ADN, rapports historiques, données morphologiques relient l’arbre à pain à son histoire

Aujourd’hui, 230 ans plus tard, une équipe de biologie végétale dirigée par la Northwestern University, le Chicago Botanic Garden et le St. Vincent Botanical Gardens a, pour la première fois, retracé cinq lignées majeures d’arbres à pain des Caraïbes jusqu’à cette seule introduction du voyage de Bligh.

Non seulement les cultivars originaux d’arbres à pain (ou variétés produites par sélection sélective) ont survécu pendant des siècles, mais ils prospèrent également, ont découvert les chercheurs.

L’étude sera publiée le 5 janvier 2023 – le 230e anniversaire de l’arrivée de Bligh dans les Caraïbes – dans la revue Biologie actuelle.

“L’arbre à pain est une culture sous-utilisée, et elle ne reçoit pas autant d’attention que les principales cultures”, a déclaré Nyree Zerega, auteur principal de l’étude. “Cependant, l’intérêt pour l’arbre à pain augmente à l’échelle mondiale, et nous avons pensé que ce serait une énigme fascinante à résoudre.”

“En dehors de l’Océanie, les Caraïbes sont l’un des plus grands producteurs d’arbres à pain au monde”, a ajouté Lauren Audi, le premier auteur de l’étude. “Et nous ne savons vraiment pas grand-chose sur la diversité génétique du fruit dans les Caraïbes. Parce que c’est une culture importante pour la sécurité alimentaire – en particulier pour les nations insulaires qui sont très sensibles au changement climatique – nous voulions caractériser la génétique diversité des cultures d’arbres à pain afin de les conserver. La première étape pour cela est de caractériser la diversité de ce que nous avons déjà.

Experte en fruits à pain, Zerega est directrice du programme de biologie et de conservation des plantes, un partenariat entre le Weinberg College of Arts and Sciences de Northwestern et le Chicago Botanic Garden, et scientifique en conservation au Negaunee Institute for Plant Conservation Science and Action au Chicago Botanic Jardin. Audi était un étudiant diplômé du laboratoire de Zerega au moment de la recherche. Aujourd’hui, elle est responsable de laboratoire au Sackler Institute for Comparative Genomics de l’American Museum of Natural History de New York et titulaire d’un doctorat. candidat à l’Université de New York.

Fruit à pain sur le ‘Bounty’

Beaucoup de gens connaissent peut-être le capitaine Bligh de “Mutiny on the Bounty”, une série de livres et un film classiques mettant en vedette Clark Gable qui a romancé le voyage ardu et l’échec ultime de la mission. (Le film a ensuite été refait deux fois – avec Marlon Brando en 1962 et Anthony Hopkins en 1984.)

À bord d’un navire de la Royal Navy britannique appelé le HMS Bounty, le capitaine Bligh et son équipage se sont arrêtés à Tahiti, où ils ont travaillé avec les habitants pour récolter des fruits à pain. L’objectif était d’introduire l’arbre à pain comme aliment bon marché pour les populations esclaves contraintes de travailler dans les plantations britanniques des îles des Caraïbes. Mais ces plans furent brusquement abandonnés en avril 1789 lorsque l’équipage du Bounty prit le contrôle du navire, jetant Bligh et ses 18 loyalistes par-dessus bord.

Pourtant, Bligh a survécu – et est resté dévoué à l’objectif initial de collecter et de transporter l’arbre à pain. À peine deux ans plus tard, il repartait, cette fois sur le HMS Providence avec un navire qui l’accompagnait, le HMS Assistant. Bien que Bligh ait enregistré les noms de huit types d’arbres à pain dans son journal pour le Bounty, les journaux du Providence manquent curieusement ces détails cruciaux.

“Lorsque vous regardez les journaux du Bounty, Bligh a soigneusement documenté ce qui a été collecté”, a déclaré Zerega. “Mais lors de son deuxième voyage, le temps passé à Tahiti a été plus court et il n’y avait aucune note sur les noms des cultivars d’arbres à pain qu’ils avaient réellement collectés. Il a indiqué que cinq types d’arbres à pain sans pépins avaient été collectés, mais des textes historiques ultérieurs ont suggéré différents nombres. Vouloir savoir cela est en partie de la curiosité, mais c’est aussi utile car cela relie les connaissances interculturelles sur les plantes.

Défis génétiques

Le manque de documents historiques de la Providence n’est pas la seule raison pour laquelle la caractérisation de la diversité génétique de l’arbre à pain dans les Caraïbes a été difficile. Il existe plusieurs défis génétiques. Premièrement, les arbres à pain sans pépins sont triploïdes. En d’autres termes, ils ont trois copies de chromosomes, au lieu de deux (diploïdes), ce qui est plus courant. Il n’y a pas autant d’outils génétiques conçus pour analyser les triploïdes que les diploïdes.

Les arbres à pain triploïdes sont également incapables de se reproduire sexuellement et ne peuvent survivre que si les humains les propagent par clonage. Cela se fait avec de nombreux arbres fruitiers cultivés – même ceux qui peuvent se reproduire sexuellement – pour assurer le contrôle de la qualité.

“Lorsque vous croquez dans une pomme Honey Crisp, vous vous attendez à un goût et à une texture différents de ceux d’un McIntosh”, a expliqué Zerega. “La propagation clonale garantit que vous obtenez ce que vous attendez. Lorsque les plantes développent des graines par reproduction sexuée, elles donnent lieu à des variations dans la progéniture, tout comme la variation entre les frères et sœurs humains.”

Au cours de milliers d’années de propagation clonale, cependant, des variations peuvent encore survenir en raison de mutations somatiques, qui sont des mutations dans les cellules non reproductrices de l’arbre. Des mutations somatiques peuvent survenir spontanément, en raison d’un stress ou d’erreurs dans la réparation de l’ADN. A la recherche des meilleurs fruits, l’homme sélectionne parfois la partie de la plante où s’est produite la mutation somatique et la propage. Ainsi, si la mutation donne naissance à un nouveau type de feuille ou de fruit désirable, les gens peuvent couper la branche où la mutation s’est produite, la propager et essentiellement cloner cette nouvelle mutation pour faire pousser à nouveau un arbre avec le fruit désirable.

Quelle que soit la mutation qui a provoqué le changement, elle peut être extrêmement petite et difficile à identifier génétiquement. La détection des différences d’ADN entre différentes lignées clonales (c’est-à-dire des lignées issues de différents arbres “mères” historiques) est beaucoup plus facile que la détection de différences dues à des mutations au sein de la même lignée clonale. Néanmoins, tous les cultivars d’arbre à pain sans pépins sont assez similaires, ce qui rend difficile la caractérisation génétique de différents cultivars.

Enfin, à la fois au sein et entre les groupes d’îles du Pacifique et des Caraïbes, les gens utilisent de nombreux noms différents pour ce qui semble parfois être les mêmes cultivars. Cela ajoute à la confusion lors de la caractérisation de la diversité.

Relier les pièces

Pour surmonter ces défis, les chercheurs ont utilisé une variété d’outils. Ils ont intégré les connaissances locales avec des documents historiques et des spécimens, des données morphologiques (observations sur la taille, la forme et la texture des fruits) et un séquençage ciblé du génome.

En partenariat avec les jardins botaniques de Saint-Vincent, le ministère du Tourisme de Saint-Vincent et l’Autorité des parcs nationaux, des rivières et des plages de Saint-Vincent, les membres de l’équipe de recherche ont parcouru Saint-Vincent. Ils ont collecté des feuilles et pris des mesures, telles que la taille des feuilles, la taille et la forme des fruits. Ensuite, ils ont complété ces échantillons avec des spécimens historiques séchés et pressés stockés dans des herbiers de musées et de jardins botaniques du monde entier, y compris un spécimen collecté en 1769 lors du voyage HMS Endeavour dirigé par le capitaine James Cook.

De retour au laboratoire du Chicago Botanic Garden, les chercheurs ont analysé plus de 200 spécimens individuels d’arbre à pain, en se concentrant principalement sur l’arbre à pain sans pépins de Saint-Vincent et de Tahiti ainsi que sur des échantillons du monde entier. Le processus impliquait l’extraction et le séquençage de l’ADN à partir d’échantillons de feuilles. Parmi ces échantillons, les chercheurs ont finalement identifié huit grandes lignées mondiales d’arbres à pain, dont cinq se trouvent dans les Caraïbes et représentent probablement l’introduction originale de 1793 par le HMS Providence.

“C’est un projet passionnant”, a déclaré Diane Ragone, directrice émérite du Breadfruit Institute du National Tropical Botanical Garden à Hawaii, co-auteur de l’étude et ancienne conseillère de Zerega. “Grâce à des recherches en laboratoire, en herbier et en bibliothèque et à des travaux de terrain à Tahiti et dans les Caraïbes et en étudiant des arbres à pain conservés au Jardin botanique tropical national d’Hawaï, trois générations de femmes scientifiques ont pu apporter des réponses à un mystère séculaire : ‘Quelles variétés de fruit à pain le capitaine Bligh a-t-il introduit dans les Caraïbes ? »

Sur la base des travaux antérieurs de Zerega et d’autres, il existe de nombreuses autres lignées mondiales d’arbres à pain lorsque la grande diversité de cultivars semés d’Océanie est incluse. L’étude actuelle s’est concentrée principalement sur l’arbre à pain sans pépins.

“Nous avons identifié cinq lignées génétiques dans les Caraïbes, ce qui correspond à ce que nous avons trouvé dans certains textes historiques”, a déclaré Audi. “C’était excitant de démêler cette histoire et de caractériser génomiquement la diversité de l’arbre à pain dans les Caraïbes pour la première fois.”

“Pourtant, il peut y avoir plus de types d’arbres à pain à Saint-Vincent que nos méthodes génétiques ne pourraient identifier, car ils sont si étroitement liés”, a déclaré Zerega. “Même si nous ne trouvons pas de différences génétiques entre les plantes auxquelles les gens attribuent des noms différents, ces noms ont toujours une signification et une valeur.”

L’importance de l’arbre à pain

Bien que l’arbre à pain ait commencé par une sombre histoire dans les Caraïbes en tant que nourriture d’esclaves, le fruit nutritif est finalement devenu une partie importante du régime alimentaire et de la culture insulaires. Bien qu’il ait “fruit” dans son nom, l’arbre à pain est féculent et sans pépins, jouant un rôle culinaire plus comme une pomme de terre. Étroitement lié au jacquier, cet aliment riche en nutriments est riche en fibres, vitamines et minéraux. Dans son Océanie natale où l’arbre à pain a été domestiqué, les gens mangent de l’arbre à pain depuis des milliers d’années – qu’ils soient cuits à la vapeur, rôtis, frits ou fermentés. L’arbre à pain peut également être transformé en farine, afin d’allonger sa durée de conservation.

Une fois établi, un seul arbre à pain peut vivre pendant des décennies, produisant un grand nombre de fruits chaque année. Et comme c’est une culture pérenne, elle nécessite également moins d’apport énergétique (eau et engrais) que les cultures annuelles qu’il faut replanter chaque année. Comme les autres arbres, il séquestre également le dioxyde de carbone de l’atmosphère.

“La sécurité alimentaire et la souveraineté alimentaire pour le prochain millénaire résident dans l’infinie possibilité inexploitée de l’arbre à pain”, a déclaré Gordon JP Shallow, co-auteur de l’étude, qui était conservateur du Jardin botanique de Saint-Vincent au moment de la recherche.

Plus tôt cette année, les climatologues de Zerega et de Northwestern ont rédigé une autre étude (publiée dans PLOS Climate), qui a révélé que l’arbre à pain est particulièrement résistant face au changement climatique d’origine humaine. Bien que d’autres cultures de base se débattent dans des conditions chaudes, les chercheurs prédisent que l’évolution des conditions aura moins d’effet sur l’arbre à pain. Cela signifie qu’il pourrait jouer un rôle important dans la lutte contre la faim liée au climat.

L’étude, “Lier les noms de cultivars d’arbres à pain à travers le monde relie les histoires après 230 ans de séparation”, a été soutenue par le Garden Club of America, la Botanical Society of America, l’Institute for Sustainability and Energy du Northwestern Resnick Social Impact Fund et la Northwestern University Bourse de recherche des diplômés.