Phylogénie moléculaire et morphologique des Detarieae résinifères (Leguminosae : Caesalpinioideae) : contribution à l'étude de l'histoire biogéographique des légumineuses

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Systématique moléculaire et biogéographie de trois genres malgaches menacés d'extinction Delonix, Colvillea et Lemuropisum (Caesalpinioideae: Leguminosae)

Ce mémoire porte sur les relations phylogénétiques, géographiques et historiques du genre afro-malgache Delonix qui contient onze espèces et des genres monospécifiques et endémiques Colvillea et Lemuropisum. Les relations intergénériques et interspécifiques entre les espèces de ces trois genres ne sont pas résolues ce qui limite la vérification d’hypothèses taxonomiques, mais également biogéographiques concernant la dispersion de plantes depuis ou vers Madagascar. Une meilleure compréhension des relations évolutives et biogéographiques entre ces espèces menacées d’extinction permettrait une plus grande efficacité quant à leur conservation. L’objectif de ce mémoire est de reconstruire la phylogénie des espèces à l’aide de régions moléculaires des génomes chloroplastique et nucléaire, d’identifier les temps de divergences entre les espèces et de reconstruire l’aire géographique ancestrale pour chacun des groupes. Ce projet démontre que le genre Delonix n’est pas soutenu comme étant monophylétique et qu’une révision taxonomique s’impose. Les relations intergénériques demeurent floues quant à la position phylogénétique de Colvillea et nos résultats suggèrent de l’hybridation ou un assortiment incomplet de cette lignée. Les espèces sont apparues et se sont diversifiées au Miocène à partir d’un ancêtre commun du sud de Madagascar. La phylogénie montre deux clades associés aux aires géographiques de répartition des espèces opposant les espèces largement répandues à celles majoritairement restreintes au fourré aride. Différentes hypothèses afin d’expliquer la dispersion des Delonix africains au Miocène à partir de Madagascar sont discutées. Un point de mire sur les interactions biotiques et abiotiques, passées et présentes, dans le fourré aride de Madagascar est recommandé en terme de conservation.

Systematics and floral evolution of the Dialiinae (Caesalpinioideae), a diverse lineage of tropical legumes

Le clade Dialiinae représente l’une des premières lignées de la sous-famille Caesalpinioideae des Leguminosae. Il se compose de 17 genres (environ 90 espèces), avec des taxons qui sont répandus dans toutes les régions tropicales du monde. Morphologiquement, le groupe comprend un assemblage divers de taxons qui peut représenter une «phase expérimentale» dans l’évolution florale des légumineuses. Différents représentants du clade présentent de la poly-, mono-, et asymétrie, et semblent avoir subi un haut degré de perte d’organe, produisant, dans certains cas, des fleurs extrêmement réduites qui sont à peine reconnaissables comme appartenant à la famille des légumineuses. Afin d’obtenir une image plus claire de l’évolution florale du clade Dialiinae, une phylogénie bien résolue et bien soutenue est nécessaire. Dans le but de créer une telle phylogénie, un total de 37 échantillons d’ADN des Dialiinae a été séquencé pour deux régions chloroplastiques, soit rps16 et trnL. De plus, une étude morphologique complète a été réalisée. Un total de 135 caractères végétatifs et reproductifs a été évalué pour 79 espèces de Dialiinae et pour quatre groupes externes. Les analyses phylogénétiques ont d’abord été effectuées sur un groupe restreint de taxons pour lesquels les trois types de données étaient disponibles. Les nœuds fortement soutenus de cette phylogénie ont ensuite été utilisés comme contrainte pour une seconde analyse de parcimonie avec les données morphologiques d’un ensemble plus important de taxons. Les caractères morphologiques ont été optimisés sur l’un des arbres les plus parcimonieux de cette seconde analyse. Un certain nombre de nouvelles relations au niveau de l’espèce ont été résolues, créant une image plus claire quant à l’évolution de la forme florale dans le temps, particulièrement pour les genres Labichea et Dialium. En plus de leur morphologie florale mature diverse, les Dialiinae sont également très variables dans leur ontogénèse florale, affichant à la fois la perte et la suppression des organes, et présentant une variété de modes d’initiation d’organes. Afin de construire une image plus complète du développement floral et de l’évolution dans ce clade, l’ontogénèse florale de plusieurs espèces non documentées à ce jour a été étudiée. La série complète du développement a été compilée pour six espèces de Dialiinae; quatre de Dialium, ainsi que Poeppigia procera et Mendoravia dumaziana. Le mode et le moment de l’initiation des organes étaient pour la plupart uniforme pour toutes les espèces de Dialium étudiés. Tant pour ce qui est des gains ou des pertes d’organes chez Dialium, une tendance est apparente – l’absence d’organe abaxial. Que ce soit pour les sépales ou les étamines, les gains se produisent toujours en position médiane adaxiale, tandis que les étamines et les pétales perdus sont toujours les organes les plus ventraux. Les taxons étudiés ici illustrent le manque apparent de canalisation du développement observé chez les Caesalpinioideae. Cette plasticité ontogénétique est le reflet de la diversité morphologique au niveau des fleurs tel qu’observée dans l’ensemble de la sous-famille. Une des espèces de Dialiinae, Apuleia leiocarpa, produit une inflorescence andromonoïque, une caractéristique qui est unique en son clade et rare dans les légumineuses dans son ensemble. La microscopie optique et électronique ont été utilisées pour entreprendre une étude détaillée de la morphologie florale de ce taxon. On a constaté que tandis que les fleurs hermaphrodites produisent un seul carpelle et deux étamines, les fleurs staminées produisent trois étamines sans toutefois montrer signe de développement du carpelle. Les inflorescences semblent produire près de quatre fois plus de fleurs staminées que de fleurs hermaphrodites, lesquelles occupent toujours la position centrale de l’inflorescence cymeuse. Ce ratio élevé mâle/bisexuel et la détermination précoce du sexe chez Apuleia sont rares chez les Caesalpinioideae, ce qui suggère que l’andromonoecie se développe dans ce genre comme un moyen d’accroître la dispersion du pollen plutôt qu’en réponse à des limitations de ressources.

Onset of germinability, desiccation tolerance and hardseededness in developing seeds of Peltophorum pterocarpum (DC) K. Heyne (Caesalpinioideae)

In the hot and dry conditions in which seeds of the tree legume Peltophorum pterocarpum develop and mature in Vietnam, seed moisture content declined rapidly on the mother plant from 87% at 42 d after flowering (DAF) to 15% at 70 DAF. Dry weight of the pods attained a maximum value at about 42 DAF, but seed mass maturity (i.e. the end of the seed-filling phase) occurred at about 62 DAF, at which time seed moisture content was about 45-48%. The onset of the ability of freshly collected seeds to germinate (in 63-d tests at 28-34degreesC) occurred at 42 DAF, i.e. about 20 d before mass maturity. Full germination (98%) was attained at 70 DAF, i.e. at about 8 d after mass maturity. Thereafter, germination of fresh seeds declined, due to the imposition of a hard seed coat. Tolerance of desiccation to 10% moisture content was first detected at 56 DAF and was complete within the seed population by 84 DAF, i.e. about 22 d after mass maturity. Hardseededness began to be induced when seeds were dried to about 15% moisture content and below, with a negative logarithmic relation between hardseededness and moisture content below this value.

Inhibition of peroxidase activity and scavenging of reactive oxygen species by astilbin isolated from Dimorphandra mollis (Fabaceae, Caesalpinioideae)

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Ontogenesis of the fruit pulp layer of Hymenaea stigonocarpa (Fabaceae : Caesalpinioideae)

Hymenaea, a genus of major economic importance, has been the subject of several botanical studies. However, there is disagreement over the origin of the edible fruit pulp of Hymenaea, as there are no ontogenetic studies on this organ. According to some authors, the edible layer results from transformations of the mesocarp and endocarp, while according to others, it is considered a seed aril. There are still others who regard this layer as originating from an undefined region of the pericarp. To understand the nature and origin of the pulp layer, Hymenaea stigonocarpa Mart. ex Hayne ovaries and fruit were processed according to standard techniques. The production of the fruit pulp layer starts immediately after anthesis. During anthesis, the inner epidermal cells of the ovary show periclinal division and form a new layer of cells towards the mesocarp; this remains meristematic and initiates cell production by predominantly periclinal divisions, producing a compact tissue towards the locule. This tissue will become the fruit pulp layer, the inner endocarp. The seed coat shows typical testal structure without evidence of aril formation. This allows us to conclude that the fruit pulp layers are exclusively made from part of the endocarp. We also observed resin cavities on outer mesocarp and outer endocarp.

Structural and ultrastructural aspects of ontogenesis and differentiation of resin secretory cavities in Hymenaea stigonocarpa (Fabaceae-Caesalpinioideae) leaves

Cell lysis in the formation of secretory cavities in plants has been questioned by some authors and considered as result of technical artifacts. To describe the formation of secretory resin cavities in Hymenaea stigonocarpa leaves, leaflet samples at different stages of differentiation were collected, fixed, and processed for light and electron microscopy as per usual methods. The initial cells of secretory resin cavities are protodermal and grow towards the mesophyll ground meristem; these cells then divide producing cell groups that are distinguished by the shape and arrangement of cytoplasm, and density. At the initial stages of differentiation of the secretory cavities, some central cells in these groups show dark cytoplasm and condensed nuclear chromatin. Later, there is cell wall loosening, tonoplast and plasmalemma rupture resulting in cell death. These cells, however, maintain organelle integrity until lysis, when the cell wall degrades and the plasmalemma ruptures, releasing protoplast residues, marked characteristics of programmed cell death. The secretory epithelium remains active until complete leaf expansion when the cavity is filled with resin and the secretory activity ceases. There are no wall residues between central cells in adult cavities. Our results demonstrate lysigeny and the importance of ontogenetic studies in determining the origin of secretory cavities.

Ontogenesis, structure and ultrastructure of Hymenaea stigonocarpa (Fabaceae : Caesalpinioideae) colleters

The genus Hymenaea is characterized by a great diversity of secretory structures, but there are no reports of colleters yet. The objectives of this study are to report the occurrence and describe the origin and structure of colleters in Hymenaea stigonocarpa Mart. ex Hayne. Shoot apex samples were collected, fixed, and processed for light microscopy, scanning electron microscopy, and transmission electron microscopy as per usual methods. Colleters occur predominantly on the stipule's adaxial side. These structures are found at the base on a narrow strip, corresponding to the median vein up to half the length of the stipule. When present on the abaxial side, they are concentrated at the base and restricted to the margins. Colleters develop from the protoderm; they are elongate and club-shaped. Their body has no stratification; their surface cells differ from the inner cells only in position and presence of cuticle. Colleter cells have thin walls, dense cytoplasm, large nuclei, many mitochondria, rough endoplasmic reticulum, and abundant dictyosomes. Histochemical tests with Ruthenium red showed pectic compounds in the cytosol. In H. stigonocarpa, colleter arrangement is compatible with the hypothesis that they protect shoot apex. In this species, protection is reinforced by the sheath formed by the stipule pairs.

Developmental and structural features of secretory canals in root and shoot wood of Copaifera langsdorffii Desf. (Leguminosae-Caesalpinioideae)

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Seasonal development of secondary xylem and phloem in Schizolobium parahyba (Vell.) Blake (Leguminosae : Caesalpinioideae)

The cambial activity and periodicity of secondary xylem and phloem formation have been less studied in tropical tree species than in temperate ones. This paper describes the relationship between seasonal cambial activity, xylem and phloem development, and phenology in Schizolobium parahyba, a fast growing semideciduous seasonal forest tree from southeastern Brazil. From 2002 to 2003, wood samples were collected periodically and phenology and climate were recorded monthly in the same period. S. parahyba forms annual growth increments in wood, delimited by narrow initial parenchyma bands. The reduction of the cambial activity to a minimum correlates to the dry season and leaf fall. The higher cambial activity correlates to the wet season and the presence of mature leaves. In phloem, a larger conductive region was observed in the wet season, when the trees were in full foliage. The secondary phloem did not exhibit any incremental zone marker; however, we found that the axial parenchyma tends to form irregular bands.