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Development of resilient cowpea varieties by the application of Marker Assisted Breeding (MAB) for the West and Central Africa Sub-Region

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L'équipe de recherche sur l'amélioration du niébé à l'Institut de Recherche Agricole pour le Développement (IRAD), Centre de Maroua, Cameroun. De gauche à droite : Dr Liliane Iyale, Dr Arlette Zaiya Zazou, Dr Sobda Gonné, Mme Merline Fankou, Mme Yvonne Djeoufo, M. Dieudonné Gnapou et M. David Amedep.

APERÇU DU PROJET

Background

 

Le programme de sélection du niébé de Kirkhouse Trust (KT) au Cameroun se concentre sur l'amélioration de deux variétés importantes dans le pays : Lori et Vya. Dans la première phase du projet, Lori et Vya ont été respectivement croisées avec IT98K-205-8 et IT99K-573-1-1, deux variétés résistantes à l'adventice parasite Striga, une contrainte majeure pour la production de niébé au Cameroun. Des populations de sélection rétrocroisées ont été développées, et la sélection a été assistée par l'utilisation de C42B-2B, un marqueur moléculaire lié au gène conférant la résistance au Striga dans IT98K-205-8 et IT99K-573-1-1. La résistance au Striga a également été confirmée en cultivant les plantes dans la serre  avec grillage moustiquaire dans des pots avec de la terre contenant des graines de Striga : l'adventice ne peut germer et se développer que sur des plantes sensibles.

 

Deux variétés améliorées dérivées de Lori, résistantes au Striga, IR15 MA02 et IR15 MA33 (Lori-2 et Lori-3) ont été homologuées en 2019. Elles sont très similaires mais diffèrent par la taille des graines. L'homologation de variétés dérivées de Vya résistantes au Striga doit suivre : trois lignées prometteuses ont été identifiées en 2019 (IR16 MA-P ; IR16 MA-K et IR16 MA-A) et sont actuellement en cours d'évaluation.

 

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Variétés améliorées dérivées de Lori, résistantes au Striga, homologuées au Cameroun en 2019: IR15 MA02 (i et ii) et IR15 MA33 (iii et iv).

Des efforts pour introduire d'autres caractéristiques clés dans les variétés améliorées Lori et Vya ont également été entrepris dans la phase précédente du projet : une variété résistante aux pucerons originaire du Ghana, SARC1-57-2, a été croisée avec IR15MA 02 et IR15MA 33. La résistance aux insectes dans la population de sélection est tracée en utilisant le marqueur moléculaire CP171/CP172 pour sélectionner les plantes qui combinent la résistance au Striga et aux insectes.

L'édition de juillet 2021 du bulletin d'information de Kirkhouse Trust était consacrée à l'équipe du Cameroun. Lisez-le ici.

Les objectifs

 

L'objectif global du programme d'amélioration du niébé est de développer des variétés de niébé préférées des agriculteurs, résistantes ou tolérantes à de multiples contraintes de production (Striga, insectes et maladies clés dans la région) qui sont bien adaptées à la zone soudano-sahélienne du Cameroun, en utilisant des outils de sélection moléculaire modernes. Les objectifs de la subvention actuelle (Jan 2020-Dec 2022) sont:

 

  1. Achever le développement et la diffusion d'une variété améliorée de Vya résistante au Striga.

  2. Compléter l'introduction de la résistance aux pucerons dans les variétés améliorées Lori et Vya résistantes au Striga.

  3. Lancer la méthode du backcross assistée par marqueurs moléculaires pour développer des variétés de niébé résistantes ou tolérantes à la maladie de la tache brune, causée par le champignon pathogène Colletotrichum capsici.

  4. Lancer la méthode du backcross assistée par marqueurs moléculaires pour développer des variétés de niébé résistantes ou tolérantes au Fusarium, un autre champignon pathogène important.

  5. Lancer la méthode du backcross assistée par marqueurs moléculaires pour le niébé à maturation précoce.

Les progrès à ce jour

  1. Les variétés améliorées de Vya résistantes au Striga (IR16 MA-K et IR16 MA-P) ont été évaluées dans quatre sites de terrain présentant des niveaux élevés d'infestation par le Striga: Guiring, Soukoundou, Djlingo et Yagoua. En termes de rendement, les valeurs les plus élevées de 1 869,8 kg/ha (rendement en gousses) et de 1 632,1 kg/ha (rendement en grains) ont été obtenues avec les lignées IR16 MA-P à Guiring, suivies de 1 481,1 kg/ha (rendement en gousses) et de 1 375,8 kg/ha (rendement en grains) avec les lignées IR16-MA-K à Yagoua.

  2. Les populations de sélection BC2F1 ont été développées à partir d'un croisement entre les variétés dérivées de Vya résistantes au Striga (IR16 MA-K et IR16 MA-P) et la variété donneuse résistante aux pucerons SARC-1-57. Les populations BC4F1 ont été développées à partir du croisement entre les variétés dérivées de Lori- résistantes au Striga (IR15 MA02 et IR15 MA33) et SARC-1-57.

  3. Des variétés de niébé résistantes aux maladies et à maturation précoce utilisées dans d'autres programmes de sélection de niébé d'Afrique de l'Ouest ont été rassemblées pour identifier les donneurs potentiels. Des essais en laboratoire ont été réalisés pour identifier les sources de résistance à Colletotrichum et Fusarium.

  4. Des échantillons de niébé infectés par Colletotrichum ont été collectés dans les champs des agriculteurs des principales zones de production de niébé du Nord du Cameroun (Mayo Danay, Mayo sava, Mayo Tsanaga, Mayo Kani, Diamaré et Bénoué). L'isolement et la caractérisation des spores uniques ont été effectués, et le test de pathogénicité a été réalisé avec succès.

  5. Des échantillons de niébé infectés par le Fusarium ont été collectés à l'IRAD pendant la saison de culture 2020. Dix souches de Fusarium ont été isolées, et le test de pathogénicité a été effectué sur des variétés connues résistantes et sensibles au Fusarium (CB46 et IT99K-573-2-1, respectivement, toutes deux originaires du Nigeria).

  6. Un total de vingt-cinq (25) génotypes de niébé ont été collectés et criblés à la ferme expérimentale de l'IRAD Maroua à Guiring pendant la saison de culture 2020 dans des conditions pluviométriques naturelles. Les caractéristiques agronomiques, y compris le temps de maturité, ont été enregistrées. Sanzi, CB27 et IT00K-1217 ont enregistré la plus courte durée de floraison. CB27 avait la plus grande taille de graine, suivie de Sanzi et IT00K-1217.

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(i) Des plants de niébé poussant dans des pots sur de la terre contenant des graines de Striga pour sélectionner des plantes résistantes à l'adventice parasite, illustrés ; (ii) sont des plantes sensibles car l'adventice Striga a pu germer et se développer (flèche); (ii) des pucerons se nourrissant des jeunes feuilles d'un plant de niébé; (iii) Dr Gonné effectuant des croisements dans la serre; (iv) des essais au champ IR19 MA33, 2019.

LES MEMBRES DE L’EQUIPE DU PROJET

 
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Dr Sobda Gonné

Investigateur Principal, Institut de Recherche Agricole pour le Développement (IRAD), Centre de Maroua, Cameroun.

Dr Gonné, ancien boursier de doctorat du KT, a dirigé le programme d'amélioration du niébé financé par le KT au Cameroun depuis sa création en 2008. Il est titulaire d'une maîtrise en protection des cultures de l'Université catholique de Louvain, en Belgique, et d'un doctorat du West Africa Centre for Crop Improvement (WACCI), intitulé “Genetic studies of cowpea [Vigna unguiculata (L.) Walp.] for resistance to thrips (Megalurothrips sjostedti Trybom) in Cameroon".

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Dr Arlette Zaiya Zazou

Sélectionneuse moléculaire

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Dr Liliane Iyale Technicienne de laboratoire

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Mme Merline Fankou 

Pathologiste des plantes, étudiante de doctorat, Université de Maroua.

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Mme Yvonne Djeoufo

Scientifique en gestion des données

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M. David Amedep Scientifique en gestion des données

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M. Dieudonné Gnapou

Scientifique en gestion des données

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M. Kalib Safta

Ancien étudiant à la maîtrise en sciences de KT, Université de Maroua, Diplômé en 2017 Ancien membre de l'équipe.

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M. Pierre Metsena

étudiant de doctorat, Université de Maroua.

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Mme Sophie Yanne

étudiante à la maîtrise en sciences, Université de Maroua.

LES PROJETS DES ETUDIANTS

Développement de variétés de niébé tolérantes/résistantes au Colletotrichum capsici (maladie de la tache brune) adaptées aux conditions agro-écologiques du nord du Cameroun.

 

Mme Merline Fankou

La maîtrise en sciences en amélioration des plantes, Université de Maroua, Cameroun.  Diplômé en 2018.

Supervisors: Dr Goudoum Augustin, Université de Maroua, Dr Sobda Gonné, Institut de Recherche Agricole pour le Développement (IRAD), Centre de Maroua.

Les objectifs du projet

  1. Identifier les Colletotrichum spp responsables des maladies de la tache brune du niébé au Cameroun.

  2. Caractériser les isolats de Colletotrichum trouvés dans les champs de niébé au Cameroun.

Les accomplissements:

  1. Les deux isolats les plus pathogènes ont été identifiés et caractérisés : MD3a et MK25.

  2. Identification de deux donneurs potentiels de résistance à la tache brune : KN-1 et Ife brown.

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Mme Fankou caractérisant au microscope des isolats de Colletrotrichum.

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Cameroon Merline single spore culture 2019 01_edited.png

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iv

(i) La collecte de plants de niébé malades sur le terrain; (ii) les échantillons malades examinés au microscope; (iii) Mme Fankou faisant des isolats de Colletrotrichum à spore unique au microscope; (iv) Mme Fankou expliquant aux étudiants comment compter les spores fongiques lors d'une formation en pathologie.

Étude de la diversité génétique d'une population de niébé (Vigna unguiculata Walp.) à l'aide de marqueurs microsatellites dans la région du Nord du Cameroun

 

M. Kalib Saftia

La maîtrise en sciences en amélioration des plantes, Université de Maroua, Cameroun.  Diplômé en 2017.

Superviseurs: Dr Dorothy Tchatchoua Tchabda, Université de Maroua, Dr Sobda Gonné, Institut de Recherche Agricole pour le Développement (IRAD), Centre de Maroua, Cameroon.

Les objectifs du projet

  1. Déterminer les caractéristiques agromorphologiques d'une collection de germoplasme de niébé.

  2. ​Différencier les génotypes de niébé en fonction des informations fournies par les marqueurs moléculaires.

Les accomplissements:

1. Une grande variabilité a été constatée parmi les génotypes de niébé étudiés.

2. Le marqueur CP171/172 associé à la résistance au Striga s'est avéré être le plus polymorphe entre les gentotypes testés.

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Genetic studies of cowpea [Vigna unguiculata (L.) Walp.] for resistance to thrips (Megalurothrips sjostedti Trybom) in Cameroon

 

Dr Sobda Gonné

Doctorat en amélioration des plantes, Centre d'Afrique de l'Ouest pour l'amélioration des cultures (WACCI), Université du Ghana, Legon. Attribué en 2017.

Superviseurs: Professeur Pangirayi Tongoona, Université du Ghana; Professeur Jonathan Ayertey, Université du Ghana; Dr Ousmane Boukar, IITA/IRAD; Professeur Mike Timko, Université de Virginie.

Le contexte

Les thrips sont un important insecte ravageur du niébé au Cameroun, et une forte infestation peut entraîner une perte totale de la récolte. Les thrips sont généralement contrôlés par l'application d'insecticides, mais cette mesure est inefficace, représente un coût supplémentaire pour la production et est toxique pour les humains et l'environnement. Cette étude a été réalisée dans le cadre des exigences d'un doctorat avec les objectifs suivants:

 

  1. Identifier de nouvelles sources de résistance au thrips des boutons de fleurs par le criblage du germoplasme.

  2. Déterminer l'hérédité de la résistance au thrips chez le niébé.

  3. Identifier les QTLs associés à la résistance au thrips du bouton de fleur chez le niébé.

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Dr Gonné le jour de la remise de son doctorat, en 2017.

Les accomplissements

  1. Deux cents (200) variétés de niébé, dont 180 landraces, ont été testées pour leur résistance aux thrips dans deux sites de terrain (Guiring et Djalingo) et dans la serre (IRAD), en notant les dommages visuels aux fleurs et le nombre de thrips par fleur. Onze variétés résistantes aux thrips ont été identifiées, dont Sanzi, du Ghana.

  2. Deux ensembles de six générations (P1, P2, F1, F2, BC1P1, BC1P2) développés à partir de croisements entre Sanzi (parent résistant) et Vya et Lori (parents sensibles) ont été évalués sous infestation artificielle et naturelle de thrips. L'analyse de la moyenne des générations a révélé que les actions génétiques additives et non additives étaient importantes, la dominance x dominance étant la plus prédominante. L'héritabilité au sens large et au sens étroit estimée variait de 0,58 à 0,74 et de 0,61 à 0,65 pour le nombre de thrips par fleur et l'évaluation des dommages causés par les thrips, respectivement, indiquant l'influence de l'environnement sur la sensibilité aux thrips. Le nombre de gènes contrôlant la résistance aux thrips était de trois pour le nombre de thrips par fleur et entre 3 et 4 pour l'évaluation des dommages causés par les thrips.

  3. Cent cinquante (150) plantes F2 dérivées d'un croisement entre Sanzi et Vya ont été utilisées pour construire une carte génétique avec 232 marqueurs SNP polymorphes. Trois QTLs significatifs (Fthp129, Fthp28 et Fthp87) pour la résistance aux thrips ont été détectés, représentant 43,2% de la variation phénotypique observée. D'autres études sont nécessaires pour valider ces QTL pour leur exploitation utile dans un programme de sélection moléculaire.

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Flower damage thrips_edited.jpg

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(i)Thrips sur une fleur de niébé; (ii) symptômes typiques de fleurs de niébé attaquées par des thrips; (iii) collecte de fleurs infestées par des thrips, également utilisées pour infester artificiellement des plantes dans la serre pour déterminer la sensibilité ou la résistance aux thrips des plantes testées; (iv) la population de cartographie F2 dérivée de Sanzi et Vya cultivées dans la serre; (v) prélèvement de tissus foliaires de la population de cartographie pour l'extraction et l'analyse de l'ADN.

PUBLICATIONS

 
  • Metsena, P., ., Kosma, P., Fankou, D.M.Y and Ndouvahad, L. (2021).  Identification of Fusarium oxysporum sf tracheiphilum strains responsible of cowpea wilt in Far-north region of Cameroon. Journal of Applied Biosciences 164: 17001-17011.

  • Iyale L., Noubissie J.B., Mapongmetsem P.M., . and Djile B. (2018). Genetic screening of cowpea varieties [Vigna unguiculata (L.) Walp.] for Aphis craccivora resistance in the Sudano-Sahelian Zone of Cameroon. Asian Journal of Biotechnology and Genetic Engineering 1: 1-15.

  • Gonné, S., Mewounko, A., Sakati, P.D. and Ndaodeme, K., 2018. Farmers' cowpea production constraints and varietal preferences in the Sudano-Sahelian zone of Cameroon. International Journal of Innovation and Applied Studies 24: 968-977.

  • Gonné, S., Atemkeng, F.M., Boukar, O., Fatokun, C., Tongoona, P.B., Ayertey, J. and Offei, S.K., 2018. Generation mean analysis in cowpea [Vigna unguiculata (L.) Walp.] under flower thrips infestation. Journal of Agricultural Science 10: 86.

  • Gonné, S., Boukar, O., Tongoona, P.B., Ayertey, J. and Offei, K.S., 2017. Quantitative trait loci (QTL) for cowpea resistance to flower bud thrips (Megalurothrips sjostedti Trybom). International Journal of Plant Breeding and Genetics 4: 292-299.

  • Gonné, S., Venasius, W.L. and Laminou, A., 2013. Characterization of some traditional cowpea varieties grown by farmers in the Sudano-Sahelian zone of Cameroon. International Journal of Agriculture and Forestry 3: 170-177.

 

PROJECT LOCATIONS

Research Station, Cameroon