Dynamique de la diversité génétique en milieu insulaire : structuration génétique, histoire démographique et adaptation locale d’un arbre endémique (Coffea mauritiana Lam.) de La Réunion

Dynamics of genetic diversity in insular territories : genetic structure, demographic history and local adaptation of a tree, Coffea mauritiana Lam, endemic to Reunion Island

• Auteur / Autrice : Edith Garot
• Direction : Philippe Lashermes
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ecophysiologie et adaptation des plantes
• Date : Soutenance le 10/12/2019
• Etablissement(s) : Montpellier
• 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 : Ophélie Ronce
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Lashermes, Ophélie Ronce, Pascal Touzet, Myriam Heuertz, Christophe Thébaud
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pascal Touzet, Myriam Heuertz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Variabilité génétique

Spécimens-types

La Réunion (France ; île)

Variétés

Caféiers

Génétique des populations

Mots clés libres

Diversité

Génétique des populations

Îles océaniques

Histoire démographique

Adaptation locale

Coffea

Diversity

Population genetics

Oceanic islands

Demographic history

Local adaptation

Coffea

Résumé

Les îles océaniques fournissent un contexte environnemental exceptionnel pour l’étude des processus évolutifs. Leur isolement géographique et la diversité de leurs habitats est à l’origine de nombreux phénomènes de spéciation et d’adaptation locale des espèces. Les patrons de diversité génétique des espèces endémiques résultent communément de l’action de différentes forces évolutives liées à l’établissement de l’espèce sur l’île, à ses capacités de dispersion et aux contraintes sélectives du milieu. Pourtant, peu de travaux proposent une étude complète de ces patrons de diversité. Dans ce travail de thèse, la structure des populations, l’histoire démographique et l’adaptation locale d’un arbre tropical (Coffea mauritiana Lam.), endémique de l’île de La Réunion, ont été investiguées afin de fournir une vision globale de la différenciation génétique chez cette espèce. Pour ce faire, des approches combinant génétique des populations, modélisation de niche écologique, analyse de l'expression des gènes et phénotypage morphologique et biochimique des feuilles ont été mises en œuvre. D’une manière générale, la diversité génétique de C. mauritiana est structurée en populations à la distribution très localisée, qui peuvent être regroupée en groupes régionaux. La distance géographique ainsi que l’hétérogénéité du régime des pluies sont les principaux facteurs associés à la divergence des populations. Une réduction des populations est associée aux changements climatiques de la dernière glaciation, suivie par une expansion récente, vraisemblablement associée à une colonisation de la côte Ouest de l’île. La reproduction allogame de l’espèce ainsi que l’expansion récente des populations ont pu contribuer au maintien d’une diversité génétique chez C. mauritiana. Une différenciation significative de la morphologie des feuilles est observée entre populations mais n’apparait pas corrélée à la variabilité climatique. Par contre, une modulation de la composition biochimique de la cire cuticulaire des feuilles, avec en particulier un changement dans la proportion d’alkanes, a été identifiée comme un facteur probablement impliqué dans l’adaptation locale de l’espèce à son environnement. Les résultats de ces travaux apportent des connaissances nouvelles sur la dynamique de la diversité génétique d’une espèce endémique à la Réunion, ainsi que sur les bases génétiques de son adaptation locale. A terme, ces connaissances vont contribuer à une optimisation des stratégies de conservation in-situ des espèces dans un contexte de changement climatique.

Oceanic islands provide exceptional settings for studies of evolutionary processes. Due to their geographic isolation and their habitat diversity, they are privileged places for speciation and local adaptation in species. Several evolutionary forces linked with the establishment of the species on the island, the dispersal abilities of the species and the environmental constraints have likely shaped the patterns of genetic diversity in endemic species. However, few studies provide a global overview on the patterns of genetic diversity in insular species. In the present thesis, population structure, demographic history and local adaptation of a tropical tree (Coffea mauritiana Lam.), endemic to Reunion Island, were investigated to provide a global picture of genetic differentiation in this species. Analyses combining population genomics, ecological niche modelling, gene expression and phenotyping morphological and biochemical traits of leaves were performed. The genetic diversity of C. mauritiana was mostly structured according to population sites, with further grouping in regional groups. The geographic distance and the heterogeneity of rainfall patterns were the main factors involved in population divergences. A reduction in C. mauritiana population members was associated with the climatic changes of the last glaciation. This reduction was followed by a recent expansion, likely associated with the establishment of the species on the western coast of the island. This recent expansion coupled at the allogamous breeding system of the species could have favored genetic diversity in C. mauritiana. A significant differentiation in leaf morphological traits was highlighted among populations, but this differentiation was not correlated with climatic factors. Otherwise, variations in the biochemical composition of cuticular waxes in leaves, involving changes in alkane proportions, were most likely involved in processes of local adaptation. Results from this work improve the current knowledge of Reunion Island endemic species and further the understanding on the genetic basis of local adaptation in these species. This information will contribute to the improvement of in situ conservation of species in a climatic change context.