decrease in plant lots subjected to root inoculation with the AMF fungus. As revealed by mycorrhization of date palm seedlings, these results supported the hypothesis that induced resistance to Bayoud disease is mediated by high increases in phenolic compounds and peroxidase activities.

Download article in pdf: http://www.benthamscience.com/open/tohortj/articles/V004/10TOHORTJ.pdf

Cerisiers à cerises sans pédoncules. Le pour et le contre
Le cerisier (Prunus cerasus) appartient à la famille des Rosacées. Le fruit est une drupe (fruit charnu) dont le noyau lignifié est très solide. Il contient une ou deux graines appelées amandes. Contrairement aux autres fruits comme les fraises, les cerises ne poussent pas sur une longue période. La plupart des cerises sont toutes prêtes en même temps.

Cerises ans pédoncules

Le cerisier Prunus cerasus est une espèce allotétraploïde (AAFF) et comme l'évolution procède en général de types ayant moins de chromosomes vers des polyploïdes, l'hypothèse fut faite que Prunus cerasus (AAFF) pourrait résulter d'une hybridation naturelle entre le merisier P. avium, diploïde (AA, 2n = 2x = 16) et le cerisier des steppes P. fruticosa tétraploïde (FFFF, 2n = 4x = 32). Lors de cette fécondation, P. avium aurait produit des gamètes non réduits (AA) et P. fruticosa des gamètes normalement réduits (FF).
Pour beaucoup de consommateurs de cerises, lefruit est indissociable de son pédoncule (queue) qui est signe de la fraîcheur de collecte. Cependant, la 'société de consommation' peut nous présenter des cerises sans pédoncule pour une consommation ambulatoire. Ainsi, le sélectionner doit puiser dans la diversité génétique de tous les cerisiers (loins ou proches génétiquement) les gènes en faveur d'un détachement pédonculaire aisé lors de la récolte et une aptitude à la subérisation au niveau de la zone d'abscission. Cette aptitude au détachement, mesurée par un dynamomètre numérique, permet d'assurer un gain de temps dans la récolte et une préservation meilleure du fruit. Les agriculteurs expérimentés peuvent avoir une idée contraire. En effet, ils savent que lors de la cueillette, il est très important d'enlever le pédoncule avec la cerise afin de permettre à l'arbre de produire de façon maximale l'année suivante. Si la queue reste dans l'arbre à l'automne, il est probable que l'arbre donne moins de fruits lors de la prochaine récolte, disent-ils. N'oublions pas, non plus, les vertus des pédoncules (queues). Depuis des temps immémoriaux, l'Homme a appris à faire sécher les queues pour en faire des médicaments. Ce savoir ancestral a été confirmé par la pharmacie moderne qui a constaté que les pédoncules sont riches en flavonoïdes et sels de potassium.

Notons que l'amélioration génétique du cerisier est confrontée au phénomène de l'incompatibilité pollinique. En effet, chez le cerisier, existe une incompatibilité pollinique (inhibition de la croissance du tube pollinique). Les cerisiers du même groupe d'incompatibilité ne peuvent se féconder entre eux. Cette incompatibilité est liée à l'action d'un locus S sui comprend deux parties, l'une exprimée dans le style, et l'autre complémentaire exprimée dans le pollen. Les groupes d'incompatibilité polliniques peuvent être déterminés par PCR (développement d'amorces reconnaissant des séquences des allèles

Sources :
- Filleron E. 2011. La cerise sans pédoncule : une innovation sur le marché de la cerise. Innovations Agronomiques 17 (2011), 227-240
- Variétés de cerise : http://www.fruits-et-legumes.net/revue_en_ligne/infos_cerise/fich_pdf/InfosCerise4.pdf

Biotechnologies modernes. 'Protato', une pomme de terre (potato) génétiquement modifiée riche en protéines - ‘Protato’: A Protein Rich GM Potato
The recent issue of the Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) reports the development of a genetically modified (GM) potato rich in protein by a team of scientists led by Dr. Subhra Chakraborty of the National Institute of Plant Genome Research (NIPGR) in close collaboration with the Central Potato Research Institute (CPRI) of India. The genetically modified potato is named 'Protato' which contains 60% increase in total protein content developed by introducing AmA1 gene (Amaranth Albumin 1) from edible amaranth plant into seven commercial varieties of potatoes.

The GM potato plants were tested at three locations in India and the trial results demonstrated greater harvest and moderate increase in tuber yield. Data on field performance and safety evaluation indicates that the transgenic potatoes are suitable for commercial cultivation and have no negative effects on animal health. In addition, the concentrations of several essential amino acids were increased significantly in transgenic tubers which are otherwise limited in potato, resulted in a significant increase in yield and enhanced nutrition. The article also reported that the expression of AmA1 has potential for the nutritional improvement of other food crops.

A copy of full article 'Next-generation protein-rich potato expressing the seed protein gene AmA1 is a result of proteome rebalancing in transgenic tuber' is available at: http://www.pnas.org/content/early/2010/09/13/1006265107.full.pdf +html Supporting information on safety and efficacy of the protein rich GM potato is available at http://www.pnas.org/content/suppl/2010/09/14/1006265107.DCSupplemental/pnas.201006265SI.pdf For more information about biotech development in India contact b.choudhary@cgiar.org and k.gaur@cgiar.org ........................ by Udupa

An Alternative Approach to Genetically-Engineered Crops for Enhancing Drought Tolerance
To survive and flourish in rapidly changing environmental conditions, plants use a complex family of hormones to regulate growth and reproduction. One plant hormone, abscisic acid (ABA), coordinates responses to stressors such as drought, extreme temperature and high salinity, as well as regulating non-stress responses including seed maturation and bud dormancy (for review, Aaron Santner & Mark Estelle, Nature 459, 1071-1078 (25 June 2009) (http://www.nature.com/nature/journal/v459/n7250/full/nature08122.html#a2).

In a 2009 study published in Nature, showed precisely how the plant hormone abscisic acid (ABA) works at the molecular level to help plants respond to environmental stresses such as drought and cold. A family of proteins recently identified as ABA receptors (Karsten Melcher et al. Nature 462, 602-608 (3 December 2009),(http://www.nature.com/nature/journal/v462/n7273/full/nature08613.html ), which modulate these stress tolerance response. These findings could help engineer crops that thrive in harsh environments.

One of ABA's effects is to cause plant stomata (pores) to close when plants are stressed so that they can retain water. In the new study published about 5 weeks ago (Karsten Melcher et al. Nature Structural & Molecular Biology 17, 1102 (2010) (http://www.nature.com/nsmb/journal/v17/n9/full/nsmb.1887.html ), researchers identified several synthetic compounds that fit well with ABA's many receptors, or cellular "docking stations," to have the same effect. By finding compounds that can close these stomata, researchers' findings could lead to sprays that use a plant's natural defenses to help it survive harsh environmental conditions. Spraying these compounds during drought situations would allow plants to be more adaptable to drought. This approach could be more effective than genetically engineered crops, said Karsten Melcher, one of the authors of the paper.

Europe Wheat Website
EuroWheat (http://www.eurowheat.org/EuroWheat.asp ) is an Internet based platform aiming at collating and displaying host - and pathogen characteristics, and pesticide efficacy on a European scale. Bringing together existing information from national programs and ensuring that these data are in a format, which can be readily understood trans-nationally, are expected to provide significant added value on a European scale. New disease - and resistance data will be published on the platform as soon as possible to support effective disease control, deployment of host resistances and breeding programs.
palmier, cerisier, potato. Amélioration des plantes