Abstract :
[en] Shea tree (Vitellaria paradoxa) is a vital indigenous African species with significant economic, social and environmental importance. Despite the economic importance of shea butter as a multipurpose product, research efforts toward the genetic improvement of the shea tree have remained limited. In addition, the species faces multiple threats from biotic and abiotic pressures, which compromise both its natural populations and the sustainable supply of shea butter. Addressing these challenges requires dedicated conservation and breeding efforts to unlock the full economic potential of the species.
The general objective of this study was to provide scientific solutions for the sustainable management and efficient utilization of shea tree genetic resources in Côte d’Ivoire. Specifically, the study aimed to: (1) establish an ex situ core collection for conservation and breeding, (2) identify genetic markers associated with shea butter production, and (3) develop vegetative propagation techniques to support domestication.
To achieve these objectives, research was conducted on superior shea trees (SSTs) from the Bagoué, Hambol, Poro, and Tchologo regions, selected through participatory surveys to form an in situ collection. The study revealed significant conservation challenges: 8% of the identified superior trees were dead three years after the identification and 84% were heavily infested with parasitic plants of the Loranthaceae family, threatening the long-term viability of the collection. These findings underscore the need for a dual conservation strategy, integrating both in situ and ex situ approaches, to safeguard shea genetic resources. The establishment of an ex situ collection that captures high genetic diversity is critical for long-term conservation and breeding programs.
Prior to genetic analysis, a novel protocol was developed to extract high-quality, high-yield genomic DNA from both roots and leaves. DNA yield varied by tissue type, with higher concentrations obtained from leaves (5.17 µg) compared to roots (3.96 µg) per 100 mg of tissue. The extracted DNA was successfully used for downstream applications, including SSR-PCR, ISSR-PCR, RAPD-PCR, restriction enzyme digestion, and Sanger sequencing.
Genetic diversity was assessed using 12 morphological traits and 7,559 SNP markers on 220 and 333 SSTs, respectively. The study revealed substantial morphological variation (Shannon diversity index: 0.55–0.98) and moderate genetic diversity (HE = 0.26; PIC = 0.24). Both morphological and molecular analyses clustered the population into three distinct genetic groups. AMOVA based on SNP markers indicated that 100% of the variation occurred within individuals, with a low fixation index (Fst = 0.004), suggesting minimal genetic differentiation. This genetic diversity facilitated the selection of a core collection of 100 trees (30% of the original population) while maintaining full allelic and morphological variation, ensuring its utility for long-term conservation and breeding initiatives.
Furthermore, six multi-locus genome-wide association study (GWAS) methods identified 25 quantitative trait nucleotides (QTNs) associated with shea butter traits and 24 candidate genes involved in fatty acid biosynthesis. Oleic and stearic acids were the predominant fatty acids (85–90%), with regional variations influencing shea butter quality.
In the context of vegetative propagation, in vitro culture successfully induced axillary shoot regeneration using MS/2 medium supplemented with 3/1.2/1 mg/L BAP/Kin/NAA, while 100% of the regenerated shoots developed roots on MS1B/2 medium containing 3/0.1/40 mg/L IBA/mT/putrescine. Genetic fidelity of regenerated plants was confirmed using ISSR markers, ensuring clonal integrity.
This study significantly enhances the understanding of shea tree genetic diversity and conservation in Côte d’Ivoire. It provides practical strategies for sustainable management and breeding, supporting local livelihoods while contributing to the global shea butter industry.
[fr] Le karité (Vitellaria paradoxa) est une espèce indigène africaine essentielle, présentant une importance économique, sociale et environnementale significative. Malgré la valeur économique du beurre de karité en tant que produit à multiples usages, les efforts de recherche consacrés à l’amélioration génétique du karité restent limités. De plus, l’espèce est confrontée à de multiples menaces dues aux pressions biotiques et abiotiques, compromettant à la fois ses populations naturelles et l’approvisionnement durable en beurre de karité. Faire face à ces défis nécessite des efforts ciblés de conservation et d’amélioration génétique afin d’exploiter pleinement le potentiel économique de l’espèce.
L’objectif général de cette étude était de fournir des solutions scientifiques pour la gestion durable et l’utilisation rationnelle des ressources génétiques du karité en Côte d’Ivoire. Plus précisément, l’étude visait à : (1) établir une collection de référence ex situ pour la conservation et l’amélioration génétique, (2) identifier des marqueurs génétiques associés à la production de beurre de karité, et (3) développer des techniques de propagation végétative pour soutenir la domestication.
Pour atteindre ces objectifs, des recherches ont été menées sur des arbres de karité supérieurs (Superior Shea Trees, SSTs) issus des régions de Bagoué, Hambol, Poro et Tchologo, sélectionnés à travers des enquêtes participatives pour constituer une collection in situ. L’étude a révélé des défis majeurs en matière de conservation : 8 % des arbres supérieurs identifiés étaient morts trois ans après l’identification et 84 % étaient fortement infestés par des plantes parasites de la famille des Loranthaceae, mettant en péril la viabilité à long terme de la collection. Ces résultats soulignent la nécessité d’une stratégie de double conservation, intégrant à la fois des approches in situ et ex situ, pour préserver les ressources génétiques du karité. L’établissement d’une collection ex situ capturant une diversité génétique élevée est crucial pour la conservation et les programmes d’amélioration à long terme.
Avant l’analyse génétique, un protocole innovant a été développé pour l’extraction d’ADN génomique de haute qualité et à haut rendement à partir de racines et de feuilles. Le rendement en ADN variait selon le type de tissu, avec des concentrations plus élevées dans les feuilles (5,17 µg) que dans les racines (3,96 µg) pour 100 mg de tissu. L’ADN extrait a été utilisé avec succès pour des applications en aval, notamment le SSR-PCR, ISSR-PCR, RAPD-PCR, la digestion enzymatique et le séquençage Sanger.
L’analyse de la diversité génétique, basée sur 12 caractères morphologiques et 7 559 marqueurs SNP chez respectivement 220 et 333 SSTs, a révélé une variation morphologique importante (indice de diversité de Shannon : 0,55–0,98) ainsi qu’une diversité génétique modérée (HE = 0,26 ; PIC = 0,24). Les analyses morphologiques et moléculaires ont permis de regrouper la population en trois groupes génétiques distincts. L’AMOVA, basée sur les marqueurs SNP, a montré que 100 % de la variation était intra-individuelle, avec un indice de fixation faible (Fst = 0,004), indiquant une différenciation génétique minimale. Cette diversité génétique a facilité la sélection d’une collection de base de 100 arbres (30 % de la population initiale), capturant l’ensemble de la variation allélique et morphologique, assurant ainsi son utilité pour la conservation et l’amélioration à long terme.
Par ailleurs, six méthodes d’association pangénomique multi-locus (GWAS) ont permis d’identifier 25 QTNs (quantitative trait nucleotides) associés aux caractéristiques du beurre de karité et 24 gènes candidats impliqués dans la biosynthèse des acides gras. L’acide oléique et l’acide stéarique étaient les acides gras dominants (85–90 %), avec des variations régionales influençant la qualité du beurre de karité.
Dans le cadre de la propagation végétative, la culture in vitro a permis l’induction de pousses axillaires sur un milieu MS/2 supplémenté avec 3/1,2/1 mg/L de BAP/Kin/NAA, tandis que 100 % des pousses régénérées ont développé des racines sur un milieu d’enracinement MS1B/2 contenant 3/0,1/40 mg/L d’IBA/mT/putrescine. La fidélité génétique des plants régénérés a été confirmée à l’aide de marqueurs ISSR, garantissant leur intégrité clonale.
Cette étude apporte une contribution significative à la compréhension de la diversité génétique et de la conservation du karité en Côte d’Ivoire. Elle propose des stratégies pratiques pour une gestion durable et une amélioration génétique, soutenant ainsi les moyens de subsistance locaux tout en contribuant à l’industrie mondiale du beurre de karité.
