Caractérisation des espèces aphylles du genre Vanilla endémiques de Madagascar en vue de leur conservation

Andriamihaja Felambinintsoa Cathucia. 2021. Caractérisation des espèces aphylles du genre Vanilla endémiques de Madagascar en vue de leur conservation. Saint-Denis : Université de la Réunion, 257 p. Thèse de doctorat : Génétique : Université de la Réunion

Titre anglais : Characterization of leafless Vanilla species endemics to Madagascar with a view to their conservation

Encadrement : Ramarosandratana, Aro Vonjy ; Grisoni, Michel

Résumé : Selon les plus récentes évaluations de la biodiversité, le nombre d'espèces végétales et animales recensé est estimé à près de huit millions. Cette richesse spécifique est le produit d'un long processus évolutif résultant de l'adaptation des organismes aux changements fréquents de leur environnement. La diversité biologique est inégalement répartie sur la planète, étant majoritairement concentrée sur quelques points chauds. Appelées " hotspots ", ces zones sont les plus vulnérables aussi bien aux impacts des activités humaines qu'aux changements globaux actuels, causant un déclin important de la biodiversité. C'est le cas de la région Sud-Ouest de l'océan Indien (SOOI), un centre d'endémicité en orchidées. Leader mondial en production de gousses de vanille, cette région abrite également une diversité importante en espèces aphylles endémiques appartenant au genre Vanilla Plum. ex. Miller (Orchidaceae), majoritairement distribuées à Madagascar. Les vanilliers aphylles, par leur capacité d'adaptation à la sècheresse, leur résistante aux maladies fongiques et leurs propriétés médicinales, présentent un intérêt économique et scientifique majeur. Ces espèces forment un groupe monophylétique différencié récemment (4,4 Ma) à partir d'un ancêtre folié africain. Elles ont des traits morphologiques similaires et sont indissociables à partir de marqueurs chloroplastiques, rendant leur statut taxonomique douteux. A Madagascar, elles sont réparties principalement dans les forêts sèches de la côte Ouest, classées parmi les écosystèmes les plus menacés de l'île. Dans l'objectif de dénouer la taxonomie des vanilliers aphylles et contribuer à leur conservation, des prospections suivies d'échantillonnages ont été réalisés dans plusieurs localités de Madagascar, couvrant une grande partie de leurs zones de distribution renseignées. Ensuite, une approche intégrative combinant la génétique, la biologie et l'écologie a été réalisée pour résoudre la taxonomie de ces espèces et déterminer leur statut de conservation. D'après les analyses des données microsatellites et morphologiques, la différenciation des sept groupes génétiques identifiés à Madagascar résulterait de plusieurs facteurs dont principalement les barrières géographiques (rivières), l'isolement par les facteurs environnementaux (IBE) (température, élévation, pH du sol) fortement corrélé à la géographie (IBD), et l'isolement par adaptation (IBA) de traits floraux (résultant soit de l'IBE soit d'une sélection divergente par les pollinisateurs). L'étude taxonomique intégrative (phylogénie ITS, analyse populationnelle microsatellite et morphologique) divise les vanilliers du SOOI en deux grands clades : espèces à fleurs blanches versus espèces à fleurs jaunes. Dans le clade des espèces à fleurs blanches, V. decaryana (Madagascar) et V. roscheri (Afrique de l'Est) forment chacune un groupe monophylétique tandis que V. madagascariensis (Madagascar), V. bosseri (Madagascar) et V. phalaenopsis (Seychelles) apparaissent conspécifiques (ITS), mais récemment différenciées (microsatellites). L'étude révèle également la présence de deux nouvelles espèces, réparties à l'Est, qui ont été nommées V. allorgii et V. atsinananensis et décrites. Dans le clade des aphylles à fleurs jaunes, V. perrieri (Madagascar) semble s'être différenciée de V. humblotii (Madagascar et Comores). La configuration de l'arbre ITS soutient une origine malgache de ces deux grands clades, suivie de trois colonisations indépendantes vers l'Afrique de l'Est, l'Archipel des Comores et les Seychelles. D'après les tests de pollinisations réalisés, les espèces aphylles sont auto-compatibles mais dépendent de pollinisateurs et peuvent se croiser entre elles. Les analyses de la diversité génétique, de la biologie de la reproduction et la modélisation spatiale et temporelle des niches écologiques des sept espèces malgaches suggèrent que V. allorgii et V. atsinananensis sont menacées respectivement par la faible densité des populations et une perte d'interaction avec les pollinisateurs. La fragmentation des populations naturelles de V. decaryana a entrainé une perte de diversité génétique ainsi qu'une forte consanguinité. V. madagascariensis et V. humblotii ont des zones de distribution restreintes dans le Nord, pouvant menacer leur survie à long terme. V. perrieri et V. bosseri semblent être les moins vulnérables car largement réparties le long de la côte Ouest. Des mesures de conservation ex situ et in situ sont proposées pour optimiser la conservation de ces vanilliers sauvages à Madagascar, un pays abritant une histoire évolutive impressionnante de la grande famille des Orchidaceae.

Résumé (autre langue) : The most recent biodiversity assessments indicate a number of about eight million plant and animal species in the world. This specific richness is the product of a long evolutionary process resulting from the adaptation of organisms to frequent changes in their environment. Biological diversity is unevenly distributed on the planet, being mostly concentrated in a few regions, called "hotspots". These regions are the most vulnerable to both human activities and current global changes, causing a significant decline in biodiversity. This is the case of the South West Indian ocean (SWIO) region, a center of orchid endemicity. In addition to being a leader in Vanilla planifolia pods production, SWIO also presents an important specific richness in endemic leafless plants belonging to the genus Vanilla Plum. ex. Miller (Orchidaceae), mainly distributed in Madagascar. Because of their ability to adapt to drought, their resistance to fungal diseases and their medicinal properties, leafless Vanilla species are of major economic and scientific interest. They form a monophyletic group recently (4.4 Ma) diverged from an African leafy ancestor. They cannot be differentiated by morphological traits and chloroplast genes, making their taxonomic status questionable. In Madagascar, leafless Vanilla species are distributed mainly in the dry forests along the West coast, classified among the most threatened ecosystems of the island. In order to unravel the taxonomy of Malagasy leafless Vanilla species and contribute to their conservation, field surveys followed by sampling were carried out in several localities of Madagascar, covering a large part of their known distribution areas. Then, an integrative approach combining genetics, biology and ecology was carried out to solve the taxonomy of these species and determine their conservation status. According to genetic clustering using microsatellite loci and morphological analyses, the seven genetic groups identified in Madagascar differentiated likely due to several factors, including geographical barriers (rivers), isolation by environmental factors (IBE) (temperature, elevation, soil pH) strongly correlated to geographical isolation (IBD), and isolation by adaptation (IBA) of floral traits (resulting either from IBE or from divergent selection by pollinators). The integrative taxonomic strategy (ITS phylogeny, population-based microsatellite and morphological analyses) divides SOOI leafless Vanilla species into two major clades: white-flower versus yellow-flower species. In the white-flower species clade, V. decaryana (Madagascar) and V. roscheri (East Africa) each forms a monophyletic group, while V. madagascariensis (Madagascar), V. bosseri (Madagascar) and V. phalaenopsis (Seychelles) appear conspecific (ITS) although recently differentiated (microsatellites). The study also reveals the presence of two new species, distributed in the East, named V. allorgii and V. atsinananensis, and described. Within the yellow-flower leafless species clade, V. perrieri (Madagascar) appears to have differentiated from V. humblotii (Madagascar and Comoros). The ITS phylogenetic tree structure supports a Malagasy origin of these two major clades, followed by three independent colonization events to East Africa, the Comoros Archipelago and the Seychelles. The pollination tests conducted suggest that all species are self-compatible but pollinator-dependent and can interbreed. Analyses of genetic diversity, reproductive biology, and spatial and temporal modelling of suitable habitats indicated that V. allorgii and V. atsinananensis are threatened by low population density and loss of interaction with pollinators, respectively. Fragmentation of natural populations of V. decaryana has resulted in loss of genetic diversity and high inbreeding. V. madagascariensis and V. humblotii have restricted distribution areas in the North, which may threaten their long-term survival. V. perrieri and V. bosseri appear to be the least vulnerable because they are widely distributed along the West coast. Ex situ and in situ conservation measures are proposed to optimize the protection of these wild Vanilla species in Madagascar, a country harboring an impressive evolutionary history of the large Orchidaceae family.

Mots-clés Agrovoc : conservation de la diversité biologique, diversité génétique (comme ressource), Vanilla, biodiversité, organisme indigène

Mots-clés géographiques Agrovoc : Madagascar

Mots-clés complémentaires : Vanilla madagascariensis, Vanilla decaryana, Vanilla roscheri, Vanilla bosseri, Vanilla phalaenopsis, Vanilla allorgii, Vanilla atsinananensis, Vanilla humblotii, Vanilla perrieri

Classification Agris : F70 - Taxonomie végétale et phytogéographie
F40 - Écologie végétale
F30 - Génétique et amélioration des plantes
P01 - Conservation de la nature et ressources foncières

Auteurs et affiliations

• Andriamihaja Felambinintsoa Cathucia, Université de la Réunion (REU)

Source : Cirad-Agritrop (https://agritrop.cirad.fr/600426/)

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