L’âge physiologique du tubercule

La dormance des tubercules peut être influencée par l’âge physiologique du tubercule. Ce terme est utilisé pour définir le stade de développement du tubercule à la plantation (Wiltshire et Cobb, 1996). Il est influencé principalement par le cultivar, les conditions de culture et le moment de la récolte (Wiltshire et Cobb, 1996). Les études menées chez l’igname ont montré que les tubercules récoltés avant leur complète maturité, ont une période de dormance plus longue que ceux récoltés à l’état mature (Ravi et Aked, 1996).

5.2.2. Facteurs physiques

La dormance et la germination peuvent être influencées par divers facteurs physiques, parmi lesquels, la température est l’un des plus déterminants. Elle affecte la dormance, aussi bien chez l’igname que chez la pomme de terre. La dormance des tubercules d’igname est prolongée lorsque la température de conservation est comprise entre 10 et 20°C (Demeaux et Vivier, 1984; Ravi et Aked, 1996; Suttle, 1996). La dormance des tubercules d’igname est levée par des tenpératures voisines de 5°C. Ainsi, les travaux de Okagami et Tanno (1993) ont montré que la dormance des tubercules d’igname induite par l’acide gibbérellique est levée par une incubation des tubercules à une température de 5°C. Les températures comprises entre 25 et 35°C fevorisent également la levée de la dormance des tubercules chez l’igname (Degras, 1986).

Chez la pomme de terre, les basses tenq)ératures prolongent la durée de la dormance, les températures les plus basses prolongeant cette dormance étant de 2 à 3°C (Suttle, 1996). Selon Wiltshire et Cobb (1996), en considérant une gamme de température de 3 à 20°C, les tubercules de pomme de terre conservés à des feibles températures auront une période de dormance plus longue que ceux conservés à des teirqjératures plus élevées. Notons qu’une

I. Introduction générale

humidité relative de 60 à 80% et des températures de 16 à 20°C constituent les conditions environnementales favorables pour la germination des tubercules de pomme de terre (Beukema et Van der Zaag, 1990; Rousselle et al., 1996). Chez l’igname, un taux d’humidité élevé (humidité relative supérieure à 70%) induit également la levée de la dormance (Degras, 1986); il en est de même pour l’usage des radiations ionisantes (0,08 à 0,12 KGy) (Demeaux et Vivier, 1984). Les travaux de Kocaçaliskan et al. (1989) ont montré que le courant électrique a également un effet sur la levée de la dormance des tubercules. L’application d’ime différence de potentiel de 50 ou de 100 Voks au niveau des tubercules de pomme de terre peut induire la levée de leur dormance (Kocaçaliskan et al., 1989).

5.2.3. Facteurs chimiques

5.23.1. Les Hormones

La littérature montre que certaines hormones régulent les processus de la dormance et de la germination (Suttle, 1996; Bewley, 1997; Obroucheva et Antipova, 1997).

Chez l’igname, les mécanismes de régulation hormonale de ces processus ne sont pas élucidés. Les travaux de Hasegawa et Hashimoto (1973) ont montré que le niveau endogène d’ABA est élevé dans les tubercules ou les bulbilles dormants, et diminue lors de la levée de la dormance. Cette tendance est la même chez la pomme de terre (Korableva et al., 1980; Suttle, 1995). Chez l’igname, l’application exogène d’ABA est inefficace sur la prolongation de la dormance (Wickham et al., 1984).

Une application de l’acide 2,4-dichlorophénoxyacétique (2,4-D) sur des tubercules de D. alata prolonge la durée de la dormance (Degras, 1986). Les travaux de Sukhova et son équipe (1993) chez la pomme de terre, ont montré que la variation du niveau d’acide indolacétique (AIA) pendant la dormance et la germination des tubercules n’est pas significative. Selon

I. Introduction générale

Wikshire et Cobb (1996), le rôle des auxines sur la dormance chez la pomme de terre n’est pas connu.

L’application de cytokinines (kinétine ou zéatine) (232 ou 456 pM respectivement) sur des tubercules dormants peut permettre une levée précoce de la dormance (Hemberg, 1970). Les cytokinines paraissent plus efficaces lorsqu’elles sont appliquées à la fin de la période naturelle de dormance (Tumbull et Hanke, 1985). Le niveau endogène de cytokinines dans les tubercules de pomme de terre (principalement la zéatine riboside et l’isopentenyladénosine) reste constant pendant la conservatioa Ce niveau augmente durant le processus de germination, et cette augmentation coïncide avec le développement des germes (Sukhova et al., 1993).

En ce qui concerne l’éthylène, selon Okazawa (1974), sa production par les tubercules dormants de pomme de terre, est très faible. Cette production augmente avec l’initiation de la croissance des germes. Les travaux de Suttle (1998) chez la pomme de terre ont montré que l’éthylène joue im rôle dans l’induction de la dormance, mais pas dans la maintenance de cette dormance. En effet, cet auteur a cultivé in vitro des expiants de nœuds de pomme de terre. Le traitement des plants tubérisés par le 2,5-norbomadiene (NBD) (2 à 5 ml/l), un antagoniste de l’éthylène, a permis d’obtenir une germination précoce des microtubercules. Un traitement exogène par l’éthylène supprime l’effet du NBD. Pour être efficace, Suttle (1998) a montré que le traitement au NBD doit être appliqué dès le début de la culture des expiants de nœuds. L’application en prérécolte de l’éthrel, (dérivé de l’éthylène), prolonge la dormance des tubercules de pommes de terre pendant leur conservation (Sukhova et al., 1993).

L’application de gibbérellines sur des bulbilles ou des tubercules dormants d’igname prolonge la période de dormance (Passam, 1977 et 1978). Les travaux de Okagami et Tanno (1993) ont permis de prolonger la durée de la dormance de plus de 500 jours chez plusieurs espèces de

I. Introduction générale

Au contraire, l’application d’inhibiteurs de biosynthèse de gibbéréllines favorise une germination précoce de tubercules (Tanno et al., 1992). Chez la pomme de terre, la dormance des tubercules est levée par un traitement aux gibbérellines (Wiltshirè et Cobb, 1996), ce qui est tout à fait le contraire de ce que la littérature décrit chez l’igname. Les travaux de Smith et Rappaport (1961), ont montré que la teneur endogène en GA^ augmente avec l’initiation de la

germination chez la pomme de terre. Outre le GA3, d’autres gibbérellines ont été détectées au niveau des tubercules au début de la germination, c’est le cas du GAi et du GA20 (Jones et al.,

1988).

5.23.2. Autres facteurs chimiques

Des facteurs chimiques peuvent influencer les processus de la dormance et de la germination des tubercules; c’est le cas du chlorure de chloroéthyl-trimethyl ammonium qui stimule la levée de la dormance chez l’igname (Degras, 1986).

Les travaux de Ireland et Passam (1984) ont révélé un rôle possible des batatasines (composés phénoliques) sur la prolongation de la dormance chez D. alata et chez D. esculenta. Ces auteurs ont constaté que les batatasines s’accumulent rapidement dans les tubercules au début de la dormance, et ce, surtout dans la partie proximale des tubercules ainsi que dans la zone sous-épidermique. Un traitement exogène des tubercules au GA3 cause une augmentation significative du niveau de batatasines et une prolongation de la dormance (Ireland et Passam, 1984).

L’acide phytique semble également prolonger la dormance chez l’igname. Une diminution du taux d’acide phytique est observée dans les tubercules d’igname au cours de leur conservation (Ravi et Aked, 1996).

Chez la pomme de terre, l’apport exogène de certains produits chimiques comme le chlorprophame [chloro- isopropyl-N-phenylcarbamate (CIPC)], le prophame

[(isopropyl-N-I. Introduction générale

phenylcarbamate) (IPC)], le tecnazene (l,2,3,5-tetrachloro-3-nitrobenzene), l’hydrazide maléique, ou le méthylnaphthalène, prolonge la dormance des tubercules (Wiltshire et Cobb, 1996).

La revue bibliographique que nous venons de présenter sur les fecteurs influençant les processus de la dormance et de la germination des tubercules, montre que l’ABA inhibe la germination des tubercules chez l’igname et chez la pomme de terre. Les cytokinines stimulent ce processus chez la pomme de terre. Le rôle des cytokinines sur la dormance et la germination chez l’igname n’est pas connu. Les gibbérellines stimulent la germination chez la pomme de terre, mais elles prolongent la dormance chez l’igname. Le 2,4-D prolonge la durée de la dormance chez l’igname. Quant aux autres auxines, leur rôle sur les processus de la dormance et de la germination des tubercules chez l’igname et chez la pomme de terre n’est pas connu. L’éthylène induit la dormance chez la pomme de terre.

5.3. Aspects biochimiques et moléculaires de la dormance et de la

germination des tubercules

Sur le plan biochimique, la dormance est présentée comme étant le résultat de la déficience des voies métaboliques primaires qui conduit à la rareté des métabolites essentiels à la croissance et au développement des plantes (Rappaport et Wolf^ 1969).

Les tubercules dormants, bien qu’incapables de soutenir la croissance, sont néanmoins métaboliquement actifs, car durant cette période de dormance, plusieurs activités métaboliques p>euvent être notées (Suttle, 1996). Loin d’être métaboliquement quiescents, les tubercules dormants réagissent aux stimuli abiotiques et biotiques externes. Par exemple, des blessures au niveau d’un tubercule de pomme de terre dormant induisent des stimulations massives et variées de processus cellulaires, dont la respiration, la synthèse d’éthylène, de

I. Introduction générale

protéines et d’acides nucléiques (Kahl, 1978 ; Bostock et Stenner, 1989). L’exposition des tubercules donnants de pomme de terre au Phytophtora infestons ou à son éliciteur présumé, l’acide arachidonique, induit la synthèse de phytoalexines (Choi et al., 1992).

Contrairement au processus de la tubérisation, peu d’études liées à la dormance et à la germination des tubercules ont été entreprises sur les aspects biochimiques et moléculaires. Néanmoins, les travaux de Macdonald et Osbome (1988) ont montré que pendant la dormance, les tubercules de pomme de terre continuent à synthétiser de 1’ ADN, de l’ARN et des protéines au niveau de leurs bourgeons. L’intensité de cette synthèse augmente au moment de la levée de la dormance et pendant la germination des tubercules. Selon Ewing et Struik (1992), la palatine, une glycoprotéine toujours présente dans les tubercules de pomme de terre, semble jouer le rôle de protéine de stockage et de pourvoyeur d’azote pendant la germination et aussi pendant les premiers stades de développement des plants. Selon Racusen (1983), le taux de palatine reste constant pendant la conservation des tubercules, jusqu’au moment du développement des germes sur les tubercules.

Plusieurs études réalisées au niveau biochimique et moléculaire n’ont pas permis de détecter de r ARNm ou des protéines spécifiques au phénomène de la dormance des tubercules chez la pomme de terre (Désiré et al., 1995b). Les processus biochimiques et moléculaires qui régulent le phénomène de la dormance chez la pomme de terre restent incoimus (Suttle,

2000).

Au niveau du cycle cellulaire, les travaux de Campbell et al. (1996) chez la pomme de terre, basés sur la cytofluorimétrie de flux, ont montré qu’environ 70 % de noyaux de cellules de méristèmes (yeux) de tubercules endodormants sont bloqués en phase Gj du cycle cellulaire (la phase Gi du cycle cellulaire étant la phase qui précède la réplication de l’ADN).

I. Introduction générale

Comme pour la tubérisation, les aspects biochimiques et moléculaires des processus de la dormance et de la germination restent à étudier chez l’igname. Néanmoins, chez cette plante, la httérature décrit que la concentration en protéines totales augmente au cours de la conservation de tubercules (Treche et Agbor-Egbe, 1996). Les travaux de Wellington et Ahmad (1993, 1994) ont montré que chez D. alata et chez D. cayenensis, l’initiation de la germination des fragments de tubercules est corrélée avec l’augmentation de la concentration en glutathion. Le rôle joué par le glutathion sur la germination chez l’igname n’est pas décrit dans la littérature.

6. Rôle et effet des jasmonates chez les végétaux

6.1. Généralités

Les jasmonates sont largement répandus chez les végétaux (Meyer et al., 1984 ; Sembdner et Parthier, 1993). Ils ont été détectés dans toutes les parties de la plante, surtout dans les tissus en croissance comme les apex de tiges, les jeunes feuilles, les fixiits immatures et les

extrémités de jeunes racines (Vick et Zimmerman, 1984 ; Sembdner et al., 1990).

Les jasmonates sont connus comme étant impliqués dans plusieurs phénomènes morphologiques, physiologiques et moléculaires chez les végétaux. La littérature décrit que le niveau d’acide jasmonique (JA) (Figure 3) endogène augmente chez les végétaux, en réponse à un stimulus externe tel que la blessure (Creelman et al., 1992; Albrecht et al, 1993), les forces mécaniques (Falkenstein et al., 1991), les attaques par des agents pathogènes (Gundlach et al., 1992) et le stress osmotique (Kramell et al, 1995; Lehmann et al., 1995). L’application exogène des jasmonates chez les végétaux peut également induire des réponses aux niveaux morphologiques, physiologiques et moléculaires. Les jasmonates sont capables d’induire la fermeture des stomates (Sembdner et Gross, 1986 ; Sembdner et al., 1989). Ils peuvent également induire la sénescence, l’abscission des feuilles, la dégradation de la

I. Introduction générale

chlorophylle, la réduction de l’activité photosynthétique, la dégradation de la ribulose-1, 5- bisphosphate carboxylase, ainsi que l’inhibition de la biosynthèse de cette dernière (Weidhase et al., 1987 ; Popova et al., 1988 ; Parthier, 1991; Staswick, 1995). Les jasmonates peuvent induire la synthèse d’autres protéines. Cependant, la fonction de ces protéines n’a été élucidée que dans peu de cas (Sembdner et Parthier, 1993). Ces protéines peuvent être classées en deux groupes: les protéines de réserve et les protéines impliquées dans la défense des cellules végétales contre les pathogènes (pathogenesis related proteins, PR) et les stress physiques et chimiques (Sembdner et Parthier, 1993). Parmi les protéines induites par le JA, dont la fonction est connue, on peut citer la lipoxygénase chez le soja (Bell et Mullet, 1991), et les inhibiteurs de protéases chez la tomate et chez la pomme de terre (Farmer et al., 1992; Pena- Cortés et al., 1992).

O

I. Introduction générale

6.2. Rôle et effet des jasmonates sur la tubérisation, la dormance, la

germination et sur d’autres phénomènes développementaux.

Le niveau de JA varie au cours du développement des végétaux. Les travaux de Castro et al. (1999) ont montré que la concentration en JA, élevée dans les tubercules non germés de pomme de terre (325 ng / g de poids sec), diminue significativement dans les tubercules geruKS (164 ng / g de poids sec).

L’application exogène de JA affecte le développement des végétaux. L’effet du JA sur la dormance et la germination de tubercules chez l’igname et chez la pomme de terre n’est pas décrit dans la littérature. Néanmoins, il est connu que le JA peut inhiber la germination des graines. Un apport exogène de JA aux concentrations de 100 à 1000 pM inhibe la germination des graines chez Agrostemma sp., Avena sp. et chez Lactuca sp. (Sembdner et Parthier, 1993). Les concentrations de JA de 0,1 à 1 pM stimulent la germination du pollen chez Lillium sp. et la concentration de 10 pM inhibe ce phénomène (Sembdner et Gross, 1986).

Les travaux de Koda (1997) chez la pomme de terre ont montré que le JA (10 pM) est capable d’induire une expansion radiale des cellules. Selon cet airteur, le JA contrôle la direction de l’expansion cellulaire en changeant l’orientation des microtubules corticaux. Les concentrations de JA de 0,01 à 1 pM stimulent la division cellulaire et le développement des microcals chez la pomme de terre (Ravnikar et al., 1992). Le JA est également capable de favoriser l’allongement des plants chez l’igname (Bazabakana et al., 1998) et chez la pomme de terre (Ravnikar et al., 1992), lorsque de Êiibles concentrations sont utilisées dans le milieu de culture (0,01-0,1 pM chez l’igname et 0,1-1 pM chez la pomme de terre). Les concentrations de JA de 0,01 à 10 pM stimulent la formation des bourgeons axillaires et des racines chez D. alata (Bazabakana et al., 1998).

La littérature montre que les jasmonates sont aussi impliqués dans le processus de la tubérisation. Koda et Kikuta (1991) ont décrit l’accumulation de JA endogène au niveau des

I. Introduction générale

feuilles chez D. batatas, au cours d’un essai mené in vivo dans un champ expérimental. Le JA a été identifié par chromatographie liquide haute performance et par spectrométrie de masse. Les résultats de ce travail ont montré que le niveau endogène de JA dans les feuilles augmente continuellement avec la croissance de la plante et le développement des tubercules (la concentration endogène en JA varie de 70 à 175 ng / g de feuille de poids frais, pendant le développement des tubercules) (Koda et Kikuta, 1991). Au cours d’un essai d’induction de la tubérisation mené in vitro à 25°C sous une photopériode de 12h de lumière et 12h d’obscurité, Koda et Kikuta (1991) ont montré que la tubérisation des expiants de nœuds de D. batatas est induite par l’apport de JA dans le milieu de culture aux concentrations de 10 et 100 pM. Après im mois de culture sur les milieux contenant ces concentrations de JA, on obtient respectivement 60% et 70% de plants tubérisés, contre 5% pour les plants cultivés sur le milieu sans JA. Jasik et Mantell (2000) ont cultivé in vitro des nœuds de D. alata, D. cayenensis et D. rotundata, en présence du JA (lOpM) sous une photopériode de 8h de lumière / 16h d’obscurité, ou de 16h de lumière / 8h d’obscurité. Les résultats obtenus ont montré que le JA (10 pM) fevorise significativement la formation de tubercules sous une photopériode de 8h de lumière / 16h d’obscurité, ce qui n’est pas le cas sous une photopériode de 16h de lumière / 8h d’obscurité. Les travaux de Koda et al. (1991) menés chez la pomme de terre ont également montré que les jasmonates favorisent le processus de la tubérisation. Un apport exogène de JA ou de son ester méthylique (MeJA) à la concentration de 10 pM induit la tubérisation chez la pomme de terre (Koda et al., 1991). Après trois semaines de culture en présence de ces jasmonates, les taux de tubérisation suivants ont été observés: 90% sur les plants cultivés sur le milieu contenant du JA, 85% sur les plants cultivés sur le milieu contenant du MeJA. Aucun plant n’a tubérisé en absence de jasmonates (Koda et al., 1991). Ces résultats montrent que l’apport exogène des jasmonates peut induire la tubérisation chez l’igname et chez la pomme de terre.

I. Introduction générale

Notons que, d’après Jackson et Willmitzer (1994), le JA n’a pas d’effet sur la tubérisation chez la pomme de terre, suite à un traitement foliaire. En effet, en conditions non inductives de la tubérisation (photopériodes de jours longs), le traitement par le JA au niveau des feuilles n’induit pas la tubérisation chez S. demissum, cultivé in vivo (S. demissum est choisie pour son exigence absolue aux photopériodes de longues durées d’obscurité, contrairement aux espèces courantes de pomme de terre qui peuvent aussi tubériser en conditions de jours longs). L'étude menée par Helder et al. (1993) chez S. demissum, a montré l'importance de l'hydroxylation du JA dans le phénomène de la tubérisation. En effet, ces auteurs ont détecté pour la première fois chez les végétaux supérieurs, im dérivé du JA, le 11-OH-J A. Ils ont constaté qu’en conditions de jours longs, ne permettant donc pas la tubérisation chez S. demissum, le 11-OH-JA n’était pas détecté au niveau des feuilles. Par contre, en conditions de jours courts, le 11-OH-JA, ainsi qu’une faible concentration de 12-OH-JA y étaient détectés. Quant à la présence du JA dans les feuilles, ce même travail a montré que les concentrations observées en conditions de jours courts n’étaient pas significativement différentes de celles observées en conditions de jours longs. De plus, une corrélation positive a été trouvée entre la présence du 11-OH-JA et du 12-OH-JA dans les feuilles et la formation des tubercules. Ainsi, l’hydroxylation du JA joue un rôle important dans la formation du tubercule. Helder et al., (1993) suggèrent que la photopériode contrôle l’hydroxylation du JA. Ces auteurs pensent que les enzymes impliquées dans l’hydroxylation du JA sont très actives en conditions de photopériodes de jours courts. Le mécanisme par lequel le JA induit la tubérisation in vitro

n’est pas connu (Ewing, 1995).

Notre revue bibliographique montre que les phénomènes de la tubérisation, de la dormance et de la germination sont régulés par plusieurs fecteurs. Si d’une feçon générale, la littérature montre que les hormones végétales jouent un rôle important dans la régulation de ces

I. Introduction générale

phénomènes, le rôle joué par certaines de ces hormones sur ces phénomènes est encore inconnu, aussi bien chez l’igname que chez la pomme de terre. Chez la pomme de terre, certaines protéines et certains gènes impliqués dans le processus de la tubérisation sont connus, ce qui n’est pas le cas chez l’igname. Quant aux processus de la dormance et de la germination, la littérature ne cite pas de travaux décrivant des protéines ou des gènes impliqués dans ces phénomènes chez l’igname et chez la pomme de terre.

L’analyse de notre synthèse bibliographique nous permet de constater que sur les plans biochimique et moléculaire, beaucoup d’informations concernant la tubérisation sont disponibles chez la pomme de terre, ce qui n’est pas le cas chez l’igname. Quant aux phénomènes de la dormance et de la germination, des efforts restent à réaliser pour la compréhension du contrôle de ces phénomènes aux niveaux biochimique et moléculaire, aussi