Diversité génétique et histoire évolutive de deux espèces de palmier utiles (Borassus aethiopum Mart. et Raphia vinifera P. Beauv.) en Afrique de l’Ouest et Centrale : implications des changements climatiques et impacts de l'homme.

Genetic diversity and evolutionary history of two useful palm species (Borassus aethiopum Mart. and Raphia vinifera P. Beauv.) in West and Central Africa : implications of climate change and human impacts.

• Auteur / Autrice : Mariano Joly Kpatenon
• Direction : Thomas L.P. Couvreur, Adéola Zouri-Kifouli Adeoti
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génétique et génomique
• Date : Soutenance le 28/04/2022
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....) en cotutelle avec Université d'Abomey-Calavi (Bénin)
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale GAIA Biodiversité, agriculture, alimentation, environnement, terre, eau (Montpellier ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Diversité et Adaptation et Développement des plantes (DIADE), Montpellier
• Jury : Président / Présidente : Jérôme Duminil
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thomas L.P. Couvreur, Adéola Zouri-Kifouli Adeoti, Jérôme Duminil, Myriam Heuertz, Gustave Djedatin, Hubert Adoukonou Awo Sagbadja, Estelle Jaligot
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Myriam Heuertz, Gustave Djedatin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Borassus aethiopum

Phylogéographie

Variabilité génétique

Mots clés libres

Diversité génétique

Phylogéographie

Borassus aethiopum

Raphia vinifera

Phylogeography

Genetic diversity

Borassus aethiopum

Raphia vinifera

Résumé

Les savanes, étendues de forêts sèches et d’herbes, regorgent d'espèces végétales à grand intérêt. Cependant, l’origine et l’évolution des espèces végétales au sein de l'écosystème des savanes restent peu étudiées, notamment en Afrique de l’Ouest, ce qui freine le développement de stratégies de protection et de conservation. Au cours de ma thèse je me suis intéressé à deux espèces de palmiers importantes pour les populations locales sahéliennes, le palmier rônier (Borassus aethiopum Mart.) et le palmier bambou (Raphia vinifera P. Beauv). Dans un premier temps j’ai exploré la diversité génétique et l’évolution du palmier rônier pour comprendre l’impact des changements climatiques passés sur sa distribution. L’exploration de la diversité génétique de B. aethiopum a nécessité la collecte de 180 échantillons de feuilles dans 9 localités au Bénin. Une collection inter et intra spécifique composée respectivement de 29 espèces de Borassus et genres apparentés et 69 individus de B. aethiopum a été constituée pour la reconstruction phylogénétique du genre Borassus et la phylogéographie de B. aethiopum. Une approche de capture de gènes a été utilisée pour les analyses de phylogénie moléculaire. La reconstruction phylogénétique datée du genre Borassus a été réalisée par la méthode de maximum de vraisemblance (RAxML), la datation moléculaire étant réalisée avec des fossiles de palmier et sur la base d’une horloge moléculaire stricte. La méthode de coalescence a été utilisée pour construire l’histoire évolutive des groupes génétiques de B. aethiopum. Nous avons défini 11 loci microsatellites à partir d’un séquençage partiel du génome de B. aethiopum. L’analyse des données a montré une faible diversité génétique au Bénin. Nous avons obtenu également une faible structuration génétique avec une variance moléculaire plus importante en intra-site (53 %). La reconstruction phylogénétique datée a révélé une origine asiatique pour le genre Borassus il y a 24,4 Ma, et une divergence tardive au sein du genre il y a environ 16 millions d’années. La spéciation de B. aethiopum date de 3,05 Ma et son espèce-sœur se révèle être B. madagascariensis. Nos résultats apportent également la preuve génétique de la présence de B. akeassii au Sénégal. A partir de l’analyse des données SNPs, nous avons détecté trois groupes génétiques chez B. aethiopum en Afrique de l’Ouest et au Centre. L’histoire évolutive des groupes génétiques de B. aethiopum construite suggère une expansion longitudinale orienté Nord-Sud au cours du Pléistocène (2,58 Ma – 11,7 ka) en Afrique de l’Ouest suivant le couloir sec dahoméen et en parallèle à une expansion de l’Afrique de l’Ouest vers le Centre (Cameroun) il y a 0,92 Ma. Cette période d’expansion (1,38 – 0,92 Ma) des groupes génétiques de B. aethiopum a été identifiée comme une période chaude du climat qui a favorisé l’expansion des savanes et l’installation du couloir sec dahoméen. Dans un second volet de ma thèse, j'ai cherché à vérifier l’impact anthropique sur la structuration génétique des peuplements naturels de Raphia vinifera au regard de la forte influence anthropique que subit l’espèce dans l’Ouest du Cameroun. A partir d’une collection de 28 individus, nous avons analysé la structuration génétique chez R. vinifera en utilisant une approche d’appel de SNPs. Nos résultats révèlent un seul groupe génétique pour l’ensemble des populations de R. vinifera collectées dans l’Ouest du Cameroun. Ces résultats traduisent une absence de structuration génétique, et la totalité de nos accessions se retrouve dans un même groupe génétique suggérant un important transfert de matériel génétique entre ces différentes populations. Nos résultats postulent pour un paysage façonné par l’activité humaine au fil du temps, notamment la culture du R. vinifera depuis plusieurs générations à l’Ouest du Cameroun.

Savannas, areas of dry forest and grasses, are rich in plant species of great interest. However, the origin and evolution of plant species within the savanna ecosystem remain poorly studied, especially in the Sahel, which hinders the development of protection and conservation strategies. During my thesis, I focused on two palm species that are important to local Sahelian populations, the Palmyra palm (Borassus aethiopum Mart.) and the bamboo palm (Raphia vinifera P. Beauv). First, I explored the genetic diversity and evolution of roast palms to understand the impact of past climate change on their distribution. The exploration of the genetic diversity of B. aethiopum required the collection of 180 leaf samples in 9 localities in Benin. An inter and intraspecific collection composed of 29 Borassus species, related genera, and 69 B. aethiopum individuals, respectively, was constituted for the phylogenetic reconstruction of the genus Borassus and the phylogeography of B. aethiopum. A gene-capture approach was used for the molecular phylogenetic analyses. The dated phylogenetic reconstruction of the genus Borassus was performed by the Maximum Likelihood Method (RAxML), with molecular dating performed with palm fossils and based on a strict molecular clock. The coalescent method was used to construct the evolutionary history of the genetic groups of B. aethiopum. We defined 11 microsatellite loci from partial sequencing of the B. aethiopum genome. Data analysis showed low genetic diversity in Benin. We also obtained a low genetic structuring with a higher intra-site molecular variance (53%). The dated phylogenetic reconstruction revealed an Asian origin for the Borassus genus 24.4 million years ago and a late divergence within the genus about 16 million years ago. Speciation of B. aethiopum dates to 3.05 million years and its sister species is found to be B. madagascariensis. Our results also provide genetic evidence for the presence of B. akeassii in Senegal. From the analysis of SNPs data, we detected three genetic groups in B. aethiopum in West and Central Africa. The evolutionary history of the constructed B. aethiopum genetic groups suggests an expansion during the Pleistocene oriented North-South in West Africa along the Dahomean dry corridor and in parallel with an expansion from West Africa to the Center (Cameroon) 0.92 million years ago. This period of expansion (1.38 – 0.92 million years) of the B. aethiopum genetic groups has been identified as a warm period of climate that favored the expansion of the savannas and the installation of the dahomean dry corridor. In the second part of my thesis, I sought to verify the anthropogenic impact on the genetic structuring of natural stands of R. vinifera concerning the strong anthropogenic influence that the species undergoes in western Cameroon. From a collection of 28 individuals, we analyzed the genetic structuring in R. vinifera using an SNP calling approach. Our results reveal a single genetic group for all R. vinifera populations collected in western Cameroon. These results indicate a lack of genetic structuring, and all of our accessions are found in the same genetic group, suggesting significant transfer of genetic material between these different populations. Our results postulate a landscape shaped by human activity over time, notably the cultivation of R. vinifera for several generations in western Cameroon.