Diversité génétique et réponse aux contraintes du climat : une étude

COMMUNAUTÉ FRANÇAISE DE BELGIQUE
FACULTÉ UNIVERSITAIRE DES SCIENCES AGRONOMIQUES DE GEMBLOUX
Diversité génétique et réponse aux contraintes
du climat : une étude de cas à partir de la biologie
des populations de quinoa (Chenopodium quinoa Willd.)
de Bolivie
CARMEN ROSA DEL CASTILLO GUTIERREZ
Dissertation originale présentée en vue de l’obtention du grade de docteur en
sciences agronomiques et ingénierie biologique
Promoteurs : Prof. G. MAHY (Faculté Universitaire des Sciences Agronomiques de
Gembloux) et T. WINKEL (Chargé de Recherche, Institut de Recherche
pour le Développement – IRD – France)
2008

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Del Castillo G. Carmen Rosa 2008. Diversité génétique et réponse aux
contraintes du climat : une étude de cas à partir de la biologie des populations de
quinoa (Chenopodium quinoa Willd.) de Bolivie. Thèse de doctorat. Gembloux :
Faculté Universitaire des Sciences Agronomiques. 143 p., 27 tabl., 37 fig., 4
photos
Résumé
Les écosystèmes agricoles des hauts plateaux andins sont soumis à des contraintes
environnementales fortes, encore renforcées par les changements globaux actuels
(réchauffement climatique, expansion agricole, mondialisation des échanges…). Longtemps, la
diversité des pratiques agricoles, en particulier celle des espèces cultivées, a assuré le maintien
de l'agriculture dans cet environnement rigoureux et imprévisible. La tendance actuelle à
l'uniformisation agricole pose donc la question du rôle de la diversité génétique des cultures
pour la durabilité des agro-écosystèmes, notamment face aux aléas du climat. La quinoa,
culture originaire des Andes devenue récemment l'objet d'un commerce international prospère,
est exemplaire de ces questions liant diversité biologique et adaptation à un milieu changeant.
Une approche pluridisciplinaire et multi-échelle a été utilisée pour mieux comprendre les bases
génétiques et écophysiologiques de la diversité des quinoas cultivées sur l'Altiplano bolivien.
Ces travaux ont porté sur (i) la caractérisation de la diversité génétique de populations de
quinoa à l'aide de marqueurs moléculaires, (ii) la caractérisation de la variation phénotypique
intra- et inter- populations, (iii) l'étude en champ des relations entre hétérogénéité de croissance
des plantes et tolérance aux basses températures chez deux variétés de quinoa de l’Altiplano
bolivien.
Les résultats obtenus précisent le niveau de structuration écogéographique des populations de
quinoa de l'Altiplano bolivien : ces populations se différencient suivant des contrastes
climatiques régionaux, mais ne sont pas liées à des microclimats locaux. Cette absence de
spécialisation permet aux diverses populations locales de rester viables malgré l'imprévisibilité
spatiale et temporelle du climat andin. Elle repose en partie sur une forte variabilité
phénotypique intra-population, bénéfique en terme de tolérance des plantes au froid, mais dont
l'importance pour la stabilité de la production de biomasse reste à élucider.
Mots-clés : adaptation au climat – agrodiversité – Bolivie – Chenopodium quinoa –
écogéographie – génétique des populations

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Del Castillo G. Carmen Rosa 2008. Genetic diversity and responses to climatic
stresses : a case study based on the population biology of quinoa
(Chenopodium quinoa Willd.) in Bolivia. PhD Thesis, in French. Gembloux,
Belgium: Gembloux Agricultural University. 143 p., 27 tabl., 37 fig., 4 photos
Abstract
Agricultural ecosystems in Andean highlands are exposed to harsh environmental stresses, still
reinforced by the present global changes (climate warming, agricultural expansion, trade
globalization…). For long times, the diversity of agricultural practices, particularly of crop
species, allowed to maintain agriculture in this harsh and unpredictable environment. The
present trend of agricultural homogenisation call into question the role of crop genetic diversity
for the sustainability of agro-ecosystems, particularly in face of climate hazards. Quinoa, a grain
crop originating from the Andes and recently emerging in international trade, exemplifies the
debate about the relations between biological diversity and adaptation to changing conditions.
A multidisciplinary multiscale approach was used to better understand the genetic and
ecophysiological basis of the diversity of quinoa cultivated in the Bolivian Altiplano. These
studies focused on (i) the characterization of genetic diversity of quinoa populations by
molecular markers, (ii) the characterization of phenotypic variation within and among
populations, (iii) the field study of the relationships between plant growth heterogeneity and low
temperature tolerance in two quinoa varieties from the Bolivian Altiplano.
The results specify the level of ecogeographical structuration of the quinoa populations on the
Bolivian Altiplano: these populations differentiate themselves along regional climate contrasts,
but do not show relations to local microclimates. This lack of specialization allows the various
local populations to remain viable in spite of the spatially and temporally unpredictable Andean
climate. It is based partly on a high within-population phenotypical variability, beneficial for the
plant tolerance towards frost, but which significance for the stability in biomass production
remains to be clarified.
Keywords : adaptation to climate – agrodiversity – Bolivia – Chenopodium quinoa –
ecogeography – population genetics

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Del Castillo G. Carmen Rosa 2008. Diversidad genética y respuesta al estres
climático: estudio de caso basado en la biología de poblaciones de quinua
(Chenopodium quinoa Willd.) en Bolivia. Tesis doctoral, en francés. Gembloux,
Bélgica: Facultad Universitaria de Ciencias Agronómicas. 143 p., 27 tabl., 37 fig.,
4 fotos
Resumen
Los ecosistemas agrícolas de las mesetas andinas están sometidos a fuertes limitaciones
medioambientales, aún mas notorias por los cambios globales actuales (recalentamiento
climático, expansión agrícola, mundialización de los intercambios…). Por mucho tiempo, la
diversidad de las prácticas agrícolas, en particular de las especies cultivadas, garantizó el
mantenimiento de la agricultura en este medio ambiente riguroso e imprevisible. La tendencia
actual a la uniformización agrícola plantea la cuestión del papel de la diversidad genética de los
cultivos para la durabilidad de los agro-ecosistemas, en particular, frente a los riesgos
climáticos. La quinua, cultivo originario de los Andes y recientemente convertido en el objeto de
un comercio internacional próspero, es el ejemplo de estas preguntas vinculando diversidad
biológica y adaptación a un medio cambiante.
Se ha utilizado un enfoque pluridisciplinario y a multi-escala para entender mejor las bases
genéticas y ecofisiológicas de la diversidad de quinuas cultivadas sobre el Altiplano boliviano.
El trabajo se llevo a cabo bajo los siguientes estudios (i) caracterización de la diversidad
genética de poblaciones de quinua con el uso de marcadores moleculares, (ii) caracterización
de la variación fenotípica intra e inter poblaciones, (iii) estudio en campo de las relaciones entre
heterogeneidad de crecimiento de las plantas y tolerancia a las bajas temperaturas en dos
variedades de quinua del Altiplano boliviano.
Los resultados obtenidos precisan el nivel de estructuración ecogeográfica de las poblaciones
de quinua del Altiplano boliviano: estas poblaciones se diferencian según contrastes climáticos
regionales, pero no están vinculadas a microclimas locales. Esta ausencia de especialización
permite a las distintas poblaciones locales seguir siendo viables a pesar de la imprevisibilidad
espacial y temporal del clima andino. Se basa en parte en una fuerte variabilidad fenotípica
intra-población, beneficiosa en términos de tolerancia de las plantas al frío, pero cuya
importancia para la estabilidad de la producción de biomasa queda por esclarecer.
Palabras claves: adaptación al clima – agrodiversidad – Bolivia – Chenopodium quinoa –
ecogeografía – genética de poblaciones

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