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