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

RIPIMSA 2

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.

RIPIMSA 3

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%

RIPIMSA 4

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

RIPIMSA 5

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.

RIPIMSA 6

- 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).

RIPIMSA 7

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

RIPIMSA 9

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

RIPIMSA 10

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

RIPIMSA 11

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

RIPIMSA 12

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

RIPIMSA 14

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.

RIPIMSA 15

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.

RIPIMSA 16

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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