1) Un premier thème de génétique végétale : variabilité génétique des plantes médicinales et aromatiques en association avec leurs teneurs en métabolites secondaires.
2) Un deuxième thème de génétique animale : analyse moléculaire des gènes majeurs impliqués dans la résistance aux maladies chez les petits ruminants en Tunisie.
Nom du responsable du projet :
BEN SLIMEN Hichem
Thème 1 : Variabilité génétique des plantes médicinales et aromatiques en association avec leurs teneurs en métabolites secondaires.
Au moment où le recours aux remèdes à base de plantes connaît un engouement sans précédent, et où les menaces qui pèsent sur ces plantes sont de plus en plus graves non seulement sous l’effet d’une exploitation abusive mais aussi sous les effets néfastes des changements globaux, peu d'attention est cependant réservée à la conservation et à la valorisation de ces plantes dans plusieurs pays y compris la Tunisie.
La gestion durable des plantes aromatiques et médicinales est devenue aujourd’hui une priorité impérieuse, non seulement en raison de leur valeur en tant que source potentielle de nouveaux médicaments et produits de bien-être suscitant un intérêt croissant des industries pharmaceutiques, cosmétiques et agro-alimentaires, mais aussi en raison du recours, de plus en plus important, de la population locale à ces plantes pour leurs soins de santé d’une part et la fragilisation des écosystèmes abritant ces plantes sous les effets des changements climatiques d’autre part. Ces contraintes sont souvent associées à une diminution de la diversité génétique provoquant ainsi une érosion de la biodiversité et une diminution de la capacité d'adaptation des espèces aux pathogènes et aux changements de leur environnement.
L’avancée dans la connaissance du génome des plantes a favorisé le développement de marqueurs moléculaires ciblant différentes régions des génomes nucléaire, chloroplastique et mitochondrial. Le développement de la génomique donne accès aux gènes contrôlant des caractères adaptatifs, très importants pour la gestion et la conservation des ressources génétiques. La tâche capitale de la conservation des ressources génétiques consiste à préserver, grâce aux méthodes in situ, le potentiel évolutif/adaptatif des espèces, des communautés et des écosystèmes. Ceci est surtout vrai pour les plantes médicinales et aromatiques qui se caractérisent par une distribution limitée et fragmentée. La génétique des populations permet de nous renseigner sur les problèmes de réduction de la diversité génétique et les facteurs ayant contribués à cette réduction tels que la dérive génétique et la consanguinité. Elle permet également d’évaluer le flux génique entre populations et d’identifier les petites populations isolées menacées d’extinction. Dans une première partie de ce projet, nous nous proposons d’évaluer la diversité génétique des différentes espèces et populations de plantes médicinales et aromatiques en Tunisie. Ceci permettra une meilleure gestion de ces ressources génétiques ainsi que l’élaboration de décision rationnelle pour leur conservation.
D’autre part, l’utilisation pharmaceutique des plantes, en l’état ou sous forme plus ou moins purifiée, est limitée par la très grande variabilité des teneurs en composés secondaires au sein d’une même espèce végétale. La composition phytochimique est influencée directement par la diversité génétique et par l’ensemble des facteurs qui caractérisent l’environnement pédoclimatique dans lequel les plantes se développent. En effet, plusieurs études ont suggéré que les caractéristiques environnementales (lumière, températures, teneur en nutriments du sol…) agissent sur les gènes intervenant dans la synthèse des composés phénoliques et leurs facteurs de transcription. De plus, des études récentes basées sur des approches de génomique et de transcriptomique ont permis de mettre en évidence des associations significatives entre le polymorphisme de plusieurs gènes de la voie de biosynthèse des composés phénoliques et leurs teneurs en ces composés (Kariñho-Betancourt et al., 2019 ; Lei et al. 2018 ; Padilla-González et al. 2019).
Dans cette deuxième partie de ce projet, l’analyse de la variabilité génétique au niveau des gènes codant les enzymes de la voie de biosynthèse des composés phénoliques et de leurs facteurs de transcription permettra de mettre en évidence une association probable entre la variation de la quantité et de la qualité des métabolites secondaires avec des génotypes/allèles spécifiques.
Thème 2 : Analyse moléculaire des gènes majeurs impliqués dans la résistance aux maladies chez les petits ruminants en Tunisie.
L’élevage des petits ruminants constitue une activité traditionnellement bien ancrée dans les sociétés agricoles des pays d’Afrique du nord. En effet, cette activité continue à représenter une des sources essentielles voire exclusives de revenus pour une part importante des populations agricoles dans ces régions. En Tunisie, La population des petits ruminants est constituée de quatre races ovines et une race caprine. L’élevage des ovins contribue de 39% à la production totale de viande rouge (OEP, 2014) avec plus de 6,8 millions de têtes, dont environ 3,9 millions de brebis (ONAGRI, 2012) appartenant à quatre races différentes: Barbarine (60,3%), Queue fine de l’Ouest (34,6%), noir de Thibar (2,1%) et Sicilo Sarde (0,7%).
La race Barbarine, connue localement sous le non «Nejdi» ou «brebis à queue grasse» est la plus répandue sur le territoire tunisien et elle est exploitée essentiellement pour la production de viande selon un mode d’élevage extensif (Djemali et al., 1994). La deuxième race est la race « Queue fine de l’Ouest » connue aussi sous le nom «Bergui» et dont la répartition couvre essentiellement les steppes du centre de la Tunisie. La race noire de Thibar est un mouton à poil noir composite trouvé dans la région sub-humide du nord de la Tunisie avec une vocation de production de viande. Finalement, la race Sicilo Sarde est la seule race ovine laitière en Afrique du Nord. Elle est issue d'un croisement entre deux races laitières italiennes importées (Sarde et Sicilienne) de Sicile et est actuellement limité à des zones du nord-ouest de la Tunisie (Djemali, 2000).
La population de chèvres tunisienne s'élève à environ 1,5 million dont 900 000 femelles reproductrices. La majorité des chèvres se trouvent dans les régions du sud de la Tunisie. Environ 95% de cette population est constituée de race indigène à pelage noir connue sous le nom de race "Arbi".
Les maladies ont des effets néfastes sur la production et le bien-être des animaux. Les coûts qu’elles engendrent sont estimés à 17 % du revenu total des productions animales dans les pays développés et entre 30 % et 50 % dans les pays en voie de développement. Cependant, il y a jusqu’à présent peu de programmes de sélection pour la résistance aux maladies qui sont en place et qui ont donné des résultats concluants.
Les maladies, causées par des parasites, des bactéries ou des virus, ont toujours constitué un obstacle majeur à une production ovine et caprine efficace dans le monde entier. Le contrôle ou l'élimination des agents infectieux chez les animaux d’élevage a toujours dépendu de l'utilisation de vaccins, de médicaments et ou de l’élimination des animaux malades. Cependant, ces mesures n'ont pas réussi à éradiquer certaines des principales maladies infectieuses du bétail. En effet, l’emploi prolongé d’antibiotiques, de vaccins ou d’autres traitements entraîne souvent le développement de souches résistantes de pathogènes ou de parasites. L’efficacité des traitements diminue alors de façon importante. Le recours à l’amélioration génétique par la recherche sur les mécanismes de défense contre les maladies fournira de nouvelles approches pour lutter contre les maladies touchant les animaux d’élevage. La résistance génétique différentielle aux maladies chez les animaux d’élevage est connue depuis longtemps (Hutt, 1958). Le nouvel élan pour étudier le contrôle génétique de la réponse immunitaire chez les animaux d’élevage a été apporté par la découverte des gènes de la réponse immunitaire. Cependant, les méthodes génétiques de sélection pour la résistance aux maladies chez les petits ruminants n'ont pas été largement utilisées étant donné que la sélection sur des caractères de production de viande a ignoré l'amélioration des caractères de résistance aux maladies. De plus, en raison de la complexité des maladies infectieuses causées par de multiples agents pathogènes, la sélection ne devient guère efficace pour contrôler tous les types de maladies. Finalement, la recherche fondamentale n'a pas identifié suffisamment de gènes pouvant être utilisés dans la sélection pour la résistance aux pathogènes.
Dans le cadre de ce projet, nous nous sommes intéressés à différents gènes intervenant dans la réponse immunitaire. Deux catégories principales de réponses immunitaires peuvent être distinguées: l'immunité innée et l’immunité adaptative (Medzhitov, 2007). Parmi les molécules de l’immunité, ceux du complexe majeur d'histocompatibilité (CMH) jouent un rôle essentiel dans l'activation des réponses immunitaires adaptatives alors que les récepteurs de type Toll (TLR pour Toll-Like Receptors) interviennent au cours des mécanismes de l'immunité innée en reconnaissant des motifs moléculaires conservés chez de nombreux pathogènes. D’autre part, les cytokines sont d'importants médiateurs du système immunitaire intervenant dans la communication intercellulaire et chargés d'initier, d'amplifier et de réguler l'inflammation en réponse à un défi pathogène. Ils effectuent plusieurs rôles associés à leurs fonctions comme médiateurs des réponses immunitaires innées et adaptatives (downing et al., 2010).
Une revue des connaissances les plus récentes sur ces groupes de gènes chez différents modèles d’animaux d’élevage confirme leur rôle central dans le contrôle les mécanismes de l’immunité. Des études fonctionnelles ont permis de mettre en évidence de nombreuses associations observées entre ces gènes et différents caractères physiologiques comprenant aussi bien la qualité de la réponse immune à divers agents pathogènes que les performances zootechniques en matière de production et de reproduction (Maillard, 1998). En effet, plusieurs études ont été effectuées, essentiellement chez les ovins, dans le but de mettre en évidences des associations significatives entre le polymorphisme des gènes CMH et la résistance aux nématodes, aux bactéries et aux virus (Shen et al., 2014). Cependant, une association significative n’a été observé qu’entre le polymorphisme des gènes DRB1 et DQB1 avec la résistance à l’Echinococcose cystique (Shen et al., 2014). De plus, certains allèles CMH ont été associé à la résistence au virus de la leucémine bovine (Gutierrez et al., 2016).
D’autre part, l’analyse des gènes TLRs chez plusieurs espèces d’élevage a montré une association significative de leur polymorphisme à la résistance à certains pathogènes. En effet, TLR2 a été associé à la susceptibilité/résistance à la tuberculose chez les bovins et a été suggéré comme cible de sélection dans les programmes d’amélioration. Le polymorphisme au niveau des gènes TLR4 et TLR5 a été associé à la résistance à la brucellose et au Mycobacterium avium, respectivement (Bhaladhare et al., 2016).
Finalement, le polymorphisme au niveau de certains gènes des cytokines (GM-CSF, IL-4, IL-8, IL-12a et IL-13) a été associé à la résistance/sensibilité à différentes maladies (downing et al. 2010).
Plusieurs raisons justifient l’emploi de la sélection plutôt que celui des méthodes traditionnelles pour contrôler les maladies. La sélection pour la résistance aux maladies pourrait améliorer les résultats économiques des troupeaux à la fois en réduisant l’effet sous-clinique des maladies sur la production, et en diminuant le nombre et la gravité des cas cliniques.