[PDF] Caractérisation des espèces aphylles du genre Vanilla endémiques

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Université de La Réunion

École Doctorale Sciences, Technologies et Santé Unité Mixte de Recherche Peuplements végétaux et bioagresseurs en milieu tropical - UMR PVBMT

Thèse

pour l"obtention du titre de

Docteur de l"Université de La Réunion

Spécialité: Génétique

Par:AndriamihajaFelambinintsoa Cathucia

Caractérisation des espèces aphylles du genreVanillaendémiques de Madagascar en vue de leurconservation

Le15 juillet 2021

Jean-YvesDubuissonProfesseur Sorbonne Université Rapporteur AchilleRaselimananaProfesseur Université d"Antananarivo Rapporteur BakolimalalaRakouthProfesseure Université d"Antananarivo Examinatrice IsabelleFock-BastideMCF H.D.R Université de La Réunion Examinatrice Aro VonjyRamarosandratanaMCF Université d"Antananarivo Co-encadrant

MichelGrisoniChercheur CIRAD Co-encadrant

Vololoniaina H.JeannodaProfesseure Université d"Antananarivo Directrice PascaleBesseProfesseure Université de La Réunion Directrice

Université d"Antananarivo

École Doctorale Sciences de la Vie et de L"Environnement

Laboratoire de Physiologie Végétale

Thèse

pour l"obtention du titre de

Docteur de l"Université d"Antananarivo

Spécialité: Écologie et biologie des populations

Par:AndriamihajaFelambinintsoa Cathucia

Caractérisation des espèces aphylles du genreVanillaendémiques de Madagascar en vue de leurconservation

Le15 juillet 2021

Jean-YvesDubuissonProfesseur Sorbonne Université Rapporteur AchilleRaselimananaProfesseur Université d"Antananarivo Rapporteur BakolimalalaRakouthProfesseure Université d"Antananarivo Examinatrice IsabelleFock-BastideMCF H.D.R Université de La Réunion Examinatrice Aro VonjyRamarosandratanaMCF Université d"Antananarivo Co-encadrant

MichelGrisoniChercheur CIRAD Co-encadrant

Vololoniaina H.JeannodaProfesseure Université d"Antananarivo Directrice PascaleBesseProfesseure Université de La Réunion Directrice

Université de la Réunion

i ii

A ma fille

(Explorer iii iv

Remerciements

Ny firaisankina no hery

thèse a été toute

une vie avec ses aspects sociaux, économiques et scientifiques. Ainsi, je suis très reconnaissante

durant mes travaux. Pour les contributions et bienfaits que vous avez apportés durant ma thèse, je tiens à remercier particulièrement :

Toute lquipe de lUniversité de la Réunion, particulièrement Monsieur Frédéric

Miranville (Pré

École Doctorale), Monsieur Jean-Phillipe Praene Prima, Madame Béatrice Andriamaro et Monsieur Franck Molinaro (Chef de Projet

Enseignement Supérieur-École Doctorale

STS parmi lesquelles figurent Madame Jessica Vellaidon et Madame Maria Mossadaq ainsi que Toute lquipe de lUniversité dAntananarivo, représentée par Monsieur Mamy Raoul Ravelomanana (Président de lUniversité), Monsieur Pierre Ravelonandro (Vice-Président de lUniversité), Madame Lala Harivelo Ravaomanarivo (Directeur de la Recherche de koto-École Doctorale SVE), Monsieur Tendro Radanielina (Chef de Mention Biologie et Ecologie Végétales), Monsieur Mijoro Rakotoarinivo (Maître de Conférences), Madame Mihajamanana Rabenilanana Madame Veroniaina Razafitrimo (Enseignante chercheur Toute lquipe de lUMR PVBMT et du CIRAD, particulièrement Monsieur Bernard Reynaud (Directeur de laboratoire), Monsieur Stéphane Poussier (Professeur), Madame Isabelle Fock-Bastide (Maître de Conférences-HDR), Monsieur Cyril Jourda (Chercheur), Madame Carine Charron (Chercheuse), Monsieur Adrien Rieux (Chercheur), Monsieur Fréderic Chiroleu (Chercheur), Monsieur Olivier Flores (Maître de Conférences), Monsieur Mathieu Rouget (Cheront partie Madame Virginie Gache, Madame Magalie Leclair de Bellevue, Madame Chantal Terrentroy et Madame Océane Désiré, tous les collègues et amis dont principalement Mirana, Stéphanie, Véronique, Magalie, Sohini, Anziz,

Félicien, Pauline, Katia, Jéremy, Hugue, Jean Bernard, Evelyne, Séverine, Murielle, Lulu, Joel,

Hadidja, Jocelyn.

Toute lquipe de la Région Réunion

remerciements à Monsieur Jean-Yves Dubuisson,

Évolution

v

Pour avoir accepté de fig

soutenance de thèse, je témoigne toute ma gratitude à Madame Bakolimalala Rakouth,

-Bastide, Maître de

Conférences-

PVBMT.

Pour les précieux conseils et échanges lors des réunions de comité de thèse, je tiens à

a Réunion), Monsieur Mijoro Rakotoarinivo (Maître de Conférences Florent Martos (Maître de Conférences), Monsieur Jean Michel Leong Pock Tsy (Chercheur au sein du FOFIFA ex CenRaDeRu). For the excellent training I attended in 2019, I would like to thank the E2M2 team, especially Cara Brook (Researcher at the University of Berkeley) and Tanjona Ramiadantsoa (Researcher at the University of Fianarantsoa).

profonde gratitude à mes deux directrices et mes deux co-encadrants de thèse, à savoir Madame

ître

du CIRAD). Pour leur aide, leur soutien et leurs encouragements, je remercie ma petite communauté de Madagascar résidente à La Réunion : Faly, Laurencia, Miangaly, Vanessa, Misa, Zo, Myrasoa, Mahery, Océane, Paulisimone, Tsiory, Ravaka, Manitra, Mirana, Hasina, Gaelle, Jordy, Madame et Monsieur Lasserre, Rosie, Ando, Anne Sophie, Mirado.

Pour les précieux efforts que vous avez réalisés sur le terrain, mille mercis à Hoby, Mao,

Onja, Johnson.

adresse une pensée particulière à toute ma famille, plus particulièrement à Amélya, Miantsasoa, Mitsiky, Randy, Rohanne, Tommy, Antso, Haritiana, Mama, Lova et Thero, Fara et Tojo, dada, ainsi que ma famille réunionnaise Aurelane, Fabienne, Dorian, Audrey et Idrisse Lepinay. Sincèrement, merci à tous ceux qui ont contribué de près ou de loin à la réalisation de ce travail.

CathuciaUniversité de la Réunion

vi

Université de la Réunion

vii

Avant-Propos

Réunion (École

DÉcole Doctorale

Sciences de la Vie financement sous forme

Européens de Développement Régional ou FEDER, programme opérationnel européen INTERREG V- 2014/2020, convention DIRED/20171397, TIERS : 263105) pour une période

de 3 ans (Septembre 2017-Septembre 2020). La thèse a également pu bénéficier dune allocation

régionale de recherche supplémentaire de 4 mois (Octobre 2020-Janvier 2021) et dun soutien financier exceptionnel École doctorale ED-STS en 2021 pour faire face aux difficultés liées

à la pandémie Covid-19. Enfin, a

attribué une bourse de mobidilité à la doctorante pour la période de Janvier à Mai 2021.

Les études réalisées dans le cadre de cette thèse sont le fruit de collaborations entre plusieurs

entités, laboratoires de recherche et universités : (PVBMT) Université de La Réunion - à disposition tous les matériels et outils de laboratoire nécessaires pour les analyses génétiques moléculaires et participé au financement des missions de terrain. partie de la mission de terrain dans les sites de Kirindy et Kirindy Mitea dans le cadre de la participation aux conférences internationales et des missions de terrain. de terrain initiales en 2017 (AAP 2017, projet VANOI). Le laboratoire Physiologie Végétale de la Faculté des S ar qui a appuyé administrativement, logistiquement, techniquement et financièrement tous les travaux de terrain.

Le Centre de coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le développement (CIRAD) de la Réunion a octroyé des appuis financiers (AI doctorants) pour la réalisation des missions de terrain et les participations aux conférences internationales.

-Manompana (ADAFAM), gestionnaire du site Manompana. Elle a appuyé financièrement et techniquement les travaux réalisés dans le site Manompana. Université de la Réunion viii ndustrie Chanel Parfum Beauté qui a financé en partie les missions de terrain et la

Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse ont donné lieu à la publication de 2 articles

autre dans des revues internationales à comité de lecture, à

2 communications orales dans des conférences internationales, à 1 affiche sous forme de poster

scientifi

sera soumis prochainement à un journal scientifique indexé. Une présentation orale à un

séminaire scientifique a été réalisée au mois de Juin 2021, organisée

Universidad Veracruzana » du Mexique.

Publications :

Cathucia F. Andriamihaja, Aro V. Ramarosandratana, Michel Grisoni, Vololoniaina Jeannoda, Pascale Besse. " The leafless Vanilla species-complex from the South-West Indian Ocean region: a taxonomic puzzle and a model for orchid evolution and conservation research ». Diversity [Open Access]. 24 novembre 2020. Vol. 12, n°12, p. < https://doi.org/10.3390/d12120443 > Cathucia F. Andriamihaja, Aro V. Ramarosandratana, Michel Grisoni, Vololoniaina Jeannoda, Pascale Besse. " Drivers of population divergence and species differentiation in a recent group of indigenous orchids (Vanilla spp.) in Madagascar ». Ecology and https://doi.org/https://doi.org/10.1002/ece3.7224 >

Cathucia F. Andriamihaja, Alemao Botomanga, Chantal Misandeau, Aro V. Ramarosandratana, Michel Grisoni, Denis Dasilva, Vololoniaina Jeannoda, Pascale Besse. " Integrative taxonomy and phylogeny of leafless Vanilla orchids from the South

West Indian ocean region reveal two new Malagasy species ». Article soumis pour publication (Mai 2020) au Journal of Systematics and Evolution Cathucia F. Andriamihaja, Mijoro Rakotoarinivo, Aro V. Ramarosandratana, Michel Grisoni, Vololoniaina Jeannoda, Pascale Besse. " Present and future status of native leafless Vanilla species in Madagascar ». Article en préparation pour publication. Journal ciblé: Global Ecology and

Conservation.

Université de la Réunion

ix

Communications orales :

Cathucia F. Andriamihaja, Aro V. Ramarosandratana, Michel Grisoni, Vololoniaina Jeannoda, Pascale Besse. (2021). " Morphological and molecular differentiation in a recent monophyletic group of aphyllous Vanilla Species from the South West Indian ocean region: Implications for species delimitation in Madagascar ». Communication orale présentée lors du congrès international " 23rd virtual World Orchid Conference,

Taiwan ».

Cathucia F. Andriamihaja, Aro V. Ramarosandratana, Michel Grisoni, Vololoniaina Jeannoda, Pascale Besse. (2019). " Genetic structuring of aphyllous Vanilla species from southwest Indian Ocean region ». Communication orale présentée lors de la conférence internationale " 56th annual meeting of the Association for Tropical Biology and

Conservation » ou ATBC, Madagascar.

Cathucia F. Andriamihaja, Aro V. Ramarosandratana, Michel Grisoni, Vololoniaina Jeannoda, Pascale Besse. (2021). " Genetics and conservation of endemic species: the case of leafless species of the genus Vanilla endemics to Madagascar ». Communication orale présentée lors du séminaire en ligne organisé par

Veracruzana », Mexique.

Posters scientifiques :

Cathucia F. Andriamihaja, Aro V. Ramarosandratana, Michel Grisoni, Vololoniaina Jeannoda, Pascale Besse. (2019). Diversity of aphyllous Vanilla species in the south- west Indian Ocean region: a challenge for orchid taxonomy, evolution and conservation

research. Poster présenté lors de la conférence internationale " 3rd International

Conference on Island Biology », Ile de la Réunion. Cathucia F. Andriamihaja. (2021). Characterization of leafless Vanilla species endemic to Madagascar for conservation. Poster présenté lors du séminaire des jeunes talents France 2021 L-Unesco pour les femmes et la science.

Vulgarisation :

Réunion du 27/11/2020 au 27/11/2020. Animation : secret du laboratoire.

12/11/2020 au 13/11/2020. Animation dans 8 classes de l'Ecole Iris Hoarau.

Un total de 26

réalisés et aux formations suivies par la doctorante. Université de la Réunion x LISTE DES ABRÉVIATIONS Abréviations scientifiques

ADN Acide désoxyribonucléique

AMOVA - Analysis of molecular variance

ARN Acide ribonucléique

BEAST - Bayesian Evolutionary Analysis Sampling Trees

BIC - Bayesian Information Criterion

BSC Biological species concept

CAM Crassulacean acid metabolism

cpDNA Chloroplast DNA dbRDA - Distance-based redundancy analysis with randomization

DNA- Deoxyribonucleic acid

DT - Decision-theoretic performance-based approach

EcSC - Ecological species concept

ESU - Evolutionary Significant Unit

EvSC - Evolutionary species concept

GBS - Genotyping by sequencing

GSC - Genotypic species concept

HadCM3 - Hadley Center for Coupled Model 3

HW Hardy Weinberg

HWE Hardy Weinberg equilibrium

IBA - Isolation by adaptation (isolement par adaptation) IBD Isolation by distance (isolement par la distance) IBE - Isolation by environmental factors (isolement par les facteurs environnementaux)

ISSR Inter Simple Sequence Repeat

ITS Internal Transcribed Spacer (ribosomal RNA genes)

LD Linkage desequilibrium

MANOVA - Multivariate analysis of variance

matK Maturase K gene

MCMC - Monte Carlo Markov Chain

ML - Maximum Likelihood

ML Maximum Likelihood (maximum de vraisemblance)

MMRR Multiple matrix regression with randomization

MP - Maximum Parsimony

MU Management Unit

NGS - Next generation sequencing

NJ - Neighbor-joining

PC - Principal component

PCA - Principal Component Analysis

PCR Polymerase Chain Reaction Université de la Réunion xi

PheSC - Phenetic species concept

PhySC - Phylogenetic species concept

psaB - Photosystem I P700 chlorophyll a apoprotein A2 gene psbB - Photosystem II CP47 reaction center protein gene psbC - Photosystem II CP43 reaction center protein gene

RAD-seq Restriction-site associated DNA

rbcL - Ribulose bisphosphate carboxylase large chain (RuBisCO) gene

SDM - Species distribution modelling

SNP - Single nucleotide polymorphism

SSR - Simple Sequence Repeats

TCG - Taxonomically Complex Group

Autres abréviations

BRC - Biological Resource Center

CBNF - Fédération des Conservatoires Botaniques Nationaux

CBNM Conservatoire Botanique National Mascarin

CCCM - Canadian Center for Climate Modeling and Analysis CITES - Convention on International Trade in Endangered Species CR - Critically Endangered IUCN Red List (en danger critique, liste rouge UICN)

CRB Centre de Ressources Biologiques

CSIRO - Commonwealth Scientific and 255 Industrial Research Organisation

DD - Data Deficient IUCN Red List

EN - Endangered IUCN Red List (en danger, liste rouge UICN)

EW - Extinct in the Wild IUCN Red

EX - Extinct IUCN Red List (éteinte, liste rouge UICN)

IPCC - Intergovernmental Panel on Climate Change

IUCN - International Union for Conservation of Nature LC - Least Concern IUCN Red List (préoccupation mineure, liste rouge UICN)

LGM - Last Glacial Maximum

Mya (Ma) -

MNHN -

NE - Not Assessed IUCN Red List

NT Near Threatened IUCN Red List (quasi menacée, liste rouge UICN)

SOOI - Sud-

SWIO South-West Indian ocean

UICN - Union internationale pour la conservation de la nature UMR PVBMT Unité Mixte de Recherche Peuplements Végétaux et Bioagresseurs en milieu tropical VU Vulnerable IUCN Red List (vulnérable, liste rouge UICN) WCSPF - World checklist of selected plant families

Université de la Réunion

xii

Unités

bp basepairs, (pb - paire de bases) ha - hectare, Kha - kilohectare g - gramme, ng - microgramme, mg - milligramme - microlitre, ml - millilitre m - mètre, mm millimètre, cm - centimètre, km - kilomètre M - s - seconde, min - minute, h - heure

°C - degré Celsius

Université de la Réunion

xiii

Université de la Réunion

xiv

Table des matières

......................................................................................................................... 1

1.1. La biodiversité : processus évolutifs et spéciation ......................................................... 1

Références ........................................................................................................................ 9

1.2. Etat des lieux sur la connaissance des vanilliers aphylles du Sud-

......................................................................................................................................... 15

1.3. Problématique et objectifs de recherche ...................................................................... 41

Références ...................................................................................................................... 43

........................................................................................................ 45

Réferences ...................................................................................................................... 49

....................................................................................................................... 51

2.1. Présentation et résumé du chapitre ............................................................................ 51

2.2. Drivers of population divergence and species differentiation in a recent group of

indigenous orchids (Vanilla spp.) in Madagascar ............................................................... 52

....................................................................................................................... 73

3.1. Présentation et résumé du chapitre ............................................................................ 73

3.2. Integrative taxonomy and phylogeny of leafless Vanilla orchids from the South West

Indian ocean region reveal two new Malagasy species ....................................................... 74

Introduction ......................................................................................................... 75

Materials and Methods ......................................................................................... 78

Results ................................................................................................................. 83

Discussion ............................................................................................................ 87

Acknowledgments ........................................................................................................ 100

References .................................................................................................................... 100

..................................................................................................................... 109

4.1. Présentation et résumé du chapitre .......................................................................... 109

4.2. Present and future status of native leafless Vanilla species in Madagascar ............... 110

Introduction ....................................................................................................... 111

Materials and Methods ....................................................................................... 113

Results ............................................................................................................... 119 Université de la Réunion

xv

Discussion .......................................................................................................... 128

Conclusion .......................................................................................................... 138

References .................................................................................................................... 139

..................................................................................................................... 151

............................... 152 - : une histoire encore

lacunaire ......................................................................................................................... 158

5.3. Recommandations sur la conservation des vanilliers aphylles à Madagascar ............. 162

5.4. Application des résultats .......................................................................................... 168

Références .................................................................................................................... 169

Université de la Réunion

xvi

Liste des figures

Chapitre 1

........ 3

Figure 2. Processus de spéciation et axes hypothétiques divergence génétique-morphologie .... 4

par les facteurs environnementaux (IBE) ........................................... 6

Figure 4: La biologie de la conservation et ses disciplines annexes .......................................... 8

Figure 1. (Article) Representation of the (rbcL, psaB, psbB, psbC) phylogeny of leafless Vanilla species Figure 2. (Article) World distribution of Vanilla species Figure 3. (Article) Ecology and usages of leafless Vanilla species Figure 4. (Article) Rate of natural fruit set (%) of Vanilla species Figure 5. (Article) Distribution area of the seven leafless Vanilla species from the SWIO region Figure 6. (Article) Morphological diversity of the seven leafless Vanilla species from the SWIO region Figure 7. (Article) Map showing the date (in Mya) of separation and formation of the SWOI islands Figure 8. (Article) Map of the seven ecoregions of Madagascar

Chapitre 2

Figure 1. Map of studied populations, habitat types, and distribution of leafless Vanilla species in Madagascar5 Figure 2. Floral measurements carried out on a Vanilla specimen with yellow flowers collected within the Montagne des Français58 Figure 3. Scatterplot shows linear relationship between r2 (Waples, 2006) and the product of two FST values for 21 pairs of microsatellite loci60 Figure 4. Genetic structuring and boundaries of leafless Vanilla populations from

Madagascar1

Figure 5. PCA of 26 quantitative floral morphometric characters and labellum hair qualitativequotesdbs_dbs10.pdfusesText_16

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