Recherche Interdisciplinaire et Participative sur l ... · le développement de la biologie...
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RIPIMSA 1
Recherche Interdisciplinaire et Participative sur l’Intégration des Micro-organismesdans les Systèmes Agricoles en Afrique de l’Ouest, RIPIMSA
1) Problématique scientifique et contexte global du projet
Cadre général et questionnement scientifique La fragilisation de la production végétale est l’une des conséquences prévisibles les
plus dramatiques du changement climatique en Afrique de l’Ouest. Un effort soutenu
est indispensable pour dans un même temps mieux comprendre les processus
régissant cette croissance et proposer des innovations techniques adaptées
permettant d’atténuer et même inverser ces effets négatifs. Les micro-organismes
du sol représentent certainement une des clés de fonctionnement des systèmes
naturels et anthropiques, mais restent très mal connus. Pourtant il apparaît possible
de les manipuler pour influer sur la production agricole et forestière, notamment par
la pratique de l’inoculation avec des micro-organismes symbiotiques sélectionnés :
- Les rhizobiums, bactéries s'associant aux plantes de la famille des légumineuses
en une symbiose qui se traduit par la formation d'organes particuliers au niveau des
racines (parfois sur les tiges), appelés nodosités, au sein desquelles la bactérie fixe
l'azote atmosphérique gazeux en une forme assimilable par la plante.
- Les champignons mycorhizogènes, qui en colonisant le système racinaire forment
avec la quasi-totalité des végétaux une symbiose appelée mycorhize. En explorant
un plus grand volume de sol, par l'intermédiaire des filaments mycéliens du
champignon, la mycorhize permet à la plante une meilleure absorption d’eau et de
différents éléments nutritifs, parmi lesquels le phosphore.
Ces symbioses aident les plantes à s'approvisionner en éléments nutritifs très
souvent limitants dans les sols des régions arides et semi-arides, et favorisent la
résistance aux conditions de stress. Elles existent naturellement, mais leur
fonctionnement n'est pas toujours optimal, notamment en zone aride à cause d'un
nombre insuffisant ou d'une mauvaise efficience des micro-organismes symbiotiques
présents dans le sol.
Il est possible de dépasser ces insuffisances en apportant à la plante, le plus
souvent au moment du semis, une quantité importante de micro-organismes
sélectionnés. Cette technique, appelée inoculation, est connue pour le rhizobium
depuis plus d'un siècle, et il a été montré qu'elle permet fréquemment l'amélioration
à faible coût de la croissance végétale au champ. Elle est maintenant utilisée en
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routine dans de nombreux pays (en France, par exemple, 50% des cultures de soja
et de lupin et 10% des cultures de luzerne sont inoculées ; au Canada, 10
compagnies fabricantes proposent 96 produits différents). En revanche, l’inoculation
n'est pas pratiquée en zone sahélienne, à la fois par manque de promotion et de
diffusion auprès des utilisateurs potentiels, et à cause d’informations insuffisantes
sur l’écologie de ces micro-organismes et leurs conditions d’adaptation aux
conditions environnementales, informations importantes pour la sélection des
souches microbiennes utilisables comme inoculum. Depuis une quinzaine d’années,
le développement de la biologie moléculaire a permis la description de nouvelles
espèces de rhizobiums associées aux légumineuses herbacées et arbustives,
spontanées et cultivées de la zone sahélienne. L’étude de l’impact de facteurs
environnementaux sur les symbioses a pu être abordée de façon plus approfondie,
sur des modèles importants en agriculture et en foresterie. Ainsi l’analyse par PCR-
RFLP et séquençage de l’intergène 16S-23S de l’ADNr de 254 nodosités récoltées
sur des racines de niébé (Vigna unguiculata (L.) Walp.) dans 55 sites au Sénégal a
montré (Krasowa-Wade et al, soumis) que toutes les bactéries présentes dans les
nodosités sont réparties dans l’ensemble du genre Bradyrhizobium. L’étude de la
répartition des dix-neuf profils RFLP différents mis en évidence révèle une plus
grande diversité (indice de Shannon-Wienner H’ = 0,77) au nord, dans la région du
Fleuve caractérisée par une faible pluviométrie (moyenne annuelle de 100 à 300 mm
de pluie), par rapport aux régions du centre et du sud (H’ = 0,16) où les pluies sont
plus abondantes (600 à 800 mm annuellement). Un groupe RFLP (« type VI ») est
majoritaire au nord (52 % des nodosités) alors qu’il est absent dans le reste du pays,
tandis qu’un deuxième groupe (« type I ») est très largement dominant au centre
(89% des nodosités) et au sud (93% des nodosités). Une étude complémentaire sur
trois sites représentatifs chacun d’une de ces régions a confirmé ces observations,
tant du point de la diversité globale que de la répartition des deux groupes
majoritaires (figure 1). Les mêmes tendances sont observées dans d’autres pays.
Ainsi le type I est trouvé avec une fréquence importante, liée à la pluviométrie (68 %
des nodosités à Cinzana au Mali, avec une pluviométrie de 650 mm ; 38 % sur un
site près de Niamey au Niger avec 500 mm de pluies et la présence du type VI dans
2 % des nodosités). Par contre la diversité s’est révélée plus importante au Sud et
au Centre qu’au Nord du Bénin, avec des groupes prédominants différents.
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Figure 1. Pluviométrie moyenne annuelle et distribution des bradyrhizobiums (profils
RFLP de l’IGS 16S-23S de l’ADNr) observés sur trois sites au Sénégal en 2005En pourcentage, fréquence d'apparition des deux profils majoritaires I et VI
Les cercles blancs indiquent la position des sites d'étude
Parallèlement à ces travaux de recherche, un partenariat a été initié avec des
structures représentatives des bénéficiaires potentiels, notamment les Eaux et
Forêts du Sénégal et plus largement des plates-formes paysannes nationales du
Bénin, du Burkina-Faso, du Mali, du Niger et du Sénégal, via le ROPPA (Réseau
des Organisations Paysannes et de Producteurs Agricoles de l’Afrique de l’Ouest)
afin de promouvoir les recherches sur les microorganismes symbiotiques des
végétaux et leur utilisation en agriculture et en foresterie.
Dans ce contexte, les observatoires locaux de l’environnement mis en place par le
réseau ROSELT dans onze pays circum-sahariens apparaissent comme une
formidable opportunité. En s’intégrant dans la stratégie développée par ROSELT
pour la collecte et le traitement de l’information environnementale (biophysique et
socio-économique), il devient possible de dépasser l’analyse trop limitée faite
jusqu’alors des relations entre la diversité des rhizobiums et les facteurs du milieu, et
favoriser dans le même temps une analyse prospective de l’impact potentiel de
l’introduction de la technologie de l’inoculation dans les pratiques culturales.
Nous chercherons plus particulièrement à répondre aux questions suivantes :
- Existe-t-il une relation entre la diversité des microorganismes (et plus précisément
des rhizobiums) et les conditions environnementales, notamment climatiques, et
-17 -16 -15 -14 -13 -12 -11
longitude
12
13
14
15
16
17
latitu
de
Saint-Louis
Podor
Matam
Ranérou
LougaLinguère
Thiès
Mbour
Dakar Diourbel
FatickKaolack
KoungueulNioro du Rip Tambacounda
Bakel
Kidira
Goudiry
Kédougou
Kolda
Vélingara
Ziguinchor
Diouloulou
0 mm100 mm200 mm300 mm400 mm500 mm600 mm700 mm800 mm900 mm1000 mm1100 mm1200 mm1300 mm1400 mm1500 mm1600 mm
VI 54%
I 72%
I 95%
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la diversité de répartition géographique correspond-elle à une diversité
d'adaptation à l'environnement ?
- L’adaptation éventuelle à l’environnement donne-t-elle en condition de stress un
avantage pour l'association avec les plantes hôtes, et est-ce que cet avantage
éventuel se traduit en termes d'amélioration de rendement ?
- Peut-on prévoir l’impact des changements climatiques sur l’ensemble de ces
interactions ?
- Quelles sont les conditions de prise en compte de ces résultats de recherche
dans une politique d'intégration durable de la technologie d'inoculation des
plantes cultivées avec des micro-organismes symbiotiques ?
Synergie avec les programmes en cours ou passés
Roselt est un réseau de collaboration Sud-Sud-Nord bien établi depuis 1995,
étroitement lié aux accords multilatéraux sur l’environnement. RIPIMSA renforce
Roselt dans une dimension importante qui est celle des micro-organismes du sol. Le
projet s’inscrit dans une dynamique de recherche associant les laboratoires de
microbiologie partenaires du projet et visant à développer les connaissances sur les
microorganismes symbiotiques et leur utilisation en agriculture et en foresterie en
Afrique de l’Ouest. Comme indiqué plus haut, ces travaux ont montré la diversité des
rhizobiums associés au niébé dans des conditions pédapho-climatiques variées au
Sénégal, au Mali, au Niger et au Bénin (CORAF, 2001-2002 ; FNRAA, 2001-2004 ;
AUF BAO/PCSI.05.037, 2005-2007 ; IFS–Kouyaté, 2007-2008), en Mauritanie
(FNARS, 2006-2007), en Algérie (AUF PCSI 6313PS659 2007-2008), en Afrique du
Sud, en Côte d’Ivoire et au Cameroun. Bien que l’étude des champignons
mycorhizogènes ne soit pas inclue dans le projet RIPIMSA, il est important de
souligner qu’une démarche similaire est engagée pour l’étude des champignons
associés au niébé à travers le projet Corus « MycoVigna » (2007-2009) qui est en
cours de démarrage au Bénin, Burkina Faso et Sénégal, et se fera en étroite relation
avec RIPIMSA (même partenaires et mêmes sites au Sénégal). De même, un projet
de métagénomique pour l’analyse de la microflore globale au niveau du site
ROSELT du Sud-Ferlo au Sénégal est en cours d’évaluation (EC2CO 2008).
Différents chercheurs et étudiants ont été formés en biologie moléculaire, et
RIPIMSA permettra de renforcer ces actions de formation et de transfert
technologique. Parallèlement à ces recherches, le partenariat avec les bénéficiaires
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potentiels de la technologie de l’inoculation s’est développé. Des ateliers techniques
de un à trois jours ont été organisés au Sénégal par le Laboratoire Commun de
Microbiologie de Dakar à l’attention des Inspecteurs Régionaux et des responsables
de pépinières des Eaux et Forêts (2002 et 2003, trois ateliers, quarante participants
au total), des présidents d’organisation de producteurs et responsables de structures
d’accompagnement des régions de Louga, Kaolack et Kolda (2005 et 2007, deux
ateliers, quarante participants) et des membres de l’Association sénégalaise des
Professeurs de Sciences et Vie (2005, deux ateliers, vingt-cinq participants). Un
financement (2005-2008) a été obtenu du Ministère Français des Affaires Etrangères
(appel d’offre DURAS) pour « l’appropriation par les Organisations de Producteurs
d'Afrique de l'Ouest de la technologie d'inoculation avec des microorganismes
améliorant la production végétale », associant via le ROPPA (Réseau des
Organisations Paysannes et des Producteurs Agricoles d’Afrique de l’Ouest), les
plates-formes paysannes et des laboratoires de microbiologie au Bénin, Burkina
Faso, Mali, Niger et Sénégal. Ce partenariat chercheurs/paysans a été relayé dans
les médias (presse, radio, télévision), et s’est également traduit par une session
spéciale lors du congrès de l’AABNF (Association Africaine d’Etude de la Fixation
Biologique de l’Azote) en novembre 2004 et un stand commun à la Foire
Internationale de Dakar en 2005. Enfin RIPIMSA s’insèrera dans une dynamique de
sensibilisation du milieu scolaire initié notamment par la constitution de clubs
scientifiques dans deux lycées au Sénégal (qui ont pu présenter leur connaissance
des micro-organismes symbiotiques et de leur usage lors d’une émission sur RFI et
lors du congrès de l’AABNF devant plus de 900 lycéens de la région de Dakar).
2) Objectifs scientifiquesL’objectif principal de RIPIMSA est d’associer des représentants de producteurs
agricoles et des chercheurs en microbiologie et en sciences de l’environnement,
pour étudier les relations entre l’environnement (conditions biophysiques, pression
anthropique) et la diversité et les capacités adaptatives de bactéries du sol, en vue
de l’insertion de ces dernières dans les systèmes de production agricole.
Plus précisément, RIPIMSA cherchera à :
- Relier les caractéristiques environnementales et la diversité des rhizobiums
associés au niébé et au soja à l’intérieur d’unités spatiales délimitées au sein de
paysages parfaitement caractérisés.
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- Etudier en conditions contrôlées le comportement de souches « modèles »
caractéristiques de la diversité rencontrée dans les différentes unités spatiales
étudiées, en simulant les caractéristiques environnementales qui seront apparus
déterminantes pour la répartition de la diversité.
- Définir les conditions d’intégration (techniques et réglementaires) de ces
informations dans les systèmes de production agricole, en prenant en compte leur
acceptabilité par les utilisateurs.
En cherchant à atteindre ces objectifs, RIPIMSA souhaite apporter des réponses à
plusieurs thèmes abordés par RIPIEMSA, en particulier, dans le GT2 « comparaison
d'écosystèmes typés, zones humide/aride/semi-aride », « Adaptation et acceptabilité
des innovations », « Pratiques, usages, productivité et dynamique des sols »,
« Bioindicateurs et changement climatique », et, dans le GT3 le thème « Adaptations
planifiées » englobant en particulier les problèmes de législation, réglementation et
diffusion de normes.
3) Méthodologie3-1) La dimension interdisciplinaire de la démarche :
a) Collaboration interdisciplinaire :Les données que nous envisageons de mettre en relation ne sont pas du même
niveau : moléculaires et à l’échelle microscopique d’un côté, à l’échelle du paysage
et des sociétés de l’autre. En elle-même, leur articulation représente un défi. Nous
nous appuierons très largement sur le travail d’intégration fait par le réseau Roselt,
notamment avec le Siel (Système local de traitement intégré de l’information
nature/sociétés).
Dans les trois pays où se déroulera le projet, l’ensemble des participants sera
associé, pour l’ensemble des activités, à la réflexion préliminaire, à la définition des
actions et à l’analyse de résultats, dans une démarche de co-apprentissage.
Afin d’assurer la cohérence du projet et faciliter la communication interne et externe,
une cellule de coordination sera mise en place. Elle rassemblera onze membres : un
représentant de chaque réseau (Roselt, Microbiologistes et ROPPA) dans les trois
pays et deux représentants (microbiologiste et environnementaliste) du partenaire
français. Elle se réunira une fois par an, et des dispositifs seront mis en place pour
assurer une communication régulière (liste de diffusion, visio-conférences).
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b) Les acteurs du projet :Dans chacun des pays, RIPIMSA s’appuiera sur des membres de trois réseaux :
- Roselt (réseau d’observatoires de surveillance écologique à long terme), réseau
régional africain d’institutions en collaboration Sud-Sud-Nord pour le partage des
compétences et connaissances sur des observatoires locaux de l’environnement
(14 sites pilotes, 25 labellisés) dans onze pays circum-sahariens. Roselt
apportera sa compétence en terme de méthodes consensuelles et harmonisées
de collecte et traitement de l’information environnementale (biophysique et socio-
économique) qui permettent d’élaborer des produits communs comparables dans
le temps (diachronique) ou dans l’espace (synchronique).
- Réseau de laboratoires de microbiologie de six pays (Bénin, Burkina Faso, Mali,
Mauritanie, Niger et Sénégal), associés de façon informelle pour mener des
recherches sur les symbioses micro-organismes – plantes. Les chercheurs et
techniciens de ces équipes maîtrisent bien les techniques de microbiologie et de
biologie moléculaire qui seront utilisées, et qui sont pratiquées en routine au sein
du Laboratoire Commun de Microbiologie de Dakar. Le projet sera l’occasion de
participer au transfert progressif de ces techniques vers les autres laboratoires, en
cours d’équipement.
- Le ROPPA (Réseau des Organisations Paysannes et de Producteurs Agricoles
de l’Afrique de l’Ouest), qui regroupe des plateformes paysannes nationales de
douze pays. Le ROPPA assurera la mobilisation des Organisations Paysannes
locales qui participeront directement au choix des sites d’étude, à la conduite des
essais et à l’analyse des résultats. Le ROPPA mobilisera également ses
compétences en matière de réglementation, ainsi que ses partenaires
traditionnels pour le développement (services de vulgarisation, autorités civiles,
notamment).
La coordination du projet sera assurée par Inamoud Yattara, Enseignant-Chercheur
à l’Université de Bamako. Il sera assisté par le Dr. Tatiana Krasova-Wade (recrutée
dans le cadre du projet), qui a joué un rôle central dans l’animation des recherches
sur la diversité des rhizobiums associés au niébé (notamment en tant que
coordinatrice d’un projet AUF sur la diversité des rhizobiums au Bénin, Mali et
Sénégal), et interviendra plus particulièrement pour l’analyse moléculaire, la
formation, le suivi des indicateurs de succès et la rédaction des rapports.
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3-2) La dimension participative du projet :
a) Implication et dialogue :RIPIMSA s’appuiera et amplifiera la relation déjà établie entre chercheurs et plates-
formes paysannes (cf. cadre général).
b) Communication et sensibilisation :Les sites Roselt, les laboratoires de microbiologie et les plateformes paysannes du
Mali, du Niger et du Sénégal seront directement impliqués dans le projet, mais les
résultats et les recommandations obtenues seront partagés avec les autres
membres de ces trois réseaux. Plus généralement, la communication auprès des
scientifiques se fera par publication dans des revues internationales et participation
à des congrès. L’ensemble des opérations de recherche sera programmé en étroite
collaboration avec les représentants des organisations paysannes participantes, qui
assureront le relais auprès de leurs membres. Des parcelles de démonstration
seront mises en place en collaboration entre producteurs agricoles et chercheurs. La
réflexion pour la mise en place d’un cadre réglementaire (WP 3) sera une occasion
de sensibilisation des décideurs politiques. Les outils de communication (plaquettes,
échantillons d’inoculum) développés dans le cadre du projet « DURAS –
Inoculation » seront utilisés, et pourront être complétés. Le travail qui a débuté avec
les clubs scolaires scientifiques au Sénégal sera élargi aux autres pays, pour
participer à la sensibilisation des jeunes à la microbiologie du sol et à l’utilisation des
inoculums. En particulier, la technologie d’inoculation servira de support pour la
constitution d’une mallette pédagogique à l’attention des écoles des villages dans
lesquels les essais seront mis en place. Des informations spécifiques seront
insérées régulièrement sur les différents sites Web des participants.
3-3) Les moyens, outils, et données utilisés ou envisagés. a) Données :
Les données sur l’environnement seront fournies par les observatoires Roselt, en
particulier via le Siel (Système d’information sur l’environnement à l’échelle locale).
Le Siel facilite la compréhension de l’état des ressources naturelles sur un territoire
local selon une approche spatiale interdisciplinaire. Il est adapté aux zones sèches
caractérisées par de fortes interactions nature/sociétés, une grande variabilité
spatiale et temporelle, et des prélèvements simultanés ou successifs des ressources
pour divers usages. Il recompose le territoire en unités spatiales stables sur une
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période pluriannuelle, issues du croisement entre deux plans géographiques
construits préalablement. L’un (Sig) cartographie les ressources dans des unités
paysagères (landcover) ; l’autre (modèles de spatialisation) délimite des unités sur
lesquelles s’associent plusieurs pratiques d’exploitation (landuse). Le Sig exprime le
fonctionnement des systèmes écologiques en place à travers leurs intensités de
production des ressources (inventaire au sol et images satellitaires) ; le modèle de
spatialisation exprime les stratégies des sociétés à travers leurs degrés
d’intervention (artificialisation) sur les ressources (enquêtes). Couplant Sig et
modèles génériques sur une plate-forme ArcGis, le Siel évalue la vulnérabilité du
milieu en exploitant un minimum de données et en calculant des indices
synthétiques spatialisés de risque de dégradation des terres. Le changement des
paramètres d’entrée produit des cartes prospectives qui facilitent la discussion
auprès des gestionnaires des ressources.
Comme indiqué plus haut, de nombreuses données (profils RFLP, séquences) sont
disponibles sur la diversité des rhizobiums associés au niébé (plus de 1500 souches
et nodosités analysées). Une étude préliminaire (financement Spirales IRD/DSI) a
été effectuée pour déterminer les conditions d’accessibilité à ces données via une
interface Web pour les différents laboratoires participant à ces travaux. Des isolats
bactériens ont été obtenus et sont conservés en culture pure à –80°C. Des
oligosondes spécifiques ont été déterminées et testées pour certains de ces isolats.
Des souches de bradyrhizobiums très performantes pour accroître la productivité du
soja sont disponibles. Par contre, bien que des recherches aient été menées depuis
près de trente ans sur l’inoculation du soja en Afrique de l’Ouest, les données sur la
diversité des rhizobiums associés sont peu importantes et devront être recherchées.
b) Moyens et outils :La technique d’inoculation avec des microorganismes sélectionnés peut s’appliquer
à de nombreuses espèces végétales en Afrique de l’Ouest. Cependant afin de
focaliser nos recherches, nous avons choisi de limiter nos modèles d’étude au niébé
et au soja, qui présentent des intérêts complémentaires par rapport à nos objectifs :
Le niébé est une des légumineuses les plus importantes pour l'alimentation humaine
et animale en Afrique de l'Ouest. Il est cultivé dans des régions très diverses, de la
zone sahélienne à la zone soudano-guinéenne, et a été ciblé comme prioritaire par
les représentants des organisations de producteurs agricoles participant au projet
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Duras - Inoculation. Il est nodulé par un groupe de souches qui, bien qu’appartenant
au genre Bradyrhizobium, est considéré comme très large en termes de spécificité
d’association. Cela explique sans doute le fait que l’inoculation du niébé a jusqu’à
présent rarement été couronnée de succès, et l’opportunité de développer des
inoculums performants par sélection de souches adaptées à l’environnement
représente un challenge particulièrement intéressant. De plus, la grande diversité
des bradyrhizobiums associés et leur répartition en fonction de la pluviométrie en
font des modèles particulièrement intéressants pour l’étude et la compréhension des
mécanismes d’adaptation aux environnements arides et des bioindicateurs
potentiels de l’état d’évolution des sols en fonction des changements climatiques.
A l’inverse le soja ne fait pas partie des cultures traditionnelles, mais présente un fort
intérêt du fait de ses qualités nutritives. Il nécessite une pluviométrie supérieure au
niébé pour se développer, mais sa culture a cependant été testée avec succès dans
diverses zones d’Afrique de l’Ouest, notamment dans le cadre du projet Duras-
Inoculation. Il est également nodulé par des bradyrhizobiums, mais contrairement au
niébé, il montre une réponse à l’inoculation très souvent spectaculaire. Cela peut
être dû à sa spécificité plus grande et à l’absence de souches bactériennes
compétitives dans le sol. Il représente donc un modèle très intéressant pour la
diffusion de la technique et pour l’étude de l’importance relative des critères
d’adaptation à la plante et à l’environnement pour la sélection de souches.
La programmation du projet se découpe en trois activités (« work packages »).
WP1 : Analyse des relations environnement / diversité des microorganismes
- Activité 1.1 Analyse des données existantes
La première étape du projet aura pour objectif de mettre en relation les données
existantes sur la diversité des rhizobiums associés au niébé et au soja avec les
conditions environnementales dans lesquels ces rhizobiums ont été étudiés. Ce
travail d’analyse par pays sera mutualisé lors d’une réunion de coordination (réunion
de lancement du projet). Suivant cette première synthèse, les unités spatiales les
plus appropriées des observatoires Roselt des trois pays seront sélectionnées et
une stratégie d’échantillonnage sera déterminée.
- Activité 1.2 Prospections in situ
Des nodosités seront prélevées sur des plants de niébé et/ou de soja collectés dans
des champs paysans cultivés pendant l’hivernage au niveau des différentes unités
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spatiales Roselt retenues. Les données environnementales habituellement prises en
compte par Roselt seront collectées. Des analyses complémentaires de sols seront
effectuées si nécessaire par le LAMA à Dakar (accrédité ISO 9001).
- Activité 1.3 Analyse de la diversité.
L’ADN extrait des nodosités sera analysé par la technique de PCR-RFLP appliquées
à l’intergène 16S-23S de l’ADNr. Des études antérieures dans différentes conditions
de sol ont montré que le maximum de diversité était observé par l’analyse de 25 à
30 échantillons par traitement. Des représentants des différents groupes mis en
évidence seront sélectionnés pour préciser le positionnement taxonomique par
séquençage de l’intergène 16S-23S de l’ADNr (d’autres gènes « de ménage »
seront éventuellement analysés en fonction des conclusions de travaux actuellement
menés par certaines équipes du projet). La densité des populations de rhizobiums
sera analysée par dénombrement par la technique classique du MPN (Most
Probable Number) sur plante.
- Activité 1.4 Analyse de la répartition spatiale
La distribution de la diversité observée sera reliée aux paramètres de
l’environnement des unités spatiales d’origine, et sera intégrée dans Siel. Les
indicateurs de la diversité observée seront spatialisés et mis en relation avec les
facteurs anthropiques (pratiques d’exploitation des ressources) et facteurs
biophysiques.
WP2 Etude de souches « modèles »
- A2.1 Adaptation à la sécheresse des souches de bradyrhizobium type I et VI
Les souches représentatives des groupes « type I » et « type VI », présentant une
répartition liée à la pluviométrie (cf « cadre général »), seront étudiées pour leur
adaptation au stress hydrique (milieu liquide synthétique additionné de polyéthylène
glycol, microcosmes de sol stérile ou non stérile, différentes conditions de
température). Le développement sera suivi par mesure de densité optique pour les
tests en milieu liquide et par dilution/étalement sur boites de Petri pour les
microcosmes de sol, en utilisant des marqueurs moléculaires spécifiques pour les
tests en compétition.
- A2.2 Caractérisation de souches représentatives
Des souches représentatives des groupes majeurs mis en évidence dans le WP1
seront isolées. Des marqueurs moléculaires seront déterminés (au niveau des
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régions variables de l’IGS 16S-23S de l’ADNr) et testés pour leur spécificité pour
chacune de ces souches, afin de permettre leur suivi par hybridation sur membrane.
- A2.3 Etude du comportement en conditions contrôlées
Comme pour les souches représentatives des types I et VI, le comportement de ces
souches sera étudié au laboratoire en simulant de façon contrôlée les conditions
environnementales apparues prédominantes lors des travaux du WP1.
- A2.4 Essais d’inoculation en conditions naturelles
Les souches sélectionnées seront inoculées à des cultures de niébé et de soja, sur
les sites de prélèvements afin de valider in situ les observations faites au laboratoire.
Les mesures classiques de rendement permettront d’étudier le gain éventuel apporté
par l’inoculation dans les différentes conditions agro-écologiques.
WP3 Intégration dans les systèmes de production
- A3.1 Test et sélection de support d’inoculum adaptés aux conditions locales.
Les rhizobiums peuvent être produits aisément sur milieu synthétique. De
nombreuses études ont permis de déterminer différents types de conditionnement
(inoculum liquide, sur tourbe, inclus dans de l’alginate, enrobé sur la graine) pour
assurer leur conservation et leur transport, après production jusqu’à l’utilisation.
Partant de ces études, on définira les modalités de conditionnement, de distribution
et d’application, en prenant en compte la disponibilité locale des supports. Le coût
des différentes options possibles sera estimé selon les zones d’utilisation.
- A3.2 Démonstration d’inoculation au champ.
Des parcelles de démonstration de l’effet de l’inoculation seront mises en place.
Dans un premier temps il s’agira essentiellement d’inoculation du soja, qui a montré
depuis longtemps sa réponse positive à l’inoculation dans des conditions variées de
culture. Ces démonstrations seront élargies au niébé, si des résultats probants sont
obtenus avec ce dernier.
- A3.3 Définition de normes techniques et réglementaires
Des normes existent dans les pays utilisant à grande échelle les inoculums
bactériens, précisant la quantité minimum de microorganismes exigée en fonction du
substrat de conditionnement, et la dose d’application. Elles serviront de base pour la
définition de normes prenant en compte la spécificité environnementale de chaque
pays du projet. Une étude comparative du cadre réglementaire existant concernant
la propriété intellectuelle, la production et la distribution d’organismes vivants est en
RIPIMSA 13
cours sous la responsabilité du ROPPA dans le cadre du projet Duras – Inoculation.
Elle servira de base pour définir un cadre législatif adapté. Un système de contrôle
de qualité sera discuté entre chercheurs et représentants des producteurs agricoles,
prenant en compte notamment les outils techniques de caractérisation développés
dans le projet (sondes moléculaires spécifiques).
- A3.4 Estimation de l’impact de l’inoculation sur les productions
Une modélisation prospective sera faite, via le SIEL, de l’impact des inoculations sur
les productions. Cette modélisation viendra en appui au processus d’intégration de
la technique dans les systèmes de production.
3-4) Actions de formation et de renforcement des capacités
Deux thèses seront réalisées au cours de ce projet, et permettront de renforcer les
capacités des équipes du Mali et du Niger. Elles seront co-encadrées par des
chercheurs spécialistes en sciences de l’environnement et en microbiologie, afin
d’assurer une approche interdisciplinaire. Les résultats obtenus seront intégrés dans
des enseignements auxquels participent les enseignants chercheurs participants. En
particulier, une interaction forte sera établie à l’Université Cheikh Anta Diop de
Dakar, avec le Mastère « Biotechnologies Végétales et Microbiennes » dont le
coordonnateur participe au projet RIPIMSA (notamment module « Exploitation des
Biotechnologies pour une valorisation des systèmes symbiotiques »). Des étudiants
de mastère participeront sur les différents thèmes, en particulier sur les aspects
réglementaires. Un projet de formation à la technique de puces ADN appliquée à la
recherche de signatures moléculaires spécifiques des bradyrhizobiums associés à
différentes légumineuses d'intérêt agronomique et forestier en Afrique de l'Ouest
viendra compléter et renforcer la démarche développée dans RIPIMSA (AUF-PCSI,
en cours d’évaluation).
Des sessions de formation seront organisées à l’attention des utilisateurs, en
particulier à l’attention des personnels techniques des services de vulgarisation.
4) Durée du projet :Trois ans
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5) Calendrier des activités
2008 2009 2010
T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4WP1 relation environnement/diversité
1.1 Analyse des données existantes
1.2 Prospections in situ
1.3 Analyse de la diversité.
1.4 Analyse de la répartition spatiale
WP2 souches « modèles »
2.1 Adaptation souches types I et VI
2.2 Caractérisation souches
2.3 Comportement en conditions contrôlées
2.4 inoculation en conditions naturelles
WP3 Intégration dans la production
3.1 Test et sélection de supports
3.2 Démonstration d’inoculation
3.3 Définition de normes
3.4 Estimation impact
Coordination
Réunions de Coordination et de suivi
6) Suivi et évaluationa) indicateurs de succès :
Indicateurs de suivi (Mx = mois x du projet)
M4 Rapport d’analyse des données existantes (relations diversité / environnement).
M4 Nombre de sites d’étude sélectionnés.
M12, M24, M36 Nombre de nodosités récoltées / analysées par biologie moléculaire.
M12, M24, M36 Données environnementales (biophysiques et anthropiques) collectées
M24, M36 Nombre de séquences d’ADN déposées dans GenBank
M24, M36 Rapports d’analyse de la répartition spatiale.
M24, M36 Nombre de souches isolées
M36 Nombre de sondes moléculaires définies et testées pour leur spécificité
M18, M36 Rapports sur l’étude des souches modèles (Types I et VI, autres souches).
M24, M36 Nombre d’essais d’inoculation de souches modèles mis en place.
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M12, M24, M36 Nombre de supports d’inoculum testés / sélectionnés
M9, M21, M27 Nombre de parcelles de démonstrations mises en place.
M9, M21, M27 Nombre de personnes ayant visité les parcelles de démonstration
M24 Rapport sur les normes réglementaires existantes
M36 Nombre de textes réglementaires ayant été élaborés.
M36 Rapport prospectif sur l’impact de l’inoculation.
M24, M36 Nombre d’articles scientifiques publiés / soumis
M24, M36 Nombre d’agriculteurs utilisant la technique
M12, M24, M36 Nombre d’étudiants inscrits en formation (Thèses, Mastères, autres)
M12, M24, M36 Nombre de techniciens ayant suivi une formation
M12, M24, M36 Nombre de sessions de formation organisées pour les utilisateurs
M12, M24, M36 Nombre de clubs scolaires / nombre de participants
M12, M24, M36 Nombre d’interventions dans les médias
M4, M18, M27 Réunions de coordination effectivement tenues
Ces indicateurs de suivis pourront être complétés et affinés lors de la réunion de
démarrage. Ils seront discutés à chaque réunion de coordination.
Indicateurs de succès à long terme (post-projet) :
- Bases de données existantes renforcées.
- Maîtrise des conditions d’inoculation du niébé et du soja en zone sahélienne.
- Etudiants ayant présentés avec succès leur diplôme.
- Techniciens appliquant les techniques microbiologiques et moléculaires.
- Appropriation de la technique d’inoculation par les bénéficiaires.
- Collaboration entre chercheurs et producteurs renforcée.
- Capacité des laboratoires de recherche renforcée.
- Intégration des rhizobiums comme bioindicateurs dans les observatoires Roselt
- Normes techniques et réglementaires définies pour chaque pays
b) Caractère innovant et durabilité :
La technique d’inoculation est une technique simple et peu coûteuse d’amélioration
de la croissance végétale, respectueuse de l’environnement, nécessitant peu ou pas
d’intrants, maîtrisable par les utilisateurs, mais qui n’est pas utilisée en Afrique de
l’Ouest. Son introduction réussie constituera une innovation bénéfique pour
l’agriculture familiale et pour l’environnement.
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Le développement extrêmement rapide des nouvelles technologies d’étude de l’ADN
du sol (telles que séquençage à très haut débit, puces à ADN) révolutionne les
perspectives en terme de bioindicateurs de changements environnementaux. Le
couplage ultérieur de ces nouvelles technologies avec les données qui seront
accumulées sur l’adaptation des bradyrhizobiums aux conditions environnementales
fait de ces derniers des bioindicateurs potentiels prometteurs, qui s’inscrivent dans
une perspective de durabilité des observatoires Roselt.
7) RisquesLa non mise en place du financement du projet dans les premiers mois de 2008
pourraient perturber la programmation de la campagne de prélèvement qui doit se
réaliser au cours de l’hivernage.
Un risque existe qu’aucune souche bactérienne (même adaptée à l’environnement
spécifique) n’ait un effet sur la croissance du niébé après inoculation.
Le non financement du salaire de la coordinatrice adjointe poserait un réel problème,
notamment pour l’encadrement et la formation des stagiaires des différents
laboratoires et pour le travail de synthèse des résultats.
8) Références bibliographiques sur le sujetAlzouma Mayaki Z, Atta S, Samba R, Traore F, Neyra M (…) A sampling strategy for
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