Déterminants de la variation moléculaire et phénotypique d’une Santalum austrocaledonicum

Déterminants de la variation moléculaire et phénotypique d’une
espèce forestière en milieu insulaire
Cas de Santalum austrocaledonicum en Nouvelle-Calédonie
Soutenance de thèse de Lorraine BOTTIN
27 février 2006
Déterminants de la variation moléculaire et phénotypique d’une
espèce forestière en milieu insulaire
Cas de Santalum austrocaledonicum en Nouvelle-Calédonie
Introduction : les systèmes insulaires
1. Diversité et structuration génétiques sur la base de marqueurs microsatellites
2. Diversité des caractères phénotypiques
Conclusion
Perspectives de recherche
Introduction
Les systèmes insulaires: des « laboratoires évolutifs »
Écosystèmes uniques
Diversité des biotopes / taille île :  altitude
Nouvelle Calédonie, île de Grande Terre
Introduction
Les systèmes insulaires: des « laboratoires évolutifs »
Écosystèmes uniques
Diversité des biotopes / taille île :  altitude
 composition du sol
OUVEA
ILES
LOYAUTE
Origine géologique :
Grande Terre + île
des Pins: Gondwana
LIFOU
MARE
GRANDE
TERRE
ILE
DES
PINS
Îles Loyauté:
anciens volcans
ennoyés, comblés
par calcaire corallien
Introduction
Les systèmes insulaires: des « laboratoires évolutifs »
Écosystèmes uniques
Diversité des biotopes / taille île :  altitude
 composition du sol
 climat
Introduction
Les systèmes insulaires: des « laboratoires évolutifs »
Écosystèmes uniques
Diversité des biotopes / taille île.
Biocénoses adaptées aux conditions insulaires.
Exemples d’adaptation : Nanisme et gigantisme
Ex : gigantisme des graines (Carlquist, 1980)
0.5 cm
Humidité
croissante
5 cm
Introduction
Les systèmes insulaires: des « laboratoires évolutifs »
Écosystèmes uniques
Diversité des biotopes / taille île.
Biocénoses adaptées aux conditions insulaires.
Exemples d’adaptation : Nanisme et gigantisme
Ex : gigantisme des graines (Carlquist, 1980)
 Autogamie (plantes) : adaptation au manque de
pollinisateurs
Ex : Cyclamen balearicum vs Cyclamen hederifolium
Cyclamen balearicum (insulaire)
Cyclamen hederifolium
Introduction
Les systèmes insulaires: des « laboratoires évolutifs »
Écosystèmes uniques
Diversité des biotopes / taille île.
Biocénoses adaptées aux conditions insulaires.
Exemples d’adaptation : Nanisme et gigantisme
Bidens pilosa (Amérique continentale)
Ex : gigantisme des graines (Carlquist, 1980)
 Autogamie (plantes) : adaptation au manque de
pollinisateurs
Ex : Cyclamen balearicum vs Cyclamen hederifolium
 Perte des structures de dissémination et des facultés de vol
Bidens populifolia (Hawaï)
Cagou
(Nouvelle
Calédonie)
Introduction
Les systèmes insulaires: des « laboratoires évolutifs »
Écosystèmes uniques
Diversité des biotopes / taille île.
Biocénoses adaptées aux conditions insulaires.
Exemples d’adaptation : Nanisme et gigantisme :
Ex : gigantisme des graines (Carlquist, 1980)
 Autogamie (plantes) : adaptation au manque de
pollinisateurs
Ex : Cyclamen balearicum vs Cyclamen hederifolium
 Perte des structures de dissémination et des facultés de vol
Ensemble d’espèces adaptés au milieu, vulnérables face aux invasions
donc particulièrement soumis aux extinctions
Introduction
Les systèmes insulaires: des « laboratoires évolutifs »
Écosystèmes uniques
Forces évolutives particulières par rapport au continent
Sélection naturelle pour s’adapter aux écosystèmes insulaires
Statut isolé
Migration réduite
diminution / rupture du flux de gènes
1500 km
1000 km
150 km
100 km
Introduction
Les systèmes insulaires: des « laboratoires évolutifs »
Écosystèmes uniques
Forces évolutives particulières par rapport au continent
Sélection naturelle pour s’adapter aux écosystèmes insulaires
Statut isolé
Migration réduite
diminution / rupture du flux de gènes
Faible taille des populations
Faible nombre d’individus fondateurs
Phénomènes stochastiques : dérive génétique
5 km
100 km
Introduction
Les systèmes insulaires: des « laboratoires évolutifs »
Écosystèmes uniques
Forces évolutives particulières par rapport au continent
Sélection naturelle pour s’adapter aux écosystèmes insulaires
Statut isolé
Migration réduite
diminution / rupture du flux de gènes
Faible taille des populations
Faible nombre d’individus fondateurs
Phénomènes stochastiques : dérive génétique
Espèces insulaires
plus différenciées que les espèces continentales
possèdent moins de diversité
Introduction
Les systèmes insulaires: des « laboratoires évolutifs »
Écosystèmes uniques
Forces évolutives particulières par rapport au continent
Plantes insulaires : modèles pour aborder de nombreux problèmes en
biologie évolutive
Les bénéfices adaptatifs de l’autogamie et l’allogamie
Rôle des processus stochastiques, de la sélection et de la migration dans
l’évolution des espèces
Processus de spéciation
Processus d’extinction
Introduction
Les systèmes insulaires: des « laboratoires évolutifs »
Écosystèmes uniques
Forces évolutives particulières par rapport au continent
Plantes insulaires : modèles pour aborder de nombreux problèmes en
biologie évolutive
Choix d’une espèce végétale de milieu insulaire : Santalum austrocaledonicum,
espèce à forte valeur patrimoniale en Nouvelle-Calédonie, menacée après surexploitation.
Introduction
L’espèce Santalum austrocaledonicum au sein du
genre Santalum
S spicatum
S obtusifolium
S murrayanum
S Album
S acuminatum
S Boninense
S ellipticum
S freycinetianum
S paniculatum
S laleakalae
S yasi
S fernandezianum
S macgregorii
S. austrocaledonicum
S insulare
Figure 1: localisation des différentes espèces du genre Santalum
Introduction
L’espèce Santalum austrocaledonicum au sein du
genre Santalum
66
63
98
97
100
94
92
67
88
81
63
8
1
6
6
8
8
68
75
83
74
91
95
92
98
88
67
100
Osyris alba
Colpoon compressum
S. acuminatum WA Australia
S. acuminatum WA Australia
S. acuminatum SA Australia
S. acuminatum NSW Australia
S. acuminatum NSWAustralia
S. acuminatum VIC Australia
S. fernandezianum Juan Fernandez
S. spicatum SA Australia
S. spicatum WA Australia
S. spicatum WA Australia
S. murrayanum VIC Australia
S. murrayanum SA Australia
S. lanceolatum NSW Australia
S. lanceolatum QNS Australia
S. lanceolatum SA Australia
S. austrocaledonicum Vanuatu
S. lanceolatum NT Australia
S. ellipticum Oahu
S. ellipticum Oahu
S. ellipticum Oahu
S. ellipticum var. littorale Oahu
S. paniculatum Hawaii
S. paniculatum Hawaii
S. macgregorii PNG
S. macgregorii PNG
S. macgregorii PNG
S. insulare var. raivanse Raivave
S. insulare var. raiateense Raiatea
S. insulare var. hendersonense Henderson
S. insulare var. mitiaro Cooks
S. insulare Henderson
S. insulare var. marchionense Marquesas
S. insulare Tahiti
S. boninense Bonin
S. freycinetinaum var. pyrularium Kauai
S. freycinetianum var. lanaiense Maui
S. freycinetianum Molokai
S. freycinetianum Oahu
S. freycinetianum Molokai
S. haleakalae Maui
S. obtusifolium NSW Australia
S. austrocaledonicum New Caledonia
S. obtusifolium QNS Australia
S. yasi Fiji
S. yasi Tonga
S. yasi Tonga
S. album NT Australia
S. album India
Phylogénie obtenue avec
ADN chloroplastique (TrnK)
ADN ribosomal : séquences ITS
et ETS de la zone 18S-26S
Australie
Juan Fernandez
Vanuatu
Hawaï
Polynésie
Bonin
Nlle Calédonie
Fiji, Tonga
Inde
Introduction
L’espèce Santalum austrocaledonicum au sein du
genre Santalum
S spicatum
S obtusifolium
S murrayanum
S Album
S acuminatum
S Boninense
S ellipticum
S freycinetianum
S paniculatum
S laleakalae
S yasi
?
S fernandezianum
S macgregorii
S. austrocaledonicum
S insulare
Figure 1: localisation des différentes espèces du genre Santalum
Introduction
L’espèce Santalum austrocaledonicum
Caractéristiques botaniques
-Arbre, Angiospermes
-Taille moyenne : 6 à 8m, diamètre à 1,3m : 30 cm à maturité.
-Feuilles : individus juvéniles (50 x 6 mm) différents ind. adultes (50 x 30 mm).
-Fleurs : blanches verdâtres, apétales. Plusieurs périodes de floraison.
-Fruit : drupe charnue (10 x 15 mm).
Feuilles d’individus
juvéniles
Introduction
L’espèce Santalum austrocaledonicum
Caractéristiques botaniques
-Arbre, Angiospermes
-Taille moyenne : 6 à 8m, diamètre à 1,3m : 30 cm à maturité.
-Feuilles : individus juvéniles (50 x 6 mm) différents ind. adultes (50 x 30 mm).
-Fleurs : blanches verdâtres, apétales. Plusieurs périodes de floraison.
-Fruit : drupe charnue (10 x 15 mm).
-Racines : munies d’haustoria (suçoirs) font du Santal un hémiparasite non spécifique
Haustoria
Traces laissées
par des
haustoria
Racine de Citrus reticulata parasitée par un Santal
1. La Nouvelle-Calédonie et l’espèce Santalum austrocaledonicum
L’espèce Santalum austrocaledonicum
Le « bois de Santal » = bois de cœur
Exploitable lorsque l’arbre a 30 ans
Utilisé en parfumerie et cosmétique (huile essentielle) et en artisanat (bois)
Santalum austrocaledonicum: surexploitée au 19ème siècle, toujours exploitée actuellement
Aubier
Bois de cœur
Introduction
L’espèce Santalum austrocaledonicum
Reproduction
-Reproduction sexuée :
Entomophile, dispersion des graines par zoochorie (oiseaux)
A priori allogame et autogame: étude en cours
-Reproduction asexuée :
Rejet de souche après une coupe
Drageons
Introduction
L’espèce Santalum austrocaledonicum
Répartition dans l’archipel
Différence Grande Terre / îles Loyauté
Sur Grande Terre : petites populations reliques: une forme d’insularité
Ouvéa
100 000
Lifou
<1 000
127 000
Maré
242 000
61 000
Îles Loyau
Introduction
Questions de recherche
Comment s’établissent les flux de gènes au sein de l’archipel calédonien?
Dans quelle mesure l’isolement des îles influence les phénomènes de dérive et
migration?
Quels sont les patrons de diversité entre et à l’intérieur des populations?
Existe t-il des variations phénotypiques de l’espèce au sein de l’archipel?
Si oui, quel est le déterminisme génétique de cette variation?
Cette variation est-elle adaptative?
Si oui, quelles sont les pressions de sélection spécifiques à l’écosystème
calédonien?
Comment élaborer une stratégie de gestion de l’espèce dans un but de
conservation?
Introduction
Stratégie
Combiner l’analyse de différents caractères
caractères moléculaires neutres non soumis à la sélection
Marqueurs microsatellites nucléaires et chloroplastiques
caractères a priori liés à l’adaptation
Taille des graines et des feuilles juvéniles, composition chimique du bois de cœur
Établir la relation entre cette variabilité et
l’isolement des îles ou populations, leur petite taille  impact de la dérive et de la
migration
les variables abiotiques (climat (pluviométrie, température), sol )  impact de la sélection
1. Diversité et structuration génétiques
sur la base de marqueurs
microsatellites
Objectif: comprendre les phénomènes de dérive et de migration au sein de
l’archipel
1. Diversité et structuration génétique sur la base de marqueurs microsatellites
Échantillonnage
Sur l’ensemble de l’archipel, plusieurs campagnes de récolte.
Déséquilibré  Exhaustif sur Grande Terre (sauf Ouen Toro), non exhaustif sur Loyautés
et île des Pins
 Nombre d’individus par population différent.
 Surfaces recouvertes différentes.
Malhec
(40)
Tangadiou
(5)
Koumak
(10)
Oundjo
(2)
Tiéai
(10)
Pindai
(26)
Ouvéa
Iles Loyauté : 240
Grande Terre : 306
Ile des Pins : 69
Vanuatu : 11
(48)
Lifou
(103)
Maré
(89)
Dumbéa (9)
Mont Dore (2)
Nouville (34)
Vavouto (34)
Païta
(53)
Ouen Toro
(22)
Total : 626 individus
1. Diversité et structuration génétique sur la base de marqueurs microsatellites
Échantillonnage
Sur l’ensemble de l’archipel, plusieurs campagnes de récolte.
Déséquilibré  Exhaustif sur Grande Terre (sauf Ouen Toro), non exhaustif sur Loyautés
et île des Pins
 Nombre d’individus par population différent.
 Surfaces recouvertes différentes.
300 m
10 km
1. Diversité et structuration génétique sur la base de marqueurs microsatellites
Diversité et structuration ENTRE populations
Diversité et structuration chloroplastique : 15 chlorotypes
Différence Grande Terre / îles Loyauté

rupture très ancienne du flux de gènes.
Fst = 0.6
îles Loyauté
Malhec
Hienghène Ouvéa
Lifou
Tiéa
Pindaï
Grande Terre
Maré
Païta
Ouen Toro
Ile des Pins
île des Pins
Répartition des chlorotypes dans l’archipel
Arbre des distances génétiques (chloroplastes)
1. Diversité et structuration génétique sur la base de marqueurs microsatellites
Diversité et structuration ENTRE populations
Diversité et structuration chloroplastique : 15 chlorotypes
Différence Grande Terre / îles Loyauté

rupture très ancienne du flux de gènes.
Fst = 0.6
Diversité et structuration sur la base des microsatellites nucléaires
8 loci microsatellites
Fst = 0.33
îles Loyauté
Proximité Grande Terre /
île des Pins
Grande Terre
île des Pins
Arbre des distances génétiques (ADN nucléaire)
= même origine géologique
et communication durant la
dernière glaciation
1. Diversité et structuration génétique sur la base de marqueurs microsatellites
Diversité et structuration ENTRE populations
Diversité et structuration chloroplastique : 15 chlorotypes
Différence Grande Terre / îles Loyauté

rupture très ancienne du flux de gènes.
Fst = 0.6
Diversité et structuration sur la base des microsatellites nucléaires
8 loci microsatellites
Fst = 0.33
Nombreux Fis positifs
-0.02ns
Ouvéa
-0.05ns
Fis = 0.14 *
Lifou
-0.03 ns
Fis = 0.25 ***
0.09***
Maré
Grande Terre
Fis = 0.62 ***
Fis = 0.17 ***
0.03***
0.00ns
Effet Wahlund
Ile des Pins
Fis = 0.0 ns
1. Diversité et structuration génétique sur la base de marqueurs microsatellites
Diversité et structuration ENTRE populations
Diversité et structuration chloroplastique : 15 chlorotypes
Différence Grande Terre / îles Loyauté

rupture très ancienne du flux de gènes.
Fst = 0.6
Diversité et structuration sur la base des microsatellites nucléaires
8 loci microsatellites
Fst = 0.33
Nombreux Fis positifs
Effet Wahlund
Ouvéa
Allèles nuls
Fis = 0.14 *
Autofécondation
Lifou
Grande Terre
Fis = 0.25
***
0.25***
Maré
Fis = 0.62 ***
Fis = 0.17 ***
Autofécondation due
à déficit de
pollinisateurs?
(Barrett, 1996)
Ile des Pins
Fis = 0.0 ns
1. Diversité et structuration génétique sur la base de marqueurs microsatellites
Diversité et structuration ENTRE populations
Diversité et structuration chloroplastique : 15 chlorotypes
Différence Grande Terre / îles Loyauté

rupture très ancienne du flux de gènes.
Fst = 0.6
Diversité et structuration sur la base des microsatellites nucléaires
8 loci microsatellites
Fst = 0.33
Nombreux Fis positifs
Comparaison avec d’autres espèces
1. Diversité et structuration génétique sur la base de marqueurs microsatellites
continentale
insulaire
distribution
Espèce
H enuc
F stnuc
F is
Réference
Santalum austrocaledonicum
0.11-0.74
0.33
0.03-0.67
Bottin et al. (2005)
Pterocapus officinalis jacq.
0.24-0.59
0.29
0.04-0.37
Müller (soumis)
Santalum insulare
0.27-0.56
0.23
0.12
Lhuillier (soumis)
Caryocar brasiliense
0.58–0.85
0.11
0.1-0.17
Collevatti et al . (2001)
Vitellaria paradoxa
0.25–0.42
0.05
ns
Sanou et al. (2005)
Grevillea macleayana
0.42–0.53
0.22
0.07-0.31
England et al . (2002)
Vouacapoua americana
0.34–0.52
0.08
0.09-0.22
Dutech et al . (2004)
Symphonia globulifera
0.72-0.85
-
0.2
Aldrich et al. (1998)
Swietenia macrophylla
0.78-0.81
0.1
0.06-0.10
Lemes et al. (2003)
Swietenia macrophylla
0.59-0.80
0.11
0.07-0.24
Novick et al . (2003)
Melaleuca alternifolia
0.13–0.92
0.07
0.07-0.29
Rossetto et al. (1999)
1. Diversité et structuration génétique sur la base de marqueurs microsatellites
Diversité et structuration ENTRE populations
Diversité et structuration chloroplastique : 15 chlorotypes
Différence Grande Terre / îles Loyauté

rupture très ancienne du flux de gènes.
Fst = 0.6
Diversité et structuration sur la base des microsatellites nucléaires
8 loci microsatellites
Fst = 0.33
Nombreux Fis positifs
Comparaison avec d’autres espèces
CONCLUSIONS : Un fort impact de la dérive, exacerbée par l’isolement des îles
Un régime de reproduction ayant évolué vers l’autogamie
1. Diversité et structuration génétique sur la base de marqueurs microsatellites
Diversité et structuration INTRA populations
Diversité et structuration chloroplastique :
des cas différents selon les îles
généralement peu de structuration
Lifou
île des Pins
Ouvéa
Maré
10 km
2.5 km
5 km
5 km
1. Diversité et structuration génétique sur la base de marqueurs microsatellites
Diversité et structuration INTRA populations
Diversité et structuration chloroplastique :
des cas différents selon les îles
généralement peu de structuration
Structuration sur la base des microsatellites nucléaires :
Mantel  absence d’isolement par la distance
1
0.9
distances génétiques
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0
500
1000
1500
2000
2500
distances géographiques
Païta
CONCLUSION : Faible structuration intra population / intra îles Loyauté
2. Diversité des caractères phénotypiques
Objectif: identifier les déterminants (biotiques, abiotiques, génétiques) de la
variation des graines, des feuilles juvéniles et de la composition chimique
du bois de cœur
2. Variation phénotypique
Échantillonnage
Graines et feuilles juvéniles:
Échantillonnage de graines, très déséquilibré, sur plusieurs années (depuis 1994).
Mise en place d’un essai contrôlé  feuilles juvéniles.
Copeaux de bois de cœur
Échantillonnage équilibré, réalisé en 2003
Malhec
Koumak
Hienghène
Ouvéa
Graines et feuilles
juvéniles
Lifou
Bois de cœur
Maré
Pindaï
100 km
Païta
Ouen Toro
île des Pins
2. Variation phénotypique: taille des graines et des feuilles juvéniles
2.1. Taille des graines et des feuilles juvéniles
Des différences significatives entre populations
Feuilles juvéniles
graines
Ouvéa / Maré: 4.23 x
1.1 cm
Ouvéa / Maré: 0.94 x
0.8 cm
1.1
15
1
11
Maré et Ouvéa
0.9
Ile des Pins
9
Ouen Toro
7
Pindaï
5
Koumak
largeur (cm)
largueur (mm)
13
Ouvéa
Maré
île des Pins
Ouen Toro
Païta i.s.
0.8
Pindaï i.s.
0.7
3
0.6
1
25
40
55
70
85
0.5
longueur (mm)
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1.1
1.2
1.3
longueur (cm)
Île des Pins: 4.91
x 0.53 cm
Ouen Toro : 7.18
x 0.38 cm
Ouen Toro : 0.76
x 0.59 cm
Île des Pins: 0.89
x 0.69 cm
2. Variation phénotypique: taille des graines et des feuilles juvéniles
2.1. Taille des graines et des feuilles juvéniles
Des différences significatives entre populations
Dendrogramme
24
20
12
8
4
Koumac
Ile des Pins
Ouentoro
Paîta
Maré
0
Pindaï
Grande Terre
îles Loyauté
Ouvéa
Dissimilarité
16
Ouvéa
Lifou
Grande Terre
Maré
Ile des Pins
2. Variation phénotypique: taille des graines et des feuilles juvéniles
Déterminants de la variation de la taille des feuilles
et des graines
Un déterminisme génétique = héritabilité de 42% à 85%
Effet de la dérive / faible migration? Structuration Grande Terre / Loyautés comme
pour les microsatellites (marqueurs neutres)  un effet possible
Effet de l’adaptation? Oui car Qst > Fst
Pluviométrie?
Grandes différences selon les localités. Corrélation significative et positive
de la pluviométrie avec taille des graines et largeur des feuilles
Graines + grosses en zone humide car compétition
Feuilles + fines pour limiter la transpiration en zone sèche
2. Variation phénotypique: taille des graines et des feuilles juvéniles
Déterminants de la variation de la taille des feuilles
et des graines
Un déterminisme génétique = héritabilité de 42% à 85%
Effet de la dérive / faible migration? Structuration Grande Terre / Loyautés comme
pour les microsatellites (marqueurs neutres)  un effet de dérive possible
Effet de l’adaptation? Oui car Qst > Fst
Pluviométrie?
Grandes différences selon les localités. Corrélation significative et positive
de la pluviométrie avec taille des graines et largeur des feuilles
Graines + grosses en zone humide car compétition
Feuilles + fines pour limiter la transpiration en zone sèche
Influence possible d’autres facteurs (non testés) :
altitude,
température,
sol (sols calcaires de mauvaise qualité sur Loyautés),
cortège d’oiseaux disperseurs,
plante hôte.
2. Variation phénotypique: composition chimique du bois de coeur
2.2. Composition chimique du bois de cœur
Le bois de cœur de Santal, zone productrice d’huiles essentielles
Essences très volatiles, non miscibles à l'eau et souvent parfumées.
Santal: Formation dans la zone de transition aubier / bois de cœur.
Huiles essentielles = composés secondaires des plantes: rôle défensif, et moteur évolutif.
Santalum austrocaledonicum: un rôle de résistance aux champignons et termites
Pression de sélection biotique?
2. Variation phénotypique: composition chimique du bois de coeur
Analyses chimiques
Extraction au solvant (CHCl3) de la « concrète » : mêmes molécules que l’huile
essentielle + autres molécules
Chromatographie en phase gazeuse
Analyse statistique des pics : l’aire d’un pic sur le chromatogramme est représentative de
sa quantité dans la concrète  pics exprimés en pourcentage d’aire de concrète
Huile essentielle
Concrète
Sesquiterpènes oxygénés =
mono-alcools
Etalon octanol
hydrocarbures
diols
2. Variation phénotypique: composition chimique du bois de coeur
Description de la variabilité sur l’ensemble de la
Nouvelle-Calédonie
33 pics
Hydrocarbures : 3.56% de l’aire totale de la concrète, Alcools : 89.0%, Diols : 3.54%.
Molécules les plus importantes (aire > 5%) : a-santalol, a-transbergamotol, b-santalol et (E)lancéol
60
50
40
Hienghene
Malhec
Pindaï
Paita
30
Ile Des Pins
Lifou
Mare
Ouvea
20
10
0
(+)-(Z)-a-santalol (30)
(-)-(Z)-a-trans-bergamotol (34)
(-)-(Z)-b-santalol (40)
(E)-lanceol (50)
2. Variation phénotypique: composition chimique du bois de coeur
Description de la variabilité sur l’ensemble de la
Nouvelle-Calédonie
33 pics
Hydrocarbures : 3.56% de l’aire totale de la concrète, Alcools : 89.0%, Diols : 3.54%.
Molécules les plus importantes (aire > 5%) : a-santalol, a-transbergamotol, b-santalol et (E)lancéol
Comparaison avec d’autres espèces de Santal
2. Variation phénotypique: composition chimique du bois de coeur
Variation inter et intra-population par modèle à effets
aléatoires
18.9% de la variance totale des pics est due aux différences entre populations.
a-santalol : 19.68%, a-trans-bergamotol : 9.06 %, b-santalol : 22.52%, (E)-lanceol : 13.26%.
Variation entre populations par approche multivariée
Pindaï
Individus (axes F1 et F2 : 59.30 %)
Individus (axes F1 et F3 : 55.68 %)
6
Hienghène
10
5
0
-- axe F3 (16.25 %) -->
-- axe F2 (19.87 %) -->
4
Hienghene
Ile Des Pins
Lifou
Malhec
Mare
Ouvea
Paita
Pindaï
Hienghene
Ile Des Pins
Lifou
Malhec
Mare
Ouvea
Paita
Pindaï
2
0
-2
Malhec
Malhec
-5
-4
-5
0
5
10
-4
-- axe F1 (39.43 %) -->
-2
0
2
4
6
8
-- axe F1 (39.43 %) -->
Malhec: une faible teneur en a-santalol et forte teneur en (E)-lancéol
Pindaï: forte teneur en molécule du pic 79
Hienghène: forte teneurs en dérivés de l’a-santalène
2. Variation phénotypique: composition chimique du bois de coeur
Variation entre groupes d’îles par approche multivariée
Individus (axes F1 et F2 : 100.00 %)
-- axe F2 (22.28 %) -->
5
3
Grande Terre
Ile Des Pins
1
Loyautés
-1
-3
-5
-3
-1
1
-- axe F1 (77.72 %) -->
3
Différences significatives
entre Grande Terre, île des
Pins et Loyautés
2. Variation phénotypique: composition chimique du bois de coeur
Déterminants de la variation chimique
Effet des facteurs abiotiques
Pluviométrie: non corrélée à 31 pics sur 33.
Sol: Malhec (sol fersiallitique) : effet différent sur la composition chimique.
Influence du sol ou autre facteur?
Effet de la dérive et de l’isolement
Si même effet sur les huiles et les microsatellites  structuration similaire des populations.
arbre des distances génétiques (microsatellites nucléaires)
arbre des distances chimiques
Arbres de distance différents: dérive et isolement ont moins d’effet que l’adaptation
2. Variation phénotypique: composition chimique du bois de coeur
Effet des facteurs biotiques
Adaptation à des cortèges d’insectes particuliers selon les localités  à tester
Effet des plantes parasitées: nature et quantité d’espèces parasitées  à tester
Conclusions principales
Conclusion
Influence combinée de la dérive et de la faible migration
Loyautés
Loyautés
Microsatellites
chloroplastiques
Microsatellites
nucléaires
Grande
Terre / île
des Pins
Grande
Terre / île
des Pins
Une structuration génétique marquée (Fstnucl = 0.33, Fstchl = 0.66),
particulièrement entre les îles Loyauté et Grande Terre / île des Pins.
Causes :
Dérive = effets de fondation (îles Loyauté)
petites populations (Grande Terre)
Migration faible due à l’isolement des îles et des populations de Grande Terre
Conclusion
Influence combinée de la dérive et de la faible migration
Loyautés
Loyautés
Microsatellites
chloroplastiques
Microsatellites
nucléaires
Grande
Terre / île
des Pins
Grande
Terre / île
des Pins
Dendrogramme
24
Feuilles juvéniles
et graines
20
Un effet de la dérive et l’isolement possible
Mais ces facteurs n’agissent pas seuls:
Qst > Fst  un effet de la sélection
12
8
Koumac
Pindaï
Ile des Pins
Ouentoro
Paîta
Maré
0
Grande Terre
îles
Loyauté
4
Ouvéa
Dissimilarité
16
Conclusion
Influence combinée de la dérive et de la faible migration
Loyautés
Loyautés
Microsatellites
chloroplastiques
Microsatellites
nucléaires
Grande
Terre / île
des Pins
Grande
Terre / île
des Pins
Composition
chimique
Dendrogramme
24
Feuilles juvéniles
et graines
20
Adaptation
locale
prépondérante
12
8
Koumac
Pindaï
Ile des Pins
Ouentoro
Paîta
Maré
0
Grande Terre
îles
Loyauté
4
Ouvéa
Dissimilarité
16
Conclusion
Influence de l’adaptation locale
Taille des graines et des feuilles juvéniles : adaptation à la pluviométrie, au
type de sol et au espèces d’oiseaux disperseurs présentes.
Mais échantillonnage lacunaire et peu précis : résultats à prendre avec précaution.
Composition chimique : pas d’adaptation aux facteurs abiotiques, adaptation au
cortège d’insectes, et peut-être plante hôte.
Conclusion
Une évolution caractéristique des espèces insulaires
Statut isolé
Migration réduite
diminution / rupture du flux de gènes
Forte structuration des
populations
Faible taille des populations
Faible nombre d’individus fondateurs
dérive génétique
Sélection naturelle particulière (hypothèses probables)
Diminution des pollinisateurs  autogamie
Diminution des disperseurs  variation de taille des graines
Particularité des sols insulaires  taille des graines
Particularité des communautés végétales  plantes hôtes  huiles, graines, feuilles
Particularité des insectes et champignons ravageurs du bois  huiles
Conclusion
Application à la conservation de l’espèce
Pourquoi conserver Santalum austrocaledonicum ?
Forte exploitation au 19ème siècle : diminution drastique des populations, particulièrement à
Grande Terre
Mise en place de quotas (1988), basés uniquement sur des résultats démographiques
 Nécessité de prise en compte de la génétique et de l’adaptation au milieu
Méthode de Crandall (2000) : combiner des données moléculaires et adaptatives à
différents niveaux temporels pour établir des unités de conservation.
Recommandation de gestion: Grande Terre / Loyauté : ne pas permettre le flux de
gènes
Résultats à appliquer sur le terrain  mesures de gestion concrètes
Perspectives de recherche
Perspectives
1/ Impact de l’insularité sur le régime de reproduction à Maré.
Comparaison avec la population de Ouen Toro
Confirmation du fort Fis sur l’île  échantillonnage plus exhaustif
Taux d’autofécondation  récolte de graines, génotypage des individus
Vérification de l’hypothèse que l’autogamie est due à un déficit de pollinisateurs 
insectes pollinisateurs de Maré
Une adaptation morphologique à l’autofécondation?  étude des pièces florales
Perspectives
étude en cours à Ouen Toro : dynamique spatiale de la diversité génétique
à l’échelle d’une population
Flux de gènes, régime de reproduction
Récolte de graines sur une 30aine de Santals, plantation en pépinière.
Spatialisation de la diversité
Inventaire exhaustif d’une partie de la population (600 individus), récolte des feuilles  analyse
microsatellites
Meilleure connaissance de la phénologie
de Santalum austrocaledonicum
coordonnées de terrain
7532600
Suivi phénologique d’une 50aine de Santals
7532500
7532400
7532300
récolte de fruit
7532200
7532100
7532000
inventaire
Perspectives
2/ Déterminants de la variabilité des caractères adaptatifs
Un échantillonnage plus exhaustif, avec une meilleure traçabilité des provenances.
Mesure d’autres traits adaptatifs et traits liés à l’histoire de vie
Vitesse de croissance des semis
Production de graines
Mesure des traits le long d’un gradient (ex: pluviométrie)
Mise en place d’un essai plus rigoureux, éventuellement multi-sites.
Perspectives
3/ Étude spatiale de la dynamique intra-île
Hétérogénéité du milieu  Dynamique des populations différentes selon les localités
Bonne régénération dans les zones de jachère (groupe 1)
Régénération faible dans les zones récemment fermées (groupe 2)
Régénération faible et nombreux arbres de gros diamètres fermeture du milieu très ancienne (groupe 3)
Objectif: évaluer la structure de la diversité génétique selon les caractéristiques démographiques des
populations.
Densité N/ha
 Microsatellites sur l’une des îles Loyauté
80
Groupes démographiques sur
Maré
0-10
10-20
20-30
30-40
40-50
50-60
60
40
20
00
1
2
3
Et des « merci » particuliers…
Aux membres du jury
À toute l’équipe du CIRAD-forêt
Haby
Liva
Hery Emeline
Sophie
Au personnel de Nouvelle-Calédonie
Roselyne
Mireille
Alex
Et Jean-Marc BOUVET
Mais aussi…
Daniel VERHAGEN
Jacques TASSIN
Frédéric MORTIER Alexandre LAGRANGE
Jean-Marc GION
Géraldine DERROIRE
Olivier MONTEUUIS
Camille ISNARD
Robert NASI
Colin GODEFFROY
Au DEA BEE 2001… un
À toutes les personnes qui m’ont
aidé au cours de ma thèse
grand crû!
Au laboratoire de chimie
des substances naturelles
de Tahiti
À Sophie, Fred, Thomas,
Guillaume,Cédric et Matthieu
Isabelle OLIVIERI
Jean François BUTAUD
À Pascal ;)
Frédéric AUSTERLITZ
Phila RAHARIVELOMANANA
À Manon et Sylvain
Frédéric HOSPITAL
Jean-Pierre BIANCHINI
Et un trèèès grand merci à
mes parents!
Jean-Christophe GLASZMANN
Claire BILLOT
Conclusion
Caractères
étudiés
Forces
évolutives
Marqueurs neutres
Microsat.
chlorop.
Microsat.
nucléaires
Marqueurs potentiellement
adaptatifs
Taille des Taille des Composition
graines feuilles juv. chimique.
Dérive (effet
fondation, petites
tailles pop)
Migration
Sélection
Pluviométrie
Altitude
Température
?
?
Sol
Oiseaux disperseurs
Insectes phytophages
Plante hôte
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?