MINISTERE DE L’AGRICULTURE INSTITUT D’ECONOMIE RURALE CENTRE REGIONAL DE RECHERCHE AGRONOMIQUE DE SOTUBA Domestication de Jatropha curcas pour la production de biocarburant au Mali Atelier de capitalisation de connaissances et savoir- faire sur les filières des biocarburants au Mali Présenté par Dr Diarra Haby Sanou ANADEB/CRES, Décembre 2012

Sommaire Origine, distribution - Diversité et structure génétique - Systèmes de reproduction - Dépression de consanguinité - Discussions et conclusions - Difficultés rencontrées - Recommandations

Domestication de Jatropha curcas pour la production de biocarburant à l’échelle des producteurs africains

Pourquoi une étude sur la domestication de Jatropha curcas? Dans le souci de promouvoir les biocarburants et de répondre aux attentes des populations, il est important de: - Sélectionner les provenances et les arbres performants pour la croissance, le rendement en en graines et en huile, - Comprendre les corrélations génétiques entre production et croissance, puis entre environnement et production en vue d’accélérer l’amélioration des caractères désirés surtout après le développement de marqueurs moléculaires et la construction de carte génétique. - Evaluer la diversité génétique qui est importante à plus d’un titre:

Pourquoi une étude sur la domestication de Jatropha curcas? Un niveau élevé de diversité confère aux espèces le potentiel de: - Répondre aux changements de l’environnement - Résister à de nouveaux types de parasites et de déprédateurs, - Procure aux espèces un potentiel évolutif important. Diversité génétique est influencée par: - Les pratiques humaines, - L´histoire introductive de l´espèce Ex: possibilité de diffuser le Jatropha en Afrique en faisant une seule introduction, introduction à partir de peu d’arbres au niveau du centre d’origine, ou alors multiples introductions - Les systèmes de reproduction et les mécanismes de dispersion des graines et des pollens.

Pourquoi une étude sur la domestication de Jatropha curcas? - Important de savoir quel est l’impact de l’histoire introductive et des systèmes de reproduction sur la diversité? Ce qui revient aussi à analyser la reproduction chez l’espèce: Test de l’allofécondation, l’autofécondation et l’apomixie. - Si espèce réellement allogame, on s’attend alors à constater chez les plants issus d’autofécondation, une dépression de consanguinité dès le stade jeune, ou alors pendant la phase adulte - Si au contraire, elle est autogame, dans ce cas, il n’y aura pas de dépression même pendant le stade adulte.

Objectifs Objectif général - Tester les populations de Jatropha curcas dans le but d’améliorer la production de biocarburant et les conditions de vie des populations. Objectifs spécifiques - Analyser la diversité et la structure génétique des populations de J. curcas en utilisant les marqueurs microsatellites, - Tester les différents systèmes de reproduction de l’espèce, et estimer le rôle potentiel de la consanguinité (analyse de la dépression de consanguinité pendant le stade juvénile et pendant la phase adulte)

Objectifs Objectifs spécifiques (suite) Analyser les ressources génétiques en relation avec la production de l’huile, et l’adaptation à différents climats, - Développer des stratégies de sélection et de domestication en utilisant une approche participative, - Proposer un ou des modèles en réponse au climat basés sur les interactions génotype-environnement.

Matériels, méthodes et techniques Matériel végétal: graines et feuilles de Jatropha curcas Population globale: 50 provenances - Afrique de l’Ouest: Mali, Gambie, Guinée Bissau, Burkina Faso - Afrique de l’est: Kenya, Tanzanie, Ouganda, - Asie: Inde - Amérique Centrale: Guatemala - Amérique du Sud: Mexique avec 15 provenances (quatre régions= Chiapas, Vera-Cruz, Puebla et Morelos).

Matériels, méthodes et techniques Méthodes: Analyse de la diversité et de la structure génétique Extraction de l’ ADN, amplification par PCR et genotypage à l’aide de marqueurs microsatellites

Matériels et méthodes Méthodes Etude des systèmes de reproduction Pollinisation croisée, Autopollinisation Apomixie)

Matériels, méthodes et techniques Méthodes Etude de la dépression de consanguinité Semis en pépinière des graines issues de fécondation croisée, d’autofécondation ainsi que les témoins Mesure des paramètres de croissance (hauteur, diamètre au collet, nombre de ramifications) Délai de germination et taux de germination également notés.

Matériels, méthodes et techniques Méthodes Analyse des données - Analyse des paramètres de la diversité (N a ), (N e ), H e ), (H o ), (F is), (F st) - Structure génétique des populations (AMOVA, dendrogramme) - Graphiques de l’évolution de la floraison en fonction du temps - Comparaison du ratio fleurs mâles sur fleurs femelle - Analyse de variance des paramètres de croissance

Résultats obtenus Diversité génétique Population globale - Nombre moyen des allèles par population: 1 - 2,67, - L´hétérozygotie attendue (H e ) nulle ou presque nulle pour les échantillons africains et asiatiques (0- 0,005). - Pour les populations mexicaines, l´hétérozygotie a varié entre 0 (MJJL13, MJJL18), à plus de 0,5 (MJJL6, MJJL9)

Populations mexicaines Nombre moyen effectif d´allèles par locus (N e ) proche de 1 Taux d´hétérozygotie attendue (H e ) proche de 0 pour les collections MJJL1, 2, 4, 12, 13, 14, 15, 17, et 18. Collections essentiellement monomorphes et appartiennent aux régions de Vera Cruz, Puebla et Morelos. Pour les populations de Chiapas (MJJL 5, 6, 7, 9,10 et 11) N e est plus élevé (1,76- 2,84), H e variant entre 0,314 et 0,55. Pour 4 des populations de Chiapas et une de Morelos, (Ho) = (H e ) → état équilibre panmictique pour ces loci. Populations NN a N e H o H e F is P-value MJJL * MJJL *** MJJL *** MJJL MJJL *** MJJL ** MJJL MJJL MJJL MJJL , MJJL *** MJJL *** MJJL *** MJJL MJJL ***

Structure génétique des populations: Population globale Analyse de variance moléculaire (AMOVA) - Variance inter groupes (régionale) (50.67%) > variance inter population (28.7%) > variance intra population (20.56%).

Structure génétique au niveau des populations mexicaines Analyse de variance moléculaire (AMOVA) - Variance inter population (59%) > variance intra population (41%), similaire à ce qui a été trouvé dans la population globale. - Différenciation génétique: F st moyen élevé (0,443±0,053).

Systèmes de reproduction Pas de différence significative entre les traitements (allofécondation, autofécondation et apomixie) pour le nombre de fruits obtenus

Systèmes de reproduction Analyse de la dépression de consanguinité pendant le stade juvénile Taux de germination des graines Différence non significative entre les traitements, la germination n’est donc pas liée à la méthode de reproduction. Cependant elle est bonne dans l’ensemble. Pollinisation croisée, taux moyen de germination = 93% Autopollinisation, taux moyen de Germination = 95,5%. Pour les témoins, taux moyen de 80,2%

Analyse de la dépression de consanguinité pendant le stade juvénile: Délai de germination des graines Différence non significative entre les traitements Délai de germination chez les plants issus d’autofécondation et de croisement < témoins. Pollinisation croisée: 5 < délai <9 jours. Délai moyen de germination =5,65jours Autofécondation: 5 < délai <8 jours. Délai moyen de germination = 5,9 jours. Témoins: 5 < délai <9 jours. Délai moyen de germination = 6,1 jours.

Paramètres de croissance: hauteur, diamètre et nombre de ramifications Différence significative entre les méthodes de reproduction pour la hauteur des plants et le diamètre au collet 1. Fécondation croisée (52,18 ± 0,98cm) 2. Autofécondation (48,35cm ± 1,038cm), 3. Témoins (33,49 ± 0,96cm) Diamètre 1. Fécondation croisée (1,5 ± 0,026 cm) 2. Autofécondation (1,3 ± 0,024 cm), 3. Témoins (1,52 ± 0,025 cm) Différence juste significative entre les traitements pour le nombre de ramifications (P=0,033)

Discussions et conclusions Les résultats obtenus indiquent: - une faible diversité génétique, - une faible diversité intra et une forte différenciation inter population chez J. curcas dues à l’histoire introductive de l’espèce, mais aussi à son système de reproduction et aux pratiques humaines - Présence de trois méthodes de reproduction (allo, autofécondation, et apomixie). Au stade actuel, absence de dépression de consanguinité chez Jatropha curcas.

Bénéficiaires des résultats Communauté scientifique (étudiants, chercheurs, enseignants) Producteurs de pourghère (paysans, coopératives de production) Services de développement (ONGs) qui encadrent les producteurs

Niveau d’approbation des résultats Comité de programme de l’IER: Rapport évalué. Publications scientifiques Impact de la domestication sur la diversité génétique de Jatropha curcas (article soumis à un journal) Biologie de la reproduction chez Jatropha curcas (article en préparation) Congrès forestier

Niveau de vulgarisation des résultats Résultats pas encore vulgarisés Possibilité d’expliquer aux producteurs les différences entre provenances pour la croissance, la précocité, de sélectionner les arbres performants pour les diffuser. Possibilité de diffuser les systèmes de reproduction Vulgarisation du rôle joué par les agents pollinisateurs

Difficultés rencontrées Nécessité d’avoir une base élargie de matériel végétal Difficultés liées à la collecte des graines au niveau de certains pays tel que le Mexique Problème de labo au Mali: afin de caractériser des provenances ou des individus pour la teneur en huile. Labo de biologie moléculaire également?

Recommandations Nécessité d’introduire de nouvelles provenances à partir du centre d’origine et poursuivre la caractérisation. Poursuivre l’analyse de la variabilité selon le gradient climatique en vue d’identifier les meilleurs écotypes pour la production des fruits, des graines/ huile Etudier les interactions pourghère-cultures vivrières afin d’optimiser les rendements en céréales tout en cultivant du Jatropha