Dynamique spatiale et temporelle de la diversité génétique d’une espèce rare en Afrique Centrale : baillonella toxisperma Pierre (le Moabi)

Spatial and temporal dynamics of genetic diversity of a low density tree species of Central Africa : baillonella toxisperma (Moabi)

• Auteur / Autrice : Dyana Ndiade Bourobou
• Direction : Jean-Marc Bouvet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Evolution, Ecologie, Ressources génétiques, Paléontologie
• Date : Soutenance le 08/04/2011
• Etablissement(s) : Montpellier 2
• Ecole(s) doctorale(s) : Systèmes Intégrés en Biologie, Agronomie, Géosciences, Hydrosciences, Environnement (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Diversité génétique et amélioration des espèces forestières (Montpellier)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Marc Bouvet, Agnès Mignot, Henri Caron, Jacques David
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nathalie Machon, Daniel Prat

Mots clés

Mots clés contrôlés

Environnement -- Protection

Gestion de l'environnement

Flux génique

Marqueurs biologiques

Moabi

Mots clés libres

B. toxisperma

Marqueurs microsatéllites

Régime de reproduction

Flux des gènes

Structure génétique spatiale

Conservation et Gestion durable

B. toxisperma

Microsatellite markers

Mating system

Gene flow

Conservation etSpatial genetic structure

Conservation and MConservation et Gestion durableanagement

Résumé

Si les patrons d'expression de la diversité génétique des essences forestières à distribution grégaire des forêts tropicales humides ont fait l'objet de nombreuses études, les connaissances sur les essences forestières disséminées et représentées à très faible densité à l'hectare (dites rares) restent encore embryonnaires. Ces dernières suivent elles les mêmes patrons de distribution de la diversité génétique? Quels facteurs biotiques et abiotiques régissent l'organisation spatiale et l'évolution de la diversité génétique chez ce type d'espèce ? Afin d'améliorer les connaissances sur la biologie des espèces rares, nous nous proposons au travers de marqueurs microsatellites nucléaires(nuc) et chloroplastiques(cp) (i) d'analyser le régime de reproduction chez une espèce rare (ii) d'évaluer sa capacité de dispersion des gènes via les graines et le pollen , et enfin de(iii) décrire l'organisation spatiale de la diversité génétique à fine et à large échelle. Nous avons abordé ces questions avec Baillonella toxisperma (le Moabi), une essence commerciale dite rare (1 adulte/15ha à 20 ha), à multi- usages, représentée à travers les différentes écozones du bassin du Congo. Trois résultats majeurs découlent de nos travaux : (i) En dépit d'un isolement prononcé des adultes, B. toxisperma présente un régime de reproduction allogame prépondérant (tm ≈ 98%) avec des taux réduits d'autofécondation (1 - tm < 3%) probablement favorisé par la protandrie. (ii) Comme attendu dans le cas d'arbres disséminés, l'intensité de sa structure génétique spatiale à fine échelle est faible (Spnuc = 0.003 ; Spcp = 0.015) et reflète bien les flux de gènes à longues distances mesurés via le pollen [σp = 9.8 km à 10.8 km] et les graines [σs = 4.0 km à 6.3 km], probablement dû aux disperseurs efficaces que sont la chauve-souris, l'éléphant et l'homme. A large échelle spatiale, un signal phylogéographique a été détecté entre les individus situés de part et d'autre de l'équateur thermique, notamment entre ceux du massif forestier Camerounais et du Gabon (Rst = 0.313 > Rstp = 0.115, P < 0.001). Deux sous-groupes du massif forestier gabonais qui séparent les individus des forêts côtières de l'Ouest, de ceux des forêts planitaires de l'intérieur des terre, à l'Est, ont également été détectés, et présentent une différenciation génétique modérée (FST = 0.068, P < 0.001). La divergence génétique entre ces trois groupes pourrait s'expliquer par un isolement géographique qui remonterait aux perturbations climatiques du pléistocène et de l'Holocène sur la forêt tropicale humide africaine, et qui serait encore aujourd'hui maintenu par un isolement dans la reproduction du fait d'un asynchronisme dans la période de floraison entre leurs individus. La mise en évidence de ces trois groupes génétiques suggère une répartition biogéographique de B. toxisperma dans le bassin du Congo en partie façonnée par le climat actuel et passé. Nos conclusions peuvent servir d'outils d'aide à la décision pour les programmes de conservation et d'aménagement durable de la biodiversité en Afrique centrale.

If genetic diversity patterns of gregarious rainforest forest trees are well known, few knowledges are available about low density tree species. Does those last one follow the same genetic distribution pattern? Which biotic and abiotic factors underline the spatial structure and evolution of the genetic diversity of such species? In order to improve the knowledge of the biology of such species, we have propose through nuclear microsatellite(nuc) and chlorosplastic (cp) markers to (i) analyse the reproductive system of a low density tree species, (ii) assess its dispersal capacity through seeds and pollen, and finally to (iii) describe the spatial genetic structure at a fine and large scale. We have addressed those questions with Baillonella toxisperma Pierre (commonly named Moabi), a commercial tree of many uses, known to be rare (1 ind/15ha à 20 ha) and distributed through different ecologicals areas of Congo basin. Three main results rise from our study: (i) Despite a strong isolation of the adults, B. toxisperma has a dominant allogamous reproductive system (tm ≈ 98%) with a reduce rate of self-pollination (1- tm< 3%) which is probably due to occurrence of protandry. (ii) As expected in the case of low density trees, the spatial statistic (Sp) of the fine spatial genetic structure is very low [Spnuc = 0.003 ; Spcp = 0.015]. Those reflected a very high gene flow mediated through pollen [σp = 9.8 km à 10.8 km] and seeds [σs = 4.0 km à 6.3 km], that probably mediated by efficient dispersal vectors like bats, human and elephant. At a large scale, a phylogenetic signal has been detected between individuals located in both side of the thermic equator, mainly between those from the block forest of Cameroon and Gabon [RST = 0.313 > RSTp = 0.115, P < 0.001]. Two discretes genetics units from the Gabon block forest which separate individuals of the West coastal forests from the lowland forest ones (in the inland) have also been detected and showed a moderate genetic differentiation [FST = 0.068, P < 0.001]. The genetic differentiation between these three units could be explained by a geographical isolation during past climatic disturbances in the African rainforest, occurred in the Pleistocene and Holocene, and which will be still maintained up to date by a reproductive isolation caused by flowering asynchrony periods among individuals. The occurrence of these three genetic units suggests a biogeographical repartition of B. toxisperma in the Congo basin that is mainly due to the past and current climate. Our conclusions may lead to implement conservation strategies and sustainable management programm for biodiversity in Central Africa.