Phylogéographie et génétique des populations du foreur de tiges de céréales Busseola fusca (Fuller) (Lepidoptera, Noctuidae) en Afrique subsaharienne : implications pour la lutte biologique contre cet insecte

par Michel Sezonlin

Thèse de doctorat en Sciences biologiques

Sous la direction de Jean-François Silvain et de Marie-Louise Cariou.

Soutenue en 2006

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des Sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .


  • Résumé

    Busseola fusca (Fuller) (Lepidoptera, Noctuidae) est un ravageur majeur du maïs et du sorgho cultivé en Afrique Subsaharienne. Des différences observées dans les traits de vie et l'écologie de l'espèce entre les populations Est et Ouest africaines suggèrent l'existence de populations génétiquement différenciées selon la géographie ou les types de biotopes. Le rôle des plantes hôtes, et notamment celui des deux principales plantes cultivées consommées par l'insecte, dans l'éventuelle structuration génétique de ses populations est à déterminer. Une vaste étude phylogéographique basée sur l'utilisation d'un marqueur mitochondrial, le cytochrome b et sur l'analyse de nombreux échantillons (590 individus provenant de 112 localités incluant la majeure partie de l'aire de distribution de foreur), a été réalisée. Cette étude a révélé l'existence de trois clades principaux d'haplotypes (W, KI, KII) correspondant à des populations isolées à l'Ouest et à l'Est de l'Afrique au Pléistocène, il y a environ un million d'années. Le clade W localisé en Afrique de l'Ouest est isolé géographiquement des clades KI et KII qui sont partiellement sympatriques. Le clade KI voit sa distribution limitée à une partie de l'Afrique de l'Est alors que le clade KII présente une large distribution géographique couvrant l'Est, le Centre et le Sud de l'Afrique Subsaharienne. Les résultats des analyses phylogénétiques, les paramètres démographiques calculés, les statistiques de Wright ainsi que les analyses des clades emboîtés confirment que ces trois populations, après avoir été isolées dans des aires refuges différentes, ont connu une expansion démographique et géographique, même si les populations locales sont caractérisées par des phénomènes de restriction des flux géniques avec isolement par la distance. L'analyse de mismatch distribution et les valeurs négative de l'indice D de Tajima sont en accord avec l'hypothèse d'une expansion démographique des trois clades. Des différenciations génétiques significatives ont été mises en évidence à différents niveaux hiérarchiques par l'analyse moléculaire de la variance (AMOVA). La Ligne Volcanique du Cameroun et la Rift Valley seraient deux des facteurs qui ont modelé la structure génétique des populations de B. Fusca. La plus grande diversité haplotypique et nucléotidique de B. Fusca dans les régions ghanéenne (clade W), érythréenne (clade KI) et kenyane (clade KII) a permis de les identifier comme les centres probables d'origine géographique de chaque clade. L'histoire génétique des populations de B. Fusca, telle que révélée par l'analyse du génome mitochondrial, apparaît indépendante de la domestication du sorgho et de l'introduction et de l'expansion des cultures de maïs. L'ancienne structure génétique est maintenue à travers les différentes époques avec un passage récurrent et local des individus de B. Fusca des plantes hôtes sauvages aux cultivées. Un parallèle original a pu être fait entre les résultats de l'étude phylogéographique de cet insecte graminivore et ceux de plusieurs études portant sur des mammifères herbivores africains. Cette analyse parallèle montre que des facteurs paléo-climatiques similaires ont probablement modelé les populations des animaux de groupes éloignés associés aux milieux graminéens africains.

  • Titre traduit

    Phylogeography and population genetics of the maize stalk borer Busseola fusca (Fuller) (Lepidoptera, Noctuidae) in sub-saharan Africa : implications for biological control against this insect


  • Résumé

    Busseola fusca (Fuller) (Lepidoptera, Noctuidae) is a major pest of maize and cultivated sorghum in sub-Saharan Africa. The observed difference in the life features and the ecology of species among East and West African populations suggest the existence of populations genetically differentiated in accordance with the geography or biotope types. The role of host plant, particularly that related to two major cultivated plant consumed by insect, in possible of genetic structure of its populations is being established. A large phylogeographic study based on use of one mitochondrial marker, the cytochrome b and on analysis of numerous samplings (590 individuals from 112 localities including the major part of the spatial distribution of borer) has been performed. This study has showed the presence of three main haplotype clades (W, KI, KII) corresponding to populations isolated in West and East Africa in Pleistocene, around one million years ago. Clade W localized in West Africa split geographically from clade KI and clade KII that are partially sympatric. Clade KI is limited to one part of East Africa whereas clade KII shows a large geographical distribution covering well East, Central and Southern sub-Saharan Africa. Phylogenetic, F-statistics, calculated demographic parameters and nested clade phylogeographic analyses results confirmed that the clades, after their isolation in three different refuge areas, experienced geographic and demographic expansion even if local populations were characterized by the phenomena of restricted gene flow with isolation by distance. Mismatch distribution analysis and the negative values of Tajima D index are consistent with a demographic expansion hypothesis of three clades. Significant genetic differentiations have been highlighted at various hierarchical levels by analysis of molecular variance (AMOVA). The Cameroon Volcanic Line and the Rift Valley appear to be two factors contributing to the genetic structure of B. Fusca populations. The highest haplotype and nucleotide diversity in Ghanaian (clade W), Eritrean (clade KI) and Kenyan (clade KII) regions has allowed identifying them as the likelihood geographic centres of origin of each clade. The population genetic history of B. Fusca as revealed by mitochondrial genome analysis appears independent to sorghum domestication and introduction and expansion of maize. The ancient genetic structure is maintained through different periods with recurrent and local shift of B. Fusca individuals from wild host plants to cultivated. An original parallel has been able to be performed with the results of phylogeographic study of this graminaceous insect and all those of many studies related on African mammalian herbivorous. This parallel analysis indicates that similar paleoclimatic factors have likely shaped animal populations from distant groups associated with African graminaceous environments.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (161 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 135-152

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  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2006)195
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