Reproductive biology, phylogeography and diversity of the butter tree Pentadesma butyracea Sabine, Clusiaceae: implications for its conservation in Benin

Pentadesma butyracea Sabine est l’une des quatre espèces du genre Pentadesma endémique de l’Afrique. Elle est distribuée de la Sierra Léone au Gabon dans deux grands types d’habitats :les forêts denses humides discontinues du domaine guinéo-congolais (Haute- et Basse-Guinée) et le domaine soudanien du couloir sec du Dahomey (assimilé à une barrière à l’échange de gènes et d’espèces entre les deux blocs guinéo-congolais). Dans ce dernier, l’espèce se retrouve dans des galeries forestières et occupe une place capitale dans le développement socio-économique des communautés locales en raison des multiples biens et services que procurent ses produits (alimentation, médecine et pharmacopée traditionnelle, etc.). Cependant, des pressions d’origines multiples, telles que le ramassage des graines pour fabriquer du beurre, la fragmentation de l’habitat et sa destruction en faveur du maraîchage, les pratiques culturales inadaptées, les incendies, font peser de lourdes menaces sur l’espèce.Le but de ce travail est d’acquérir les connaissances requises pour la conservation et la gestion durable des ressources génétiques de l’espèce. Trois objectifs ont été définis :(i) étudier la phylogéographie de l’espèce, (ii) étudier sa variabilité morphologique et génétique au Bénin et (iii) caractériser sa biologie de reproduction. En amont de ces travaux, nous avons développé onze marqueurs microsatellites nucléaires chez P. butyracea (chapitre 2). Ils ont été utilisés pour l’étude de la phylogéographie et la diversité génétique de P. butyracea (chapitres 3 et 5), ainsi que pour étudier la dépression de consanguinité et les paramètres de son système de reproduction (chapitre 7).La caractérisation de la répartition spatiale des lignées génétiques de régions intergéniques de l’ADN chloroplastique et de l’ADN ribosomal (ITS) a détecté deux lignées génétiques allopatriques entre le Haut et le Bas-Guinéen, indiquant une forte différenciation génétique et un signal phylogéographique. L’analyse des microsatellites détecte trois pools géniques correspondant aux trois régions étudiées (Haute Guinée, Dahomey Gap et Basse Guinée). La diversité génétique est faible dans le Dahomey Gap, modérée dans le Haut-Guinéen et élevée dans le Bas-Guinéen. Ces résultats indiquent une séparation très ancienne des populations d’Afrique centrale et d’Afrique de l’ouest, alors que celles du Dahomey Gap pourraient résulter des forêts denses humides de l’Afrique de l’ouest lors de la période Holocène humide africaine. Dans ce couloir sec, les populations ont subi une forte dérive génétique, potentiellement due à des évènements de fondation. Au Bénin, deux groupes éco-morphologiques ont été détectés suivant un gradient nord-sud, contrastant avec deux pools géniques présentant une distribution est-ouest. P. butyracea est une espèce auto-compatible majoritairement allogame. La corrélation de paternité est plus élevée aux niveaux intra-fruit vs. inter-fruits, et au sein d’une population de petite taille vs. de grande taille. Les principaux pollinisateurs au Bénin sont deux oiseaux (Cyanomitra verticalis, Cinnyris coccinigastrus) et trois abeilles (Apis mellifera, Meliponula togoensis, Hypotrigona sp.). La productivité totale en fruits augmente en fonction de l’âge de l’arbre et varie en fonction de l’année, atteignant un pic pour les arbres ayant un diamètre de 60-80 cm. Les graines sont récalcitrantes et ont une teneur en eau de 42.5 ± 2.9 %. L’analyse des paramètres de reproduction et de diversité génétique, associés aux facteurs écogéographiques, nous a permis de proposer un échantillon de neuf populations représentatives de la diversité à l’échelle du Bénin, dans la perspective d’une conservation in situ. Le succès de celle-ci dépendra des efforts conjugués des communautés locales, de la recherche forestière et de la définition d’un cadre législatif par le politique pour la protection des habitats. La conservation ex situ est envisagée sous forme d’un verger rassemblant diverses origines, présentant l’intérêt supplémentaire de permettre d’étudier les contributions de la diversité génétique et de la plasticité phénotypique à la variation phénotypique. / Pentadesma butyracea Sabine is one of the four species of the endemic genus Pentadesma in Africa. The species is distributed from Sierra Leone to Gabon in two major types of habitats: the discontinuous and dense Guineo-Congolian rainforests (Upper and Lower Guinea) and the Sudanian domain of the dry corridor of Dahomey (considered as a barrier to the exchange of genes and species between Upper and Lower Guinea). In the latter, the species is found in gallery forests and plays a vital role in the socio-economic livelihood of local communities due to the various resources and services that provide its products (food, medicine and traditional, etc.). However, pressure from many sources including the collection of seeds to make butter, habitat fragmentation and its destruction for market gardening, inadequate agricultural practices, fires, are serious threats to the species.The aim of this work was to acquire appropriate knowledge for the conservation and sustainable management of genetic resources of the species. Three objectives were defined (i) study the phylogeography of the species; (ii) evaluate its morphological and genetic variability in Benin; and (iii) characterize its reproductive biology. In a preliminary work, eleven nuclear microsatellite markers of P. butyracea were developed (Chapter 2). They were used for the study of phylogeography and genetic diversity of P. butyracea (chapters 3 and 5), and to study the inbreeding depression and parameters of its breeding system (Chapter 7).The characterization of the genetic lineages and their spatial distribution using intergenic regions from chloroplast DNA and ribosomal DNA (ITS) region detected two allopatric genetic lineages between Upper and Lower Guinea, indicating a high genetic differentiation and a phylogeographic signal. Microsatellite markers allowed us to detect three genepools matching with the three studied regions (Upper Guinea, Dahomey-Gap and Lower Guinea). Genetic diversity was low in the Dahomey Gap, moderate in Upper Guinea and high in Lower Guinea. These results indicate an ancient separation of populations from Central and West Africa, while those from Dahomey Gap could originate West African rainforests (Upper Guinea) during the African humid Holocene period. In this dry corridor, populations experienced high genetic drift, possibly due to founding events. In Benin, two eco-morphological groups were detected following a north-south gradient, contrasting with two gene pools presenting an east-west distribution.Pentadesma butyracea is a self-compatible, mainly allogamous species. The correlation of paternity was higher within-fruit vs. among-fruits, and in population of small size vs. large size. The main pollinators in Benin are two birds (Cyanomitra verticalis, Cinnyris coccinigastrus) and three bees (Apis mellifera, Meliponula togoensis, Hypotrigona sp.). Total productivity in fruit increases with tree age and varies yearly, reaching a peak for trees of 60-80 cm of diameter class. Seeds are recalcitrant (i.e. they cannot be conserved at low temperature), having a water content of 42.5 ± 2.9% at maturity.The analysis of reproduction and genetics parameters, associated with eco-geographic factors, enabled us to select nine populations representative of the diversity in Benin, from the perspective of in situ conservation. The success of the latter will depend on combined efforts of local communities, forest research and an adequate legislative framework for the protection of habitats. Ex situ conservation is envisaged as an orchard assembling various origins, and would have the additional advantage of allowing to study the contribution of genetic diversity and phenotypic plasticity to phenotypic variation.Doctorat en Sciences