Diversité génétique, adaptation de Pterocarpus - Agritrop

Diversité génétique, adaptation de Pterocarpus officinalis Jacq. et de ses symbiotes dans des forêts marécageuses de la
région Caraïbe
RESUME : Les flux de gène, la différenciation et la structuration de huit populations insulaires (1 en Dominique, 1 en Martinique, 2 à
Porto Rico et 4 en Guadeloupe) et d’une population continentale (1 en Guyane française) de P. officinalis ont été analysés à l’aide
de six marqueurs microsatellites nucléaires développés et sélectionnés pour leur polymorphisme (4 à 20 allèles/locus), et de trois
marqueurs microsatellites chloroplastiques identifiés à partir d’amorces universelles. Comme on pouvait s’y attendre, la diversité en
milieu insulaire est globalement plus faible que sur le continent. Les indices de fixation varient de Fis = -0.043 à Fis = 0.368. La forte
structuration des populations, observée aussi bien avec les marqueurs chloroplastiques, que nucléaires, respectivement Fstcp= 0,58
et Fstnuc= 0,29, serait à relier à un faible taux de migrants. La distribution des chlorotypes peut être envisagée par la dissémination
des gènes, favorable aux graines (Rp/g= 2,18). La capacité germinative des graines est maintenue après un séjour prolongé dans
l’eau douce ou en moindre mesure dans l’eau de mer.
Toutes les souches bactériennes isolées de nodules des différentes populations de P. officinalis appartiennent au genre
Bradyrhizobium. L’analyse phylogénétique des Bradyrhizobium par séquençage de l’ITS montre d’une part, un groupe
monophylétique contenant la grande majorité des souches insulaires très proches d’une souche de Bradyrhizobium sp. V d’Afrique
de l’Ouest et, d’autre part, deux groupes paraphylétiques comprenant les souches de Guyane française, mais aussi certaines
souches de Porto Rico. La diversité bactérienne au niveau insulaire est plus faible que celle de la Guyane française.
En forêt marécageuse (Belle Plaine, Guadeloupe), le potentiel mycorhizien des sols et le taux de colonisation des racines de P.
officinalis diminuent le long du gradient de salinité. L’absence de spores ne permet pas d’identifier les champignons mycorhiziens à
arbuscules. Des études expérimentales montrent que Glomus intraradices a remarquablement stimulé la croissance et la nutrition
phosphatée de P. officinalis grâce à la formation de racines adventives, d’aérenchymes et de lenticelles sur la partie submergée de
ses tiges en milieu inondé. L’inondation a également induit la formation de nodules de tige et de mycorhizes à arbuscules sur les
racines adventives de P. officinalis.
Genetic diversity, adaptation of Pterocarpus officinalis Jacq. and its symbiontes in swamp forests within Caribbean region
ABSTRACT: Gene flow, genetic diversity and structure of eight insular Caribbean populations (one from Dominica, one from
Martinique, two from Puerto Rico and four from Guadeloupe) and one Continental population (one from French Guyana) of P.
officinalis were analysed using six nuclear microsatellite loci, displaying a number of alleles ranging from 4 to 20, designed
specifically for P. officinalis, and three universal chloroplast probes to genotype individuals. Like that was expected, insular
populations showed a lower diversity than continental population. Fixation index ranged from Fis =-0.043 to Fis =0.368. Strong
population structuration was observed with both chloroplastic and nuclear markers (respectively Fstcp= 0.58 and Fstnuc= 0.29), could
be linked to a lower migrant rate. Chlorotype distribution could be favored by a seed gene flow (Rp/s= 2.18). Seeds are able to
germinate after floating in fresh water or in sea water in the least.
All the strains isolated from nodules of the different populations of P. officinalis belonged to the phylogenetic group of
Bradyrhizobium. Phylogenetic analysis of the ITS rDNA gene sequences from Bradyrhizobium strains also showed three groups,
one monophyletic group including all the insular strains together with the Bradyrhizobium sp. V from West Africa, and two
paraphyletic groups including all continental strains and some Puerto Rican strains. However, insular Bradyrhizobium strains showed
a lower diversity than those from French Guyana.
The mycorrhizal soil infectivity (MPN values) and AM colonization of P. officinalis decreased along the salinity gradient in swamp
forest (Belle Plaine, Guadeloupe). We did not identify arbuscular mycorrhizal (AM) fungi of P. officinalis, because no spores were
found in soil cores collected within swamp forest. Glomus intraradices contributed noteworthy to the improving of growth and P
acquisition in Pterocarpus seedlings due to the development of adventitious roots, aerenchyma tissue and hypertrophied lenticels on
the submerged part of the stem in flooding. We report here the novel occurrence of nodules connected vascularly to the stem as well
as nodule and arbuscular mycorrhizas on adventitious roots of P. officinalis seedlings.
MOTS CLES: Biologie des populations, microsatellites nucléaire et chloroplastique, ITS, Bradyrhizobium, mycorhizes à arbuscules,
Glomus intraradices, salinité, inondation.

THESE
Pour obtenir le grade de
DOCTEUR DE l’UNIVERSITE DES ANTILLES ET DE LA GUYANE
Discipline : Sciences de la vie
Spécialités : Physiologie végétale et biologie des populations
TITRE
Diversité génétique, adaptation de Pterocarpus
officinalis Jacq. et de ses symbiotes dans des
forêts marécageuses de la région Caraïbe
Présentée et soutenue publiquement le 08 décembre 2006
Par
Félix MULLER
Devant le jury composé de :
Mme Joëlle RONFORT Directeur de Recherche, INRA, Montpellier Rapporteur
M. Sergio Miana de FARIA Chercheur HDR, CNPAD/EMBRAPA, Brésil Rapporteur
M. Jean-Marc BOUVET Chercheur, CIRAD, Montpellier Examinateur
M. Bernard DREYFUS Directeur de Recherche, IRD, Montpellier Examinateur
M. Harry OZIER-LAFONTAINE Directeur de recherche, INRA, Guadeloupe Examinateur
M. Christian PLENCHETTE Directeur de Recherche, INRA, Dijon Examinateur
M. Amadou BÂ Professeur, Université Antilles-Guyane Directeur de thèse

A mes Parents
A ma famille
A mes amis

Remerciements
Quatre années ont eu le temps de défiler depuis que j’ai quitté l’Université de Strasbourg,
un DEA de biologie moléculaire en poche et une profonde envie de découverte. Ces
quatre années seront marquées à jamais dans ma mémoire, tant par ce que j’y ai appris
et de découvert que pour les personnes croisées en chemin. Avant d’entreprendre cette
thèse, les milieux tropicaux n’étaient pour moi que fantasmes. Ce sont maintenant, à mes
yeux des lieux de fascination, d’une rare beauté, exubérants de richesses tant naturelles
que culturelles, et dont la préservation paraît primordiale afin que de nombreuses
générations puissent elles aussi s’en ébahir.
Je tiens tout d’abord à remercier le directeur de cette thèse, le professeur Amadou Bâ,
pour m’avoir offert l’opportunité de cette aventure, pour sa confiance et son soutien au
cours des quatre années passées sous sa tutelle, mais aussi de m’avoir donné la chance
de m’initier à l’enseignement. Je tiens également à le remercier pour ses conseils, son
implication dans le suivi de ce travail et au cours de la rédaction de ce mémoire qui ne fut
pas toujours dépourvu de difficultés.
Je souhaite remercier M. Jean-Marc Bouvet d’avoir co-dirigé ce travail de thèse, pour
m’avoir communiqué avec patience sa passion pour la génétique des populations des
végétaux en milieu insulaire et pour sa rigueur et son dévouement à m’offrir des
conditions de travail optimales tout au long de cette thèse. Je souhaite aussi le remercier
pour sa disponibilité à toute épreuve, ainsi que pour ses petites visites joviales et
journalières au bureau « des thésards ».
Je tiens à remercier Mme Joelle Ronfort, et M. Sergio de Faria pour avoir accepté de
juger ce travail, ainsi que M. Bernard Dreyfus, M. Harry Ozier-Lafontaine et M. Christian
Plenchette d’avoir bien voulu faire partie du jury de thèse.
Je souhaite remercier vivement le conseil régional de la Guadeloupe de m’avoir fait
confiance en m’octroyant une bourse régionale, la direction scientifique du CIRAD et le
Ministère de l’Environnement et du Développement durable (projet ECOFOR) pour
m’avoir permis de réaliser ma thèse dans de bonnes conditions matérielles et financières.

Je tiens à remercier toutes les personnes du LSTM en commençant par M. Bernard
Dreyfus qui a bien voulu m’accueillir au sein de son laboratoire, Gilles Béna, pour son
encadrement lors de l’étude de diversité bactérienne, pour sa disponibilité à répondre aux
questions mêmes les plus stupides et sa patience, le tout finement saupoudré d’un tact
digne des plus grands diplomates, pour son amitié, et j’espère que nous aurons encore le
plaisir d’offrir en sacrifice un citron vert au ciel étoilé des Antilles, Christine Leroux pour
toute l’aide qu’elle m’a apportée tant sur le terrain qu’au laboratoire, ses conseils, mais
aussi pour sa gentillesse et sa douceur quotidienne, Yves Prin pour son art de dénouer
les problèmes administratifs, son aide technique, et ses visites toujours sympathiques,
Eric Giraud pour m’avoir initié à la PFGE, mais aussi pour ses conseils péruviens, Lionel
Moulin pour ses informations, et autres publications de derrière les fagots, mon
homologue alsacien Philippe de Lajudie pour ses connaissances en matière de bactéries,
Nathalie Pujet pour son aide et sa sympathie. Je souhaite faire une « spéciale dédicace »
à toutes ses personnes que j’ai eu plaisir à côtoyer lors de mon passage au LSTM,
Fabienne Cartieaux, Jean-Christophe Avarre, Marc Ducousso, Antoine Galiana, Joel
Fardoux, Laure Hannibal, Brigitte Brunel, Joël Fardoux, Odile Dommergues, Jean-claude
Cleyet-Marel, Pierre Beunard, Philippe Jourand, Alba Zaremski, Clemence Chantreuil.
Ainsi qu’aux thésards et autres stagiaires, dont mes amis Xavier Bailly, Abdala Gamby
Diedhiou, et Cécile Rangin, mais aussi à Taïna Rivière, Chahinez Merabet, Sophie
Mantelin, Rado Rasolo, Marianne Jabert, Laurie Vuillet, Marièle Larchet, Frédéric Zakia,
Nicolas Perrier aujourd’hui disparu.
Merci à tous les membres de l’équipe de Génétique Forestière du CIRAD, en particulier à
Alexandre Vaillant pour son aide, sa sympathie, Mireille Poitel pour ses conseils et sa
bonne humeur, Roselyne Lannes pour son aide plus qu’indispensable, Daniel Verhaegen,
Jean-Marc Gion, Gilles Chaix et Olivier Monteuuis. Je tiens à remercier tout
particulièrement Marie Voccia qui a travaillé près de six mois sur la génétique du
Pterocarpus dans le cadre d’un stage de licence. J’ai une pensée particulière pour mes
collègues thésards et autres stagiaires croisés au CIRAD-forêt, en particulier pour ma
collègue de bureau Lorraine Bottin, mais aussi Inza Fofana, et Loïc Lecunff du CIRAD-
biotrop.
Je souhaite remercier les membres du Laboratoire de Biologie et de Physiologie
végétales de l’UAG pour ces bons moments passés à leur côté, Daniel Imbert, Maguy
Dulormme, Isabelle Boulogne, Laurent Laquitaine, Jean-Marie Flower mais aussi aux
thésards de L’UAG, Yann Frejaville, Pedro Reniery Portillo Osorto, Dorothée Kopp, Jean-