Diversification dans le genre Malus

Diversification the genus Malus

• Auteur / Autrice : Amandine Cornille
• Direction : Tatiana Giraud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences du végétal
• Date : Soutenance le 26/10/2012
• Etablissement(s) : Paris 11
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences du Végétal (1992-2015 ; Orsay, Essonne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Écologie, systématique et évolution (Orsay, Essonne ; 2002-....) - Ecologie, Systématique et Evolution
• Jury : Président / Présidente : Martin Lascoux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Tatiana Giraud, Martin Lascoux, Bruno Fady, Xavier Vekemans, Christine Dillmann, Sylvain Glémin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bruno Fady, Xavier Vekemans

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hybridation

Espèces (biologie)

Espèces (biologie)

Domestication

Mots clés libres

Spéciation

Phylogéographie

Hybridation

Domestication

Pommiers

Arbres fruitiers

Speciation

Phylogeography

Hybridization

Domestication

Apple

Fruit trees

Résumé

Malgré son importance économique, culturelle et historique, l’histoire évolutive du pommier cultivé (Malus domestica) ainsi que celle de ses apparentés sauvages supposés, restaient encore très peu connues. En s’appuyant sur les nouvelles approches de génétique des populations (approximate Bayesian computation) avec l’utilisation de marqueurs microsatellites et de séquences nucléaires, cette thèse a eu pour objectif d’étudier, à différentes échelles évolutives (phylogéographie, spéciation, domestication), les mécanismes de diversification naturelle et artificielle dans le genre Malus. Mes travaux ont porté sur quatre espèces de pommiers sauvages distribuées à travers l’Eurasie (Malus orientalis (Caucase), Malus sieversii (Asie Centrale), Malus sylvestris (Europe), et Malus baccata (Sibérie)) et sur la seule espèce domestiquée du genre, Malus domestica. Cette thèse s’est articulée en quatre parties visant respectivement à inférer : (i) l’histoire de la domestication du pommier cultivé depuis son centre d’origine en Asie Centrale, (ii) l’histoire de la recolonisation post-glaciaire du pommier sauvage Européen (M. sylvestris), (iii) les histoires de spéciation entre les cinq espèces de Malus, (iv) les hybridations interspécifiques et les capacités de dispersion des trois principaux contributeurs (M. sylvestris, M. sieversii et M. orientalis) au génome du pommier cultivé. L’étude des mécanismes de diversification artificielle montre que les processus de domestication sont originaux chez cet arbre fruitier, de par l'absence de goulet d’étranglement et l’existence d’introgressions post-domestication fréquentes par une autre espèce sauvage (M. sylvestris) que l’espèce ancestrale (M. sieversii). L’étude des processus de diversification naturelle (phylogéographie, spéciation et structure des populations) révèlent de grandes tailles de populations, de forts flux de gènes et de faibles structures génétiques spatiales chez chacune des espèces. Cette thèse a aussi révélé de forts taux d’hybridations interspécifiques, en particulier de fortes introgressions des espèces de pommiers sauvages par le pommier cultivé en Europe et en Asie Centrale. Cette étude a permis l'amélioration des connaissances de la structuration des populations de pommiers sauvages ayant contribué au génome du pommier cultivé ainsi que de l’étendue des hybridations du pommier cultivé avec les espèces sauvages. Ces travaux revêtent une grande importance autant pour la conservation des pommiers sauvages, pour le maintien de leur intégrité dans des habitats fragmentés que pour l'amélioration variétale du pommier domestiqué.

: Despite its economic, cultural and historical importance, few studies have investigated the evolutionary history of the domesticated apple (Malus domestica) as well as those of its wild relatives. Using new population genetic approaches (approximate Bayesian computation) with microsatellites and nuclear sequences, this thesis aimed at unravelling, at different evolutionary scales (phylogeography, speciation, domestication), the natural and artificial diversification processes at play in the Malus genus. My research focused on the four wild apple species distributed across Eurasia (Malus orientalis (Caucasus), Malus sieversii (Central Asia), Malus sylvestris (Europe), and Malus baccata (Siberia)) and on the single domesticated apple species in the genus, Malus domestica. This thesis was divided into four parts: (i) domestication history of the cultivated apple, from its origin in Central Asia to Europe, (ii) post-glacial recolonization history of the European crabapple (M. sylvestris), (iii) the history of speciation among the five Malus species, (iv) crop-to-wild gene flow and dispersal capacities of the closest wild relative species (M. sylvestris, M. sieversii and M. orientalis). By investigating artificial diversification, we evidenced unique processes of domestication in this fruit tree, with no bottleneck and with extensive post-domestication introgressions by another wild species (M. sylvestris) than the ancestral progenitor (M. sieversii). Natural diversification patterns (phylogeography, speciation and population structure) revealed large effective population sizes, high dispersal capacities and weak spatial genetic structures. This thesis also revealed high levels of interspecific hybridizations, particularly high level of crop-to-wild gene flow in Europe and Central Asia. This study extended our knowledge about population structures for wild species that contributed to the cultivated apple genome, as well as the extent of hybridization rates. This work is essential for the conservation of wild apple populations, the integrity maintenance of wild species facing fragmentation and future breeding programs concerning the domesticated apple.