Diversité de Vanilla planifolia G. Jackson dans l'Océan Indien et de ses espèces apparentées : aspects génétiques, cytogénétiques et épigénétiques

The cultivated species Vanilla planifolia G. Jackson is a typical example of a vegetatively propagated crop introduced from its area of origin (America) to new regions where natural pollinators are absent. In these conditions how can be explained the phenotypic variations observed among Vanilla cultivars in introduction areas such as Reunion Island (Indian Ocean)? These could be the result of different introduction events, somatic mutations, sexual reproduction (through manual pollination), polyploidy or epigenetics phenomena. AFLP markers were used to elucidate the patterns of introduction of V. planifolia and showed that most of the accessions cultivated today in the islands of the Indian Ocean derive from a single introduced genotype. Except for one particular phenotype ‘Aiguille' found in Reunion Island, which results from sexual reproduction, cultivated accessions exhibit very low levels of genetic diversity and have evolved by the accumulation of point mutations through vegetative multiplication. A similar pattern of diversification was revealed for V. tahitensis J.W. Moore, a species cultivated in Polynesia, which was suggested to derive from V. planifolia. The comparative analysis of the levels of diversity in related spontaneous American species revealed low for V. bahiana Hoehne to high levels for V. pompona Schiede, correlated with the extent of their area of natural dispersion and confirmed a combined vegetative/sexual reproduction for these species. These results were confirmed by the microsatellite markers developed from V. planifolia. These markers, transferable and polymorphic across some other wild American, African and Asian species, revealed consistent relationships between species, together with a strong pattern of Old World vs New World differentiation in the genus. These microsatellites will be very useful for diversity, hybridization and phylogeographic studies in the genus Vanilla. Flow cytometry, microdensitometry, chromosome counts and stomatal length showed that polyploidization is actively involved in the diversification of V. planifolia in Reunion Island. Three ploidy levels (2x, 3x, 4x) were revealed that allowed to explain the features of the ‘Stérile' type which is auto-triploid and of the ‘Grosse Vanille' type, auto-tetraploid. V. pompona could be an ancient tetraploid which might have evolved through chromosome fusions as well as genome downsizing. The strong variation in nuclear DNA content and high frequency of aneuploidy in all other Vanilla species studied, obviously showed that polyploidization is a major and recurrent phenomenon in the evolution of Vanilla genus.DNA methylation was revealed in V. planifolia, however no methylation polymorphism was found which could explain the phenotypic variability of the types ‘Variegata' and ‘Mexique'. Their origin therefore remains to be elucidated.As many tropical species introduced for cultivation, vanilla displays a narrow genetic basis which makes it vulnerable to diseases. For a plant of economic importance such as vanilla, the increase of the genetic variability and the search for new agronomic and organoleptic potentialities are major targets for research. Vanilla is a model of choice to study domestication consequences through vegetative propagation as well as to elucidate evolutionary history of the largest plant family: orchidaceae.L'espèce cultivée Vanilla planifolia G. Jackson est un exemple typique de plante cultivée à reproduction végétative introduite depuis son aire d'origine (l'Amérique) vers de nouvelles régions où ses pollinisateurs naturels sont absents. Dans ces conditions, comment peuvent être expliquées les variations phénotypiques observées parmi les cultivars de Vanilla dans les zones d'introduction telles que l'île de La Réunion (Océan Indien) ? Elles peuvent être le résultat de différents évènements d'introduction, de mutations somatiques, de la reproduction sexuée (à travers la pollinisation manuelle), de la polyploïdie ou de phénomènes épigénétiques.Les marqueurs AFLP ont été utilisés pour élucider les schémas d'introduction de V. planifolia et ils montrent que la plupart des accessions cultivées de nos jours dans les îles de l'Océan Indien dérivent d'un seul génotype introduit. A l'exception d'un phénotype particulier, ‘Aiguille' découvert à La Réunion et issu de reproduction sexuée, les accessions cultivées présentent de très faibles niveaux de diversité génétique et ont évolué grâce à l'accumulation de mutations ponctuelles à travers la multiplication végétative. Un schéma de diversification similaire a été révélé pour V. tahitensis J.W. Moore, espèce cultivée en Polynésie dérivant vraisemblablement de V. planifolia. L'analyse comparative des niveaux de diversité chez des espèces spontanées américaines génétiquement proches a révélé des niveaux faible pour V. bahiana Hoehne et élevé pour V. pompona Schiede, corrélés avec l'étendue de leur aire naturelle de dispersion et a confirmé l'existence d'un régime mixte de reproduction chez ses espèces (sexuée et végétative). Ces résultats sont confirmés par les marqueurs microsatellites développés chez V. planifolia. Les marqueurs transférables et polymorphes aux espèces sauvages américaines, africaines et asiatiques ont révélé une différenciation robuste des espèces, ainsi qu'une forte dichotomie du genre entre Ancien Monde et Nouveau Monde. Ces microsatellites seront très utiles pour les études de diversité, d'hybridation et de phylogéographie dans le genre Vanilla.La cytométrie en flux, la microdensitométrie, les comptages chromosomiques et les longueurs de stomates ont montré que la polyploïdisation a joué un rôle important dans la diversification de V. planifolia à la Réunion. Trois niveaux de ploïdie (2x, 3x, 4x) ont été révélés permettant d'expliquer les particularités des phénotypes réunionnais ‘Stérile' auto-triploïde et ‘Grosse Vanille' auto-tétraploïde. V. pompona possède les caractéristiques d'un ancien tétraploïde ayant évolué soit par fusions de chromosomes soit par contraction génomique. La forte variation de la quantité d'ADN nucléaire et la fréquence élevée de l'aneuploïdie chez toutes les espèces de Vanilla étudiées, montrent de toute évidence que la polyploïdisation est un phénomène majeur et récurrent dans l'évolution du genre.Il existe de la méthylation dans le génome de V. planifolia mais aucun polymorphisme de méthylation n'a permis d'expliquer les particularités des phénotypes ‘Variegata' et ‘Mexique'. L'origine de ces particularités doit être recherchée par ailleurs.Comme beaucoup d'autres espèces tropicales introduites pour leur culture, le vanillier possède donc une base génétique très restreinte qui le rend vulnérable aux maladies. Chez une plante d'importance économique comme le vanillier, l'accroissement de la variabilité génétique et l'apport de nouvelles potentialités agronomiques et organoleptiques sont donc des enjeux majeurs pour la recherche. Le vanillier est d'autre part un modèle de choix pour étudier les conséquences de la domestication (à travers la reproduction végétative) mais également pour élucider l'histoire évolutive de la plus grande famille de plantes : les orchidées

Diversité de Vanilla planifolia G. Jackson dans l'océan Indien et de ses espèces apparentées (aspects génétiques, cytogénétiques, cytogénétiques et épigénétiques)

Des variations phénotypiques sont observées parmis les cultivars "Classique" de V. planifolia à La Réunion, en condition de reproduction végétative prédominante et en l'absence de pollinisateurs naturels. Ces accessions dérivent d'un évènement d'introduction unique et présentent de faibles niveaux de diversité génétique associés à une accumulation de mutations ponctuelles. L'intervention rare de la reproduction sexuée a cependant permis l'apparition du type "Aiguille". Par ailleurs, la polyploïdie permet d'expliquer la morphologie des types "Stérile", auto-triploïdes et "grosse vanille", auto-tétraploïdes. Aucun polymorphisme de méthylation n'a permis d'expliquer l'apparition des types "Variegata" et "Mexique". La polyploïdisation et l'hybridation sont des phénomènes majeurs dans l'évolution du genre Vanilla qui devront à l'avenir être exploités pour accroître la variabilité génétique des espèces cultivées et pour apporter de nouvelles potentialités agronomiques et aoganoleptiques.Morphological variations are observed among "Classique" V. planifolia cultivars in Reunion Island, under predominant vegetative reproduction conditions and in the absence of natural pollinators. These accessions derive from a single introduction event and exhibit low levels of genetic diversity associated with the accumulation of point mutations. However, the rare occurrence of sexual reproduction led to the apparition of the "Aiguille" type. Furthermore, polyploidy allows to explain the morphology of the "Stérile" types which are auto-triploids and of the "Grosse Vanille" types, auto-tetraploids. No methylation polymorphism was found which could explain the apparition of the types "Variegata" and "Mexique". Polyploidization and hybridization are major phenomena in the evolution of Vanille genus and they should be exploited in the future to increase the genetic variability of cultivated species and to bring new agronomic and organoleptic potentialities.SAINT DENIS/REUNION-Droit Lettre (974112101) / SudocSudocFranceReunionFRR

Biodiversity and evolution in the Vanilla genus

International audienceSince the publication of the first vanilla book by Bouriquet (1954c) and the more recent review on vanilla biodiversity (Bory et al., 2008b), there has been a world regain of interest for this genus, as witnessed by the recently published vanilla books (Cameron, 2011a; Havkin-Frenkel & Belanger, 2011; Odoux & Grisoni, 2010). A large amount of new data regarding the genus biodiversity and its evolution has also been obtained. These will be reviewed in the present paper and new data will also be presented. (Résumé d'auteur

Biodiversity and preservation of Vanilla : Present state of knowledge

International audienceThe genus Vanilla belongs to the Orchidaceae family and Vanilla planifolia, probably endemic from tropical forests in Eastern Mexico, is the main source for commercial vanilla. There has recently been an important number of publications covering Vanilla taxonomy, particularly using molecular genetics, but the taxonomy of the genus is still unclear and numerous synonyms remain. Recent studies showed that inter-specific hybridization and perhaps even polyploidization played an important role in the evolution of the genus. There has also been an important increase in the knowledge of the genetic diversity and reproductive biology of V. planifolia in natural conditions, showing that mating system diversity exists in Vanilla and that this genus could be a good model to study the role of fragrance in orchid evolution. Recent studies on the genetic consequences of V. planifolia domestication are also presented and raise major scientific questions regarding the origin of phenotypic diversity in a vegetatively propagated crop. Finally, all these studies have demonstrated the urgent need for preservation of the genetic resources of V. planifolia (primary and secondary gene pools, and cultivated resources) and current conservation efforts are presented. (Résumé d'auteur

Diversité génétique et cytogénétique des vanilliers [Texte intégral]

International audienceDans la famille des Orchidaceae, le genre Vanilla comprend environ 110 espèces dont 18 à 35 sont aromatiques. Deux espèces aromatiques sont principalement cultivées et commercialisées: V. planifolia G. Jackson syn. V. fragrans (Salisb.) Ames et V. tahitensis J.W. Moore. Le Sud-Est du Mexique est la plus ancienne zone de culture connue de V. planifolia et est supposé être sa zone d'origine. V. planifolia a ensuite été dispersée vers les Antilles et les îles de l'Océan Indien et du Pacifique. V. tahitensis est cultivée quant à elle essentiellement dans l¿Océan Pacifique et son origine reste controversée. Le matériel végétal utilisé en culture présente une variabilité phénotypique inter et intra-spécifique importante. Des variétés sont identifiées par les producteurs de V. planifolia au Mexique et à La Réunion, tout comme chez V. tahitensis en Polynésie. Cette diversité phénotypique observée s¿est créée à partir d¿une base génétique étroite La vanille étant propagée essentiellement par voie végétative, les possibilités de recombinaison sexuée sont rares et l¿origine et l¿évolution de la variabilité sont inconnues. Comment se structure la diversité inter-spécifique ? Comment se situe la diversité intra-spécifique de V. planifolia à la Réunion et dans l'Océan Indien par rapport à sa diversité dans sa zone d'origine, le Mexique, et par rapport à la diversité d¿autres espèces (cultivées ou spontanées) ? Quelle est l¿origine de la diversité phénotypique observée à la Réunion chez V. planifolia ? C¿est pour répondre à ces questions qu¿une importante collection de vanilliers cultivés et apparentés a été rassemblée à La Réunion. Nous présentons ici deux approches utilisées pour son étude: une approche génétique par le biais de marqueurs nucléaires (AFLP (Amplification Fragment Length Polymorphism) et SSR (Simple Sequence Repeats), et une approche cytogénétique (cytométrie de flux, microdensitométrie et comptages chromosomiques). L¿analyse de la diversité génétique par AFLP a permis de distinguer aisément les quatre espèces américaines étudiées. V. pompona Schiede est l¿espèce présentant la plus grande diversité génétique, ce qui peut être expliqué par un régime mixte de reproduction (végétative et sexuée) et une large aire de répartition. A contrario, l¿espèce V. bahiana Hoehne spontanée au Brésil, mais présentant une aire de distribution restreinte, présente un niveau de diversité génétique plus faible. Il existe une grande homogénéité génétique intra-spécifique pour les espèces cultivées V. planifolia et V. tahitensis, directement corrélée avec leur mode de reproduction végétative, qui n¿explique pas toutes les variations morphologiques observées entre les différents types morphologiques de ces espèces. La combinaison des marqueurs AFLP et microsatellites a par ailleurs mis en évidence l¿occurrence d¿événements d¿hybridation naturelle entre les espèces américaines. En ce qui concerne la variation morphologique observée à la Réunion, une faible partie correspond à une diversité génétique réelle et pour le cas de la variété «Aiguille», a pu révéler une intervention rare de la reproduction sexuée. De nombreuses mutations ponctuelles aléatoires ont été également été mises en évidence mais elles ne permettent pas d¿expliquer la variation morphologique observée et n¿ont pu être reliées aux phénotypes reconnus. En revanche, l¿analyse cytogénétique a mis en évidence trois niveaux de ploïdie différents (2x, 3x, 4x) chez V. planifolia à la Réunion, parfaitement corrélés avec les variations morphologiques (tailles des stomates et forme des feuilles). Des variations de tailles de génome ont aussi été révélées chez les autres espèces de Vanilla étudiées. Ces phénomènes d¿auto-polyploïdisation, supposés récents et d¿origine somatique, jouent donc un rôle majeur dans l¿évolution des vanilliers cultivés, et possiblement dans l¿évolution u genre Vanilla. (Texte intégral