SUJET DE THÈSE
Adaptation et évolution de lolivier et de loléastre dans diverses conditions disolement, de culture et denvironnement
Encadrement :
Université de Marseille 3, Frédéric Médail (Univ. Aix-Marseille III, IMEP UMR CNRS 6116) et Marcel Barbero (Univ. Aix-Marseille III, IMEP UMR CNRS 6116),
co-encadrement André Bervillé (INRA), UMR 1097 Montpellier, UR-GAP.
Financement CIFRE (2003-2005) par lAFIDOL, M Christian Pinatel (Aix en Provence)
Etudiante : Catherine Breton (breton_cat@hotmail.com)
Enjeux socio-économiques et scientifiques
La domestication chez cette espèce est mal cernée faute de critères objectifs. Lexpansion de lolivier est étroitement associée aux migrations humaines dans le bassin méditerranéen. Il est probable que les apports de la génétique et de la paléogénétique contribueront à mieux la décrire dans lespace et le temps. Retracer son lhistoire de lolivier depuis loléastre contribuera à expliquer la répartition actuelle de la diversité génétique et donc à mieux cerner les pressions quil a subies. Ceci se fera à une échelle locale (une région dappellation) et pour une île : la Corse. Les sujets remarquables ainsi que les restes archéologiques (noyaux, bois) sont des jalons de son histoire. Ils permettront une fois quils seront génotypés, de déterminer les modèles de diffusion basés sur la diversité actuelle ceux (ou celui) compatibles avec les données archéologiques et historiques. Cette contribution devrait répondre à une demande sociale méditerranéenne sur notre histoire et les origines de notre culture dont lolivier et la vigne sont deux facettes complémentaires.
Les ressources génétiques sauvages de l'olivier sont en péril dans plusieurs régions. Il faudrait les étudier avant qu'elles ne disparaissent du fait de l'urbanisation, de la désertification et d'hybridations avec les formes cultivées. Ces ressources génétiques sauvages protègent aussi lenvironnement et permettent de lutter contre la désertification (Maroc, Algérie, Hoggar). Une étude de leur diversité simpose pour établir leurs relations avec lolivier.
Lolivier (Olea europaea subsp. europaea L var sativa) est une espèce ligneuse spécifique de la région Méditerranéenne, il est cultivé pour ses fruits et les produits dérivés dont lhuile. L'huile présente des propriétés diététiques, puisquelle permet notamment de diminuer le risque de maladies cardio-vasculaires. La consommation est en constante augmentation, la France ne produit que 2,5% de sa consommation, nen exporte pas et en importe 97,5% ; principalement d'Italie et d'Espagne.
La production de lolive est assurée par quelques pays du pourtour méditerranéen (Italie, Espagne, Tunisie, Maroc, Grèce). La qualit de lhuile est soumise à des normes strictes. La production dhuiles labellisées telles que les AOC ou les DOP devrait garantir une origine géographique car il est interdit par la loi dimporter des olives dautres régions. La composition variétale nest généralement pas précisée sur létiquette. Des huiles mono-variétale apparaissent mais leur origine est souvent vague (pays seulement précisé) car elles ne satisfont quaux normes courantes (vierge, ..). Pour la plus grande part du marché de lhuile dolive, létiquetage des bouteilles est insuffisant pour connaître lorigine variétale, voire même le pays dorigine. De plus, de nombreuses dérogations aux règles du marché sont rapportées et parfois même des adjonctions dhuiles dautres espèces, moins onéreuses, telles que noisette ou tournesol, sont signalées.
Faute de moyens techniques sûrs pour déterminer lorigine variétale des huiles (composition en acides gras, polyphénols, squalène), le marché est envahi par des huiles sans personnalité de variétés souvent anonymes au détriment du consommateur. La traçabilité des huiles a donc fait lobjet de nombreuses recherches. Récemment, la technologie basée sur lADN de lhuile dolive et la PCR a révélé une capacité supérieure aux autres méthodes pour identifier le génotype source de lhuile, mais bien sûr sans distinction possible des labels de qualité. Néanmoins cette méthode ne peut être efficace que si lon dispose dune base de données conséquente quant aux cultivars dolivier qui donnent des huiles commerciales dans le bassin méditerranéen.
Le point sur les connaissances du complexe Olea europaea
La séparation de l'olivier et de l'oléastre est botanique. L'oléastre et l'olivier sont étroitement apparentés et ils se croisent très facilement. Des travaux antérieurs basés sur les polymorphismes RAPD ont montré que la diversité de loléastre présentait une structure Est-Ouest dans le bassin Méditerranéen (Besnard et Bervillé 2000). L'utilisation conjointe des différents marqueurs cytoplasmiques et nucléaires permet de distinguer les formes autochtones des formes férales (ensauvagées ou échappées), et les formes cultivées (Bronzini et al. 2002).
La domestication de lolivier se serait d'abord effectuée à l'Est (Côtes Liban, Israël et Syrie - 5500 BP). À l'Ouest, les données anthracologiques attestent de l'utilisation d'olivier en Espagne dès - 7500 B.P. (Terral et al. 2000). De plus, des domestications secondaires se seraient vraisemblablement produites dès 5000-5200 au Maghreb, en Espagne, et en Corse (Besnard et al. 2001c).
Les cultivars ont été obtenus par sélection locale à partir de combinaisons de cultivars importés et doléastres locaux, pour favoriser ladaptation (Besnard et al. 2001c). Chaque élément se retrouve par les divers marqueurs moléculaires utilisés de façon complémentaire.
Problème de recherche
Le sujet proposé est ciblé sur létude des forces : ladaptation, la sélection et la migration sur loléastre puis sur lolivier avec linfluence de lhomme, voire du milieu. Elles ont conduit à la répartition actuelle de la diversité cytoplasmique et nucléaire depuis les glaciations et les foyers de domestication.
Les modèles de diffusion ou les reconstructions phylogénétiques peuvent avec lolivier sappuyer non seulement sur la diversité actuelle mais aussi sur des données paléogénétiques accumulées par les archéologues depuis plusieurs décennies. Elles sont constituées de noyaux dolive, généralement carbonisés, de débris végétaux (bois) et dolives conservées dans des amphores à labri de lair. Elles nont jamais été utilisées pour lADN. Techniquement lobtention dADN à partir de tels échantillons est délicate, la contribution de laboratoires spécialisés (R Petit, C Hanni) est requise et prévue. La doctorante a une compétence technique certaine puisquelle a réussi à mettre au point une méthode de préparation dADN (très dégradé) à partir de lhuile, permettant didentifier les cultivars qui ont contribué à léchantillon dhuile.
Le doctorant sappuiera sur des résultats acquis sur les restes archéologiques et les données historiques afin que la dynamique de lévolution soit mieux comprise dans le contexte de la néolithisation puis de lhistoire. Létude de sujets remarquables par leur taille ou leur âge ainsi que la recherche de souches très anciennes devraient permettre détayer le schéma évolutif au court de son déroulement.
La valorisation du travail de thèse se fera par la base de données des profils moléculaires des génotypes étudiés constituants une référence. Lutilisation de la base de données par les professionnels dont lAFIDOL ainsi que Phylogene et le service des fraudes (DGCCRF), pour contrôler lorigine des huiles est une conséquence directe. Le doctorant est employé par lAFIDOL (un professionnel de la filière oléicole) qui ne met aucune contrainte à la diffusion des résultats. LAFIDOL est aussi intéressée par lhistoire de lolivier.
Les objectifs de la thèse
1= Étayer les modèles de reconstruction phylogénétique basés sur la diversité actuelle par des données archéologiques et historiques. La connaissance du processus de domestication et de la base génétique sur laquelle elle a été effectuée permettront de mieux comprendre la répartition de la diversité actuelle des cultivars par pays et des échanges qui ont suivis. De loléastre à lolivier lhomme a été lun des principaux acteurs. Cette histoire est jalonnée par des restes archéologiques et historiques qui permettront de vérifier et détayer les modèles de reconstruction phylogénétique et de diffusion,.
2= Étudier la diversité génétique fine dune région (Le Var) pour déterminer la contribution des oléastres à la diversité des cultivars afin de comprendre les flux des gènes dus à lhomme et naturels au cours de lhistoire. La région la plus adaptée apparaît celle du Var où lon rencontre une grande diversité de cultivars et où des oléastres sont encore présents. Les prélèvements seront réalisés dès que possible avec laide de LUniversité de Marseille 3 et les professionnels locaux.
3= Appréhender au mieux les forces qui ont contribué à modeler la diversité génétique de loléastre et de lolivier dune région. Le choix dune île simpose de façon à rester dans des limites raisonnables pour un échantillonnage serré : Chypre ou La Corse. La Corse est apparue comme un carrefour prometteur par les civilisations qui se sont succédées, par la présence de populations soupçonnées dêtre reliques ainsi que par lisolement des vallées qui a créé plusieurs types locaux. De plus, une aide appréciable nous est apportée pour léchantillonnage.
4= lenrichissement de la base de données INRA sur les profils moléculaires des principales variétés du pourtour méditerranéen (Partie CIFRE) sera la conséquence des études précédentes.
Pour atteindre ces objectifs le doctorant réalisera les approches suivantes.
1= Diversité de loléastre et de lolivier
a= Diversité actuelle : pratiquer un échantillonnage raisonné
*. Léchantillonnage de loléastre basé sur les travaux antérieurs doit être considéré pour lensemble du bassin méditerranéen puisque entre lEst et lOuest la divergence provient de la dérive génétique lors de la fragmentation des populations sous leffet de la baisse moyenne des températures à laire glaciaire. Léchantillonnage des populations actuelles doit donc être considéré pour couvrir lensemble de la zone étudiée avec des densités dautant plus importantes que la démographie des forêts le permet et que la zone est critique ou pas. À lEst (Liban, Syrie, Turquie, Égypte, Grèce) léchantillonnage est maintenant dense. À lOuest (Espagne, Portugal, Maroc, France, Italie) de nombreuses zones sont méconnues. Pour Chypre (#120 pour la partie grecque) et la Corse (#50) ces îles sont un carrefour notoire de civilisations avec des occupations multiples bien datées et documentées par des restes archéologiques.
*. La répartition de la diversité actuelle de loléastre en Corse (ou Sicile) interroge sur déventuelles populations reliques. La présence éventuelle du mitotype de lEst dans des populations de lOuest pourrait indiquer quil a migré depuis lOuest et donc que ces populations ne seraient pas férales mais reliques. La question est dimportance pour comprendre lorganisation de la diversité des cultivars car plusieurs phases de domestication plus ou moins concomitantes sont maintenant prouvées dont une en Corse. La structuration des cultivars permet de remonter aux domestications (au moins trois suggérées), les lieux et les époques sont importants à connaître pour mieux appréhender la période de la néolithisation (connections avec les travaux sur la vigne et les sciences de lhomme).
b= Remonter le temps pour lolivier et loléastre afin de retrouver les traces de domestication
*. Par des arbres anciens :
Lolivier et loléastre sont connus par des sujets remarquables dits millénaires. létude de tels individus qui portent souvent plusieurs niveaux de greffe peut être un moyen dappréhender lâge des cultivars. Il ny a aucune information sur leur généalogie, cest une information importante pour comprendre la diversité génétique par pays et lorganisation des AOC.
*. Par des souches à retrouver :
Certains sujets groupés pourraient correspondre à une seule souche. Létude de leur ADN permettra de le dire et donc éventuellement de remonter encore plus loin dans le temp. Actuellement des oliveraies abandonnées (grands froids de 1790) sont régénérées. Lanalyse de rejets nous informera sur les porte-greffes si la population est hétérogène et sur les cultivars si la multiplication a été multipliée par souchets (très fréquemment pratiquée).
*. Par des restes archéologiques :
ils sont constitués de noyaux plus ou moins calcinés, de bois et dolives dans des amphores. Les traces dhuile sur les céramiques pourraient aussi être analysées. Le commerce côtier a largement contribué à la diffusion des cultivars et laissé des traces, sous formes damphores contenant des olives ou de lhuile, qui nont jamais été exploitées pour analyser leur contenu par lADN. La contribution darchéologues à cette recherche apportera des éléments nouveaux et permettra danalyser le matériel transporter et de dater la diffusion des mitotypes et des génotypes.
*. La domestication chez loléastre :
Certains arbres sont inclassables a priori en olivier ou oléastre : larbre de Roquebrune Cap-Martin, notamment. En fait, cela pose la question du ou des critères de domestication à choisir pour passer de loléastre à lolivier. Si beaucoup dauteurs admettent que la taille du fruit est déterminante, rien ne le prouve. Dautres auteurs considèrent que lhuile a été utilisée bien avant les fruits qui sont traités à la saumure (ou à la soude) pour les désamériser. Dans ce cas seul le rendement en huile est à prendre en compte et peu importe la taille du fruit. Dailleurs la bible ne fait aucune allusion à la consommation de lolive et de nombreuses variétés dites à huile ont de petits fruits (Arbequina, Sabina). La complémentarité des marqueurs est ici déterminante pour attribuer le statut doléastre ou dolivier à un arbre isolé.
2 Le recensement de la diversité des cultivars et des oléastres dune régionLe questionnement scientifique est ici ciblé sur les flux de gènes oléastres vers cultivars et éventuellement vice versa. La structure génétique des cultivars (diversité globale : clone ou polyclonal) et leur apparentement éventuel avec les oléastres de la région seront déterminés.
En effet, rien nest connu quant aux flux de gènes entre oléastres et olivier dans une région déterminée. On subodore que lolivier une fois domestiqué a été propagé par lhomme de lEst vers lOuest et que ladaptation locale sest faite par croisement avec des oléastres. Une région semble particulièrement propice pour étudier les flux, il sagit du secteur du Beausset-Castellet-Evenos (Var occidental) où coexistent encore de nombreux cultivars spécifiques à ce terroir et où loléastre est encore très présent dans les massifs calcaires ; la prise en compte de populations plus littorales (ex. cap Sicié) sera auusi effectuée. Pour linstant, rien nest connu à léchelle de cette région. Une étude assez fine est donc prévue, pour les cultivars lAFIDOL est en contact avec les agriculteurs qui détiennent une diversité non encore répertoriée et pour loléastre lUniversité de Marseille 3 (M Barbero) contribuera à léchantillonnage. Cette région souhaiterait valoriser sa production par une appellation AOC, mais aucun élément ne permet de définir une spécificité de cultivars et de terroirs. Si une relation cultivars / oléastres locaux étaient établies, alors les responsables de lINAO auront une base historique quant à lorigine et lhistoire des cultivars susceptibles de définir une AOC.
Toutefois, la proximité géographique actuelle des oliviers et des cultivars nest peut être que fortuite, les cultivars peuvent provenir dun autre région où ils auraient bien reçu des gènes doléastres. On ne limitera donc pas la comparaison à cultivars et oléastres de cette région, et on explorera lensemble de la diversité des oléastres étudiés.
3. Modèles de diffusion et les reconstructions phylogénétiques appuyés par la paléogénétique
a= Les flux de gènes chez loléastre. Ils nont pas été montrés mais peuvent être très rares. Quant à lorigine et la diffusion du mitotype ME1 qui est actuellement isolé à lEst, la question à résoudre concerne la période et la façon dont il sest isolé à lEst. Les oléastres de lOuest (Corse, Sicile) qui portent ME1 seront étudiés pour déterminer sils ne seraient pas dus à des populations reliques à lOuest.
b= Les flux de gènes chez les variétés. Les flux de graines ou de boutures se sont faits à plus grandes distances. Ils seront étudiés dans le cadre dune appellation et dune île, afin davoir une vision à petite échelle, les autres travaux étant à très grande échelle.
c= Les flux de gènes entre variétés et oléastres Historiquement leffet de chacun est à considérer dans les deux sens. Ils sont repérés par la combinaison des marqueurs nucléaires et cytoplasmiques, les critères morphologiques sont inefficaces. Ils ont dû créer des hybrides mieux adaptés localement, et donc permis une sélection locale qui par exemple a conduit à la Picholine (mitotype MOM de lOuest et marqueurs nucléaires de lEst). Dans le sens inverse, le cultivar portant ME1 pourra être rattaché aux oléastres locaux éventuels par les marqueurs nucléaires. Aujourdhui encore, on constate une certaine pollinisation par les oléastres à proximité des vergers de Lucques (mâle-stérile), ou de variétés très auto-incompatibles. Dans certaines régions, Algérie, Maroc, France (Aude, Corse) oléastres et cultivars peuvent être voisins.
Méthodologies:
Ce sujet s'intègre dans le cadre de la thématique de la station sur la structuration de la diversité des formes cultivées et sauvages d'une espèce. Il s'agit avant tout d'une étude de la sous-espèce europaea.
L'échantillonnage est ici prépondérant afin que soit représentée la diversité de l'oléastre. On se basera sur les régions géographiques et les zones climatiques. L'expérience que l'on a avec la sous-espèce maroccana montre qu'il faut tenir compte de conditions écologiques pour les prélèvements (sol, altitude, exposition, pâture, etc).
L'analyse avec des marqueurs co-dominants s'impose, les microsatellites dont on dispose ont déjà montré leur aptitude à révéler ces flux du fait des allèles rares (Breton 2001). Enfin, des résultats probants sur l'analyse SSR d'échantillons d'herbier ont déjà été obtenus (non publié).
Les modèles de diffusion des mitotypes, chlorotypes et des marqueurs nucléaires seront étayés par les données archéologiques attestant de leur présence à une époque donnée.
Originalité du sujet présenté
Le sujet comporte plusieurs originalités manifestes: technologiques pour les contrôles et scientifiques pour la conservation des ressources génétiques de lolivier.
Le présent travail devra sappuyer sur la génétique, la génétique des populations, lécologie, larchéologie et la paléogénétique. Chez lolivier, cest un travail original dont lapport sera denrichir nos connaissances sur la base génétique de lolivier cultivé et sur le processus de la néolithisation.
L'étude des flux de gènes olivier / oléastre est un problème d'actualité puisque dans plusieurs pays il y a expérimentation d'olivier transgénique pour la résistance aux stress (biotiques et abiotiques). Ces flux de gènes pourraient également avoir une importance en matière de conservation des ressources génétiques (e.g. Médail et al. 2001). Lhistoire de lolivier est calquée sur celle de lhomme. Elle devrait permettre de mieux cerner la nature des échanges, les sens des migrations et leurs impacts sur la diversité génétique dune espèce.
Calendrier
Constitution du comité de thèse : proposition
Frédéric Médail Univ-Marseille 3, IMEP,
Marcel Barbero, Univ-Marseille 3, IMEP
André Bervillé, UMR DGPC, Montpellier
Philippe Baradat, CIRAD Fôrêt UMR AMAP, Montpellier
Guillaume Besnard Univ-Nancy,
Françoise Dosba, UMR BEPC, Montpellier
Rémy Petit INRA Forêt Pierrotton
Jean-Frédéric Terral Univ-Montpellier 2, Centre décologie et de Bio-archéologie
Christian Pinatel AFIDOL Aix en Provence
2003 27 mars réunion du premier comité de thèse à Montpellier
Présentations des propositions puis discussion sur orientations du sujet et échantillonnage adapté, méthodes et calendriers.
Publications envisageables
1 = Organisation de la diversité d'Olea europaea cultivars et oléastres
2 = Flux de gènes olivier oléastre et vice versa
3= impact de la domestication sur lorganisation de la diversité
4 = lhistoire de variétés reconstituée daprès lADN.
5= organisation de la diversité dans une AOC
Conséquences attendues du travail de recherche
En cartographie génétique : La structuration Est Ouest a une conséquence inattendue pour le travail de recherche. Environ un tiers des marqueurs est spécifique de lEst et un tiers de lOuest. pour beaucoup faute de polymorphisme, leur localisation ne peut se faire que dans un croisement dun cultivar de lEst et de lOuest. Or, un tel croisement nest pas disponible. Ceci explique dune part le peu de polymorphisme rencontré dans les descendances de croisements de 2 clones quil sagisse de Leccino (Est) x Dolce Agogia (Est) produit à Peruggia ou Olivière (Ouest) x Arbequina (Ouest produit à Montpellier. En Espagne et au Maroc il en est de même pour les descendances utilisées en cartographie (Est x Est).
il est encore trop tôt pour définir le croisement à réaliser car des impératifs techniques vont probablement prévaloir : lidéal serait de produire une descendance de Sabina (Ouest) x Verdale de lHérault (Est) ou Dolce Agogia ou à la rigueur Olivière x Dolce Agogia, car la carte de chaque cultivar et une carte consensus Olivière et Dolce Agogia est en cours de publication.
Pour éventuellement la sélection : les deux groupes Est et ouest devraient représenter des groupes de combinaison intéressants qui nont pas été exploités. De tels croisements ont dû être produits naturellement puisque quelques cultivars en proviennent et il serait donc intéressant dapprofondir lintérêt de tels croisements en sélection.
Lhistoire de lolivier aiderait à mieux comprendre la néolithisation. Elle correspond à de profonds bouleversements de la société et a un développement de lagriculture. Lolivier a certainement joué un rôle majeur en permettant une meilleure alimentation.
Partenariat scientifique et industriel dans lequel s'inscrit la thèse
Le doctorant réalisera les expériences dans l'atelier de marquage moléculaire et participera à lencadrement de stagiaires à lINRA. Son travail sera réalisé en relation avec l'UMR BEPC cultivées qui gère une partie et coordonne l'ensemble de la gestion des ressources génétiques de l'olivier (resp F Dosba) et UMR- diversité et génome des plantes cultivées (resp S Hamon) équipe 4 (A Bervillé).
LAFIDOL dispose des moyens pour préparer des échantillons dhuile monovariétal et est reconnue pour ses compétences en matière de conseils et sur la qualité technique et gustative des huiles (composition, saveur) sur différents terroirs. Un programme européen sur la traçabilité de lolive a été retenu pour commencer en janvier 2003. Les partenaires INRA, AFIDOL sont impliqués, il apporte les crédits de fonctionnement à la thèse et à lAFIDOL. De plus, la société Phylogène (PME) qui contribue au projet, réalise déjà en partenariat avec lINRA les analyses de traçabilité de lhuile. Le doctorant est donc dans un contexte favorable pour trouver un débouché professionnel après la thèse.
Publications de l'équipe d'accueil et citations
Besnard G., Bervillé A. (2000) Multiple origins for Mediterranean olive (Olea europaea L. ssp europaea) based upon mitochondrial DNA polymorphisms. Comptes Rendus de l'Académie des Sciences, série III, 323: 173-181.
Besnard G., Baradat P., Breton C., Khadari B., Bervillé A. (2001c) Olive domestication from structure of Oleasters and cultivars using nuclear RAPDs and mitochondrial RFLPs. Genetics, Selection, Evolution 33 suppl 1 S251-S268.
Breton C (2001) L'originalité de l'oléastre et des cultivars de Corse s'explique par l'interférence de 3 zones refuges de l'est, de l'ouest et de Sicile-Maghreb en contact dans le bassin Méditerranéen. DEA "Sciences pour l'environnement, option biodiversité" Université de Corte.
Bronzini de Caraffa V., Maury J., Gambotti C., Breton C., Bervillé A., Giannettini J. (2002) Mitochondrial DNA variation and RAPD mark oleasters, olive and feral olive from Western and Eastern Mediterranean. Theoretical and Applied Genetics 104:1209-1216.
Médail F., Quézel P., Besnard G., Khadari B. (2001) Systematics, ecology and phylogeographic significance of Olea europaea L. subsp. maroccana (Greuter & Burdet) P. Vargas et al., a relictual olive tree from South West Morocco. Botanical Journal of the Linnean Society 137:249-266.
Quézel P (1995) la flore du bassin méditerranéen: origine, mise en place, endémisme. Ecologia Mediterranea 21:19-39
Terral J.F. (2000) Exploitation and management of the olive tree during Prehistoric times in Mediterranean France and Spain. J. Archaeol. Sci. 27: 127-133.
Vargas P., Munoz Garmendia F., Hess J., Kadereit J. (2001) Olea europaea subsp guanchica and subsp maroccana (Oleaceae) two new names for olive tree relatives. Anales Jardin Botanico de Madrid 58: 360-361
Khadari B, C. Breton, N Moutier, J.P. Roger, G. Besnard, A. Bervillé, F. Dosba Using molecular markers for olive germplasm management in one collection. Theor Appl Genet in press.