Microtubérisation chez Xanthosoma sagittifolium (L. ) Schott (Macabo) et analyse de quelques aspects physiologiques et biochimiques

Microtuberization in Xantosoma sagittifolium (L. ) Schott (cocoyam) and some aspects of physiological and biochemical analyses

• Auteur / Autrice : Julie Judith Tsafack Takadong
• Direction : Michel Branchard, Denis Ndoumou Omokolo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie - Santé. Biotechnologie végétale
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Brest en cotutelle avec Université de Yaoundé I

Mots clés

Mots clés contrôlés

Physiologie

Tubérisation

Macabo

Mots clés libres

Xanthosoma sagittifolium

Microtubérisation

Sucres

Acides aminés

Protéines

Guaiacol-peroxydase

Invertase

Saccharose syntase

Microtuberization

Carboydrates

Amino acids

Proteins

Sucrose synthase

Résumé

Le macabo (Xanthosoma sagittifolium L. Schott, Araceae) est une plante à tubercules à la base de l’alimentation de populations des tropiques. L’induction des tubercules in vitro peut être un moyen efficace pour la propagation de matériel sain et l’augmentation de sa productivité. L’objectif principal de ce travail est de rechercher les conditions optimales pour la production des microtubercules et appréhender les mécanismes physiologiques et biochimiques de la tubérisation chez le macabo. La microtubérisation chez le macabo est influencée par le génotype, la teneur en saccharose, la nutrition azotée, les régulateurs de croissance et les traitements photo et thermopériodiques. Le meilleur rendement est obtenu sur milieu MS à 8% de saccharose et en jours courts de 8h avec thermopériode (25/20°C, jour/nuit) pendant 10 jours, suivis dune obscurité totale (JC1-Obs) à 20°C pendant 50 jours. Comme au champ, le cultivar blanc est plus productif in vitro que les cultivars rouge et jaune. Parmi les régulateurs de croissance testés (BAP, ABA, STS, GA3, ancymidol et flurprimidol), le milieu contenant la BAP à 30 µM augmente significativement le pourcentage de tubérisation. La microtubérisation peut être induite sans régulateur de croissance exogène avec un taux d’explants tubérisés de 70%. Les explants tubérisés (13,8%) peuvent être conservés au moins 8 mois à 25°C, en présence de saccharose (2%) et d’agents osmotiques (mannitol et sorbitol, 2%), en gardant le pouvoir germinatif des microtubercules. Plus de 90% des microtubercules germent et engendrent des vitroplants qui donnent un taux de reprise au champ d’environ 80% après un mois. Les milieux où le rapport NO3-/NH4+ est supérieur à 1, sont les plus favorables à la formation des tubercules et à l’accumulation des sucres solubles. Le milieu G (MG), plus pauvre en azote que le milieu MS, donne un faible pourcentage de tubérisation et réduit néanmoins le taux de repousse en induisant une faible activité a-amylase. L’initiation des tubercules, visibles au jour 10, est caractérisée par une stimulation de l’activité guaiacol-peroxydasique (G-Pox) et l’apparition de nouvelles isoperoxydases. Au cours des premières étapes de la tubérisation, des acides aminés (principalement Ala, Arg, Gln, Glu, Thr et Val) et des protéines s’accumulent, et des polypeptides nouveaux sont mis en évidence. Par ailleurs, l’augmentation du rapport glucose/fructose dans les feuilles parallèlement avec l’augmentation du saccharose et de l’amidon dans les parties basales coïncide avec l’apparition des premiers tubercules. Le saccharose dégradé par les invertases est associé à l’initiation des tubercules et la saccharose synthase assure leur remplissage.

Cocoyam (Xanthosoma (L. ) Schott, Araceae) is an important staple tuber crop for tropical populations. In vitro tuber induction could be an effective way to propagate a disease-free material and increase the productivity of valuable cocoyam. The principal objective of this study is to investigate the optimal conditions for microtubers production and to understand the physiological and biochemical mechanisms of cocoyam tuberization. The cocoyam microtuberization is influenced by the genotype, the sucrose level, nitrogen nutrition, plant growth regulators (PGRs), photoperiod and thermoperiod regimes. The best response is obtained on MS medium supplemented with 8% sucrose, under short days of 8 h and with thermoperiod (25/20°C, day/night) for 10 days, followed by a continuous darkness at 20°C for 50 days. As in the field, the white cultivar is more productive than the red and yellow cultivars. Among the PGRs tested (BAP, ABA, STS, GA3, Ancymidol and flurprimidol), the medium with 30 µM 6-benzylaminopurine (BAP) significantly increase the tuberization frequency. Microtuberization can be induced on PGRs free medium with 70% rate of tuberized expiant. The tuberized explants (13. 8%) can be conserved in vitro for at least 8 months at 25°C, in the presence of sucrose (2%) and osmotic agents (mannitol and sorbitol, 2%). More than 90% of microtubers sprout and produce vitroplants that yield 80% of cocoyam plants after one month in the field. The media where the NO3-/NH4+ ratio is higher than 1, are more favourable to tuber formation and soluble carbohydrate accumulation. The G medium, that is poorer in nitrogen than MS medium, gives a low percentage of tuberization and nevertheless reduces the regrowth rate by inducing low a-amylase activity. Tuber initiation observable alter ten days of culture on inductive condition is characterized by a stimulation of the guaiacol-peroxidase activities and the apparition of novel isoperoxidases. During early stages of the microtuberization process, amino acids (mainly Ala, Arg, Gln, Glu, Thr and Val) and proteins accumulate, and novel polypeptides are highlighted. Furthermore, the glucose: fructose ratio increases in leaves concomitantly with the sucrose and starch increase in the basal part, which coincide with the first tubers apparition. Sucrose degraded by invertases is associated with tuber initiation and sucrose synthase assure their filling.