Study of the genetic diversity and structure of the genome of vanilla plants cultivated in French Polynesia

Etude de la diversité génétique et de la structure du génome des vanilliers cultivés en Polynésie française

• Auteur / Autrice : Sandra Lepers
• Direction : Michel Dron
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences biologiques. Sciences du végétal
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Orchidées

Aneuploïdie

Polyploïdie

Hybridation in situ

Biodiversité

Mots clés libres

Vanilla tahitensis

Cartographie génétique

Aflp

Résumé

Le vanillier a été importé en Polynésie française au XIXème siècle et multiplié par voie végétative mais les plants cultivés aujourd'hui sont différents des vanilliers supposés avoir été introduits (Vanilla planifolia G. Jacskon, Vanilla pompona Schiede). Dans le cadre du développement de la culture de la vanille en Polynésie et notamment la mise en place d'une Appellation d'Origine « Vanille de Tahiti» il est devenu primordial de définir l'origine du vanillier tahitien et de déterminer si la diversité morphologique observée est liée à une diversité génétique et quels ont pu être les mécanismes ayant conduit à cette diversité. Ces questions sont également indispensables pour la mise en place d'un programme d'amélioration du vanillier. Les données historiques et la comparaison de marqueurs génétiques ITS et AFLP indiquent que le vanillier tahitien Vanilla tahitensis J. W. Moore est d'origine hybride et que son parent maternel est Vanilla planifolia. Le second parent n'a pas pu être déterminé mais semble proche de l'espèce Vanilla odorata Presl. Tout comme son parent maternel, et malgré son origine hybride, Vanilla tahitensis présente des anomalies cytogénétiques : une forte aneuploïdie ainsi qu'une endoreduplication partielle et progressive. Toutefois les comptages chromosomiques dans les grains de pollen suggèrent un retour à une euploïdie au niveau de la formation des gamètes impliquant des processus de régulation complexes chez le vanillier. La cytométrie en flux et les comptages chromosomiques ont mis en évidence des trois degrés de ploïdie parmi les différentes formes collectées dans les plantations traditionnelles : des formes diploïdes ('Tahiti', 'Rea rea', 'Parahurahu', 'Oviri'), triploïdes stériles et tétraploïdes ('Haapape', 'Tahiti long'). La comparaison des marqueurs AFLP et la carte génétique du morphotype le plus cultivé 'Tahiti' suggèrent que tous les morphotypes diploïdes sont issus d'autofécondations de 'Tahiti'. Le second type le plus cultivé et tétraploïde, 'Haapape', résulterait d'endoreduplication du type 'Tahiti' et les autres morphotypes tétraploïdes, d'autofécondations du type 'Haapape'. Ces études permettront de débuter un programme d'amélioration du vanillier tout en donnant des éléments pour mettre en place une protection des vanilliers tahitiens déjà existants. Ces résultats permettront à court et à moyen termes d'aider les agriculteurs polynésiens à développer la culture de la vanille dans un contexte durable.

Vanilla was introduced in French Polynesia during the nineteenth century and has been propagated using vegetative reproduction, however today tahitian vanilla plants are different from vanilla plants supposed to have been introduced (Vanilla planifolia G. Jacskon, Vanilla pompona Schiede). With the French polynesian project to renew the tahitian vanilla production and with the implementation of an «Appellation d'origine Vanille de Tahiti» a marketing and quality control project, the tahitian vanilla origin has to be investigated. It is necessary to determine whether observed morphological diversity is related to genetic diversity and to elucidate processes which have lead to this diversity. These points are also necessary to further vanilla plant breeding. Historical reports and comparisons of ITS and AFLP markers between Vanilla species suggest that tahitian vanilla Vanilla tahitensis J. W. Moore is of hybrid origin and that its maternal parent is Vanilla planifolia. The second parent has not been found but seems to be closely related to the Vanilla odorata Presl. Species. As for its maternaI parent, and despite its hybrid origin, Vanilla tahitensis exhibits cytogenetical abnormalities: strong aneuploidy and progressive partial endoreduplication. However the pollen grain observations indicate a return to euploid chromosome number, indicating a complex regulation process. Flow cytometry and chromosome counts revealed three ploidy levels among the different morphotypes collected in traditional plantations: diploid ('Tahiti', 'Rea rea', 'Parahurahu', 'Oviri'), triploid ('sterile') and tetraploid ('Haapape', 'Tahiti long'). Comparing AFLP markers between tahitian vanilla accessions and the genetic linkage map of the most widely cultivated type 'Tahiti' suggest that all diploid types result from autopollination of the 'Tahiti' type. The second most cultivated type 'Haapape', which is tetraploid, should result from endoreduplication of the 'Tahiti' type and the other tetraploid types, and may result from autopollination of 'Haapape'. These results will allow the begining of a tahitian vanilla breeding program, while providing information to establish the protection of tahitian vanilla varieties. These results will permit a short-term and a mean-term assistance to tahitian growers in the sustainable development of vanilla.