Au travers d'une approche de génétique des populations et de phylogéographie, basée sur la comparaison des patrons de diversité chloroplastiques et nucléaires, cette étude s'attache à retracer les processus qui ont façonné la diversité de la patate douce depuis sa domestication en Amérique tropicale jusqu'à son introduction et sa diffusion en Océanie. Dans un premier temps, cette étude s'intéresse à l'histoire de la domestication et à l'identification de l'origine botanique et géographique de la patate douce dans son aire d'origine - l'Amérique tropicale. La patate douce est un taxon hexaploïde pour lequel les différents contributeurs sauvages n'ont pas encore été clairement identifiés. Deux hypothèses sont classiquement invoquées: 1) une origine autopolyploide à partir d'un taxon sauvage diploide I. tridida et 2) une origine allopolyploide ayant impliqué l'hybridation de deux espèces distinctes I. trifida et I. triloba. Nos résultats génétiques viennent corroborer le scénario auto-polyploïde. Néanmoins, contrairement à ce qui était avancé auparavant, I. trifida ne peut être considérée comme l'ancêtre sauvage de la patate douce. Des formes sauvages de I. batatas existent, populations à partir desquelles les formes cultivées ont été domestiquées. Par ailleurs, nous révélons l'existence de deux lignées chloroplastiques distinctes au sein des cultivars de patate douce, ce qui laisse penser que plusieurs parents sauvages, différenciés génétiquement mais probablement conspécifiques, sont impliqués dans la formation du génome de I. batatas. Deux scénarios (non exclusifs) peuvent alors être envisagés: i) I. batatas résulte de l'hybridation de plusieurs lignées distinctes (conspécifiques ou proches); ii) I. batatas est un complexe autopolyploïde avec une origine multiple. La caractérisation génétique des cultivars de patate douce met en lumière l'existence de deux groupes génétiques différenciés et géographiquement structurés: l'un correspond aux variétés d'Amérique centrale et caribéenne et l'autre aux variétés de la région du Pérou et de l'Equateur. Ce patron de diversité suggère fortement une domestication multi-locale - en Amérique centrale et en Amérique du Sud - et renforce l'hypothèse d'une origine autopolyploïde multiple dans ces deux régions. Dans un deuxième temps, notre étude nous conduit en Océanie, une aire d'introduction de la patate douce. La distribution de la patate douce dans le Pacifique s'explique par une (des) introduction(s) pré-historique(s) en Polynésie en provenance d'Amérique du Sud (par les polynésiens eux-mêmes) et des introductions historiques dans le Pacifique Ouest, en provenance du Mexique et des Caraïbes. Il s'agit là d'une hypothèse élaborée par des linguistes, ethnobotanistes et archéologues, mais qui à ce jour manquait de preuves génétiques. En combinant un échantillonnage de variétés traditionnelles contemporaines et des spécimens d'herbiers datant du 18ième au début du 20ième siècle, nous avons pu retracer l'évolution temporelle et spatiale de la diversité dans le Pacifique. Nous montrons que les variétés de patate douce présentes jusqu'au début du 20ième siècle en Polynésie ont clairement une signature génétique sud-américaine, c'est-à-dire qu'elles dérivent directement des variétés de la région Pérou-Equateur. Ainsi nos données génétiques apportent une preuve supplémentaire à l'existence d'au moins une connexion préhistorique entre la Polynésie et l'Amérique du Sud. A l'Ouest du Pacifique, les cultivars de patate douce ont une origine principalement centraméricaine. Nous montrons également qu'il y a eu un remaniement de la base génétique au fil des nouvelles introductions, effaçant progressivement la signature des introductions d'origine. En revanche, les phénotypes reconnus par les cultivateurs et les noms associés - c'est-à-dire les déterminants « culturels » des variétés - ont probablement été maintenus. La patate douce est essentiellement propagée par voie clonale par les cultivateurs. / Following a population genetics and phylogeography approach, based on the comparison of chloroplastic and nuclear diversity patterns, this study aims at describing the processes which built sweet potato diversity from its domestication in tropical America to its introduction and diffusion into Oceania. We first studied the history of sweet potato domestication and identified its botanic and geographic origin in the area from which it originates - tropical America. Sweet potato is a hexaploid taxa of which the wild parents still remain to be identified. Two hypothesis are classically refered to: 1) an autopolyploid origin deriving from a wild diploid I. tridida and 2) an allopolyploid origin implying the hybridization between I. trifida et I. triloba. Our genetic results corroborate the autopolyploid scenario. However, in contrast to what was previously anticipated, I. trifida cannot be considered the wild ancestor of sweet potato. Wild forms of I. batatas do exist, these are populations from which cultivated forms were domesticated. In addition, we highlighted the existence of two distinct chloroplastic lineages within sweet potato cultivars, suggesting that several wild parents, genetically differenciated but probably conspecifics are involved in the formation of the I. batatas genome.Two scenari (non exclusive) are to be envisaged: i) I. batatas would result from the hybridization of several independent lines (conspecific or near); ii) I. batatas is an autoploid complex with multiple origin. The genetic characterization of sweet potato cultivars highlight the existence of two genetically differentiated and geographically structured groups: one includes central american and caribbean varieties while the other is made of varieties from Peru and Equador region. This diversity pattern is strongly suggestive of multilocal domestication events - in Central America and in South America - and strengthens the hypothesis of a multiple autopolyloid origin in these two regions.Next, we investigated Oceania as area of introduction of sweet potato. The sweet potato distribution in the Pacific can be explained by pre-historic introductions in Polynesia originating from South America (brought by Polynesians), and historical introductions in West-Pacific originating from Mexico and the Caribbean islands.This is a hypothesis originally proposed by linguists, ethnobotanists and archeologists, but which was lacking until now of genetic proves. Combining the sampling of contemporary traditional varieties and herbarium specimens dating from the 18th to the early 20st century, we were able to refine the temporal and spatial evolution of sweet potato diversity in the Pacific. We demonstrate that sweet potato varieties present until the early 20th century in Polynesia clearly harbor a south-american genetic signature, indicating that they directly derive from varieties found in the Peru-Ecuador area. Thus our genetic data provide an additional prove to the existence of at least one prehistoric connection between Polynesia and South America. On the west side of Pacific, sweet potato cultivars mainly display a central-american origin. We also demonstrate that a reshuffling of the genetic base happened in line with the occurrence of new introductions, progressively erasing the signature of original introductions. In contrast, phenotypes and associated names known by farmers, i.e. cultural determinants of these varieties - were probably maintained over time. Sweet potato is essentially propagated clonally by farmers. However, it also maintained active sexual reproduction. Our genetic data demonstrate that the impressive numbers of cultivars found nowadays in Oceania mainly derive from independent recombination events and from the local selection of true-seed plants. In some regions, this diversification process even lead to the emergence of secondary diversity centers, as exemplified by New Guinea highlands.

Dans les régions tropicales. Il existe une multitude de systèmes alternatifs avec une grande diversité de pratiques. Ces systèmes sont souvent basés sur une utilisation optimale des ressources animales et végétales locales présentes sur l'exploitation. L'objectif de ce travail est de mieux connaître certaines de ces ressources tropicales disponibles et pouvant potentiellement être intéressantes à utiliser en alimentation porcine dans le cadre de ces systèmes alternatifs de type polyculture - élevage. Les résultats montrent que la capacité d'Ingestion des feuilles de manioc et de patate douce est la même quel que soit la forme de présentation (feuilles fraîches ou en farine). La capacité d'ingestion des feuilles de madère est plus élevée lorsqu'elles sont distribuées en farine (95 vs.40SgIj), inversement, les feuilles fraîches d'érythrine sont mieux ingérées (246 vs. 488 g/j). Les résultats sur la valeur nutritionnelle des feuillages tropicaux montrent qu'ils ont une faible densité énergétique comprise entre 6.5 et 8.2 MJ/kg de MS. La détermination du profil en acides aminés des feuilles montrent que les acides aminés des feuilles de madère et de patate douce sont plus digestibles que ceux des feuilles d'érythrine et de manioc.Au final les teneurs en lysine digestible sont de 5,3 g/kg MS pour la patate et 6,3 g/kg MS pour le madère. En conclusion, l'ingestion, ainsi que la teneur énergétique et protéique des feuilles d'une feuille à l'autre varie en fonction de sa teneur en fibres mais également en fonction de leur concentration en tanins. En pratique, les feuilles de patate douce et de madère sont les plus intéressantes pour la réalisation de ration. / In the troples, there are a multitude of alternative systems with wide variety of practices. These systems are often based on an optimal use of local plantand animal on the farm. The objective of this work is to better understand some of these tropical resources avaibable and can potentially be interesting to use in pig feed in the context of these mixed farming system.The results show that the feed intake capacity of cassava and sweet potato leaves is the same whatever the processing form (fresh leaves or meal).The intake capacity of cocoyam leaves18 higher when distributed Into meal (95 vs.408g1d). In opposite the Erythrina fresh leaves are best Ingested (246 va, 488 g 1dl. Results on the nutrltlonal value of tropical foliage show they have low energy density between 6.5 and 8.2 MJ1kg DM. The determlnation of amino acid profile show that the amina acids of cocoyam and sweet potato leaves are more dlgestible than the erythrina and cassava leaves. Ultlmately digestible lysine contents were 5.3 g/kg DM for potato and 6.3 g / kg DM for the cocoyam. ln conclusion, ingestion, and energy and protein content of leaves from one sheet to another depends on its fiber content but aIso according to their tannin. In practice,the leaves of sweet potato and cocoyam are the most Interesting for the realization of diet

La patate douce est un tubercule appartenant à l'ordre des polémoniales et à la famille des convolvulacées. Il contient de l’amidon, qui est l’élément principal, des dextrines, du ß-carotène, puis d’autres éléments nutritifs en quantités variables. L’objectif de la thèse a été de valoriser la patate douce sous forme de farines et de mettre en évidence les potentialités technologiques de ces farines. Deux études complémentaires ont été réalisées au cours de ce travail de thèse, la première concerne l’étude de l’impact des prétraitements thermiques et chimiques sur les propriétés physicochimiques, thermiques, rhéologiques et fonctionnelles des farines issues de patates douces ayant : TPD (tranche de patate douce non prétraitée), TPDCaCl2 (tranche de patate douce prétraitée au CaCl2) et enfin TPDB (tranche de patate douce prétraitée par blanchiment). Il en résulte une légère augmentation de la teneur en sucres réducteurs dans les farines TPDCaCl2 par rapport aux farines TPDB et TPD. Cependant, la valeur de L* (luminance) dans la farine TPDB était inférieure à celles des farines TPDCaCl2 et TPD. La teneur en calcium était relativement élevée dans la farine TPDCaCl2 (120,6 mg/100g) par rapport aux farines TPD et TPDB (respectivement, 77,8 et 67,6 mg/100g). Les valeurs d’enthalpie de gélatinisation et de module élastique (G’) étaient supérieures dans la farine TPDCaCl2. La capacité de gonflement était élevée dans les farines blanchies. Il a également été constaté une légère augmentation de la constante d'énergie de liaison d'eau du modèle BET dans les farines traitées au CaCl2 et une augmentation marquée pour les farines blanchies. De cette étude, on déduit que les farines traitées au CaCl2 possèdent les propriétés physicochimiques les plus intéressantes pour une application en panification et dans la formulation alimentaire. Dans une seconde étude, les essais de panification ont été réalisés avec différents taux d’incorporation à la farine de blé (0, 10, 15, 20, 25 et 30 %) des farines de patate douce traitées au CaCl2 afin de déterminer le taux d’incorporation optimal permettant de réaliser un compromis entre l’amélioration des propriétés nutritionnelles et la diminution des propriétés rhéologiques de la pâte à pain, suite à l’incorporation de farine de patate douce. Les paramètres texturaux des pâtes ont été déterminés. Il en résulte une diminution de la cohésion, la valeur de a* (échelle de couleurs rouge-vert) a augmenté avec l’augmentation du taux de substitution, contrairement aux valeurs de la luminance L* qui ont diminué. Finalement, la farine de patate douce pouvait être incorporée dans une formulation de panification jusqu’à 25 % sans dépréciation notable des qualités organosensorielles des pains / Sweet potato is an edible tuber belonging to the order of Solanales and Convolvulaceae family. It contains starch, which is the main component, dextrins, ß-carotene, and other nutrients in varying amounts. The thesis aimed promoting the use of sweet potato as flour by highlighting its nutritional potential. Two complementary studies were carried out in this thesis work, the first concerned the study of the impact of thermal and chemical pretreatments on physicochemical, thermal, rheological, and functional properties of sweet potatoes flours obtained after different pretreatments : TPD (unpretreated sweet potato slices), TPDCaCl2 (CaCl2- pretreated sweet potato slices) and finally TPDB (bleached sweet potato slices). These results show a slight increase in reducing sugar content in TPDCaCl2flour compared to TPDB and TPD flours. However, the value of L* (luminance) in the TPDB flour was below the ones ofTPDCaCl2 and TPD flours. The calcium content was relatively high in TPDCaCl2 flour (120.6 mg / 100 g) compared to TPD and TPDB flours (respectively, 77.8 and 67.6 mg / 100g). The gelatinization enthalpy and elastic modulus (G’) were higher in the TPDCaCl2 flour. The swelling capacity was high in bleached flour. It was also noticed a slight increase in the water binding energy constant of the BET model in CaCl2-pretreated and blanched. In this study, it was deduced that the flours pretreated with CaCl2 have physicochemical properties interesting for bakery and food formulation applications. In the second part of the thesis study, baking tests were carried out with different levels of incorporation to wheat flour (0, 10, 15, 20, 25 and 30 %) of the CaCl2-pretreated sweet potato flour in order to determine the optimal incorporation level allowing the compromise between improved nutritional properties and the decreased rheological properties of the dough, due to the sweet potato flour incorporation. Textural parameters of doughs were determined. This resulted in a decrease in cohesion and an increase in the value of a* (red - green color scale) with increasing the degree of substitution, in contrast to the luminance L * values which felt. Finally, sweet potato flour could be incorporated into a bread formulation up to 25 % without significant impairment of sensory organic qualities of bread

Le β-carotène (Bc) est un caroténoïde connu pour son activité pro vitaminique A. La consommation de fruits et légumes riches en Bc est donc particulièrement encouragée, principalement dans les pays en développement. Cependant, au cours d'un repas, la biodisponibilité du Bc est influencée par la présence des macro et microconstituants des aliments. L'objectif général de ce travail a été d'étudier les interactions alimentaires pouvant survenir au cours des différentes étapes du processus d'absorption du Bc. La bioaccessibilité du Bc, évaluée à l'aide d'un modèle de digestion in vitro, a révélé que la quantité de Bc micellarisé des aliments de base (patate douce orange (PDO) et banane plantain) des pays du Sud se retrouve augmentée dans certaines préparations tratitionnelles. De plus, dans une simple association de deux aliments, nos résultats ont montré que la naringine de jus d'agrumes diminuait la bioaccessibilité du Bc de la PDO car ce flavanone se micellarise et entre en compétition avec le Bc. L'effet de flavanones sur l'absorption intestinale du Bc a ensuite été étudié à l'aide d'un modèle cellulaire de type Caco-2. L'ensemble des glycosides de flavanones testés, mais principalement l'hespéridine (Hes), ont augmenté l'absorption du Bc. L'expérimentation in vivo chez la gerbille n'a quant à elle pas montré d'effet de l'Hes sur la bioefficacité du Bc de la PDO. Par contre, nos données suggèrent que l'Hes, dans le cas d'un régime carencé en caroténoïdes et vitamine A, pourrait stimuler l'activité de la β,β-carotène mono-oxygénase par un mécanisme impliquant le facteur de transcription PPARγ. / Β-carotene (Bc) is a carotenoid mainly known for its provitaminic A activity. Therefore, the consumption of fruits and vegetables rich in Bc are promoted, especially in developing countries. However, during a meal, the Bc bioavailability was modulated by other macro or micronutrients from food. The main objective of this study was to evaluate food interaction occurring during the different steps of Bc absorption. The Bc bioaccessibility, evaluated through an in vitro digestion, showed that the micellarization of Bc staple foods from South countries (orange fleshed sweet potato (OFSP) and plantain) increases in some traditional food preparations. Moreover, we observed that the Bc bioaccessibility from OFSP decreases in the presence of Citrus juice because of the naringin which competes for incorporation into mixed micelles. Effects of flavanones were then assessed on intestinal Bc uptake using Caco-2 cells. Among flavanone glycosides tested, mainly hesperidin (Hes), increased Bc uptake. In vivo experimentation with gerbil did not shown any effect of Hes on the bioefficacity of Bc from OFSP. By contrast, our data suggest that under a low Bc or vitamin A free diet, Hes might enhance BCMO1 activity through its action as agonist of PPARγ.

L’agrobiodiversité s'étudie au niveau génotypique mais également au niveau de l'expression chimique de ce génotype, le chimiotype. Les plantes à racines et tubercules tropicales (manioc, patate douce, ignames et taros) sont multipliées par voie asexuée et les bases génétiques sont bien souvent étroites chez les cultivars traditionnels. Malgré les faibles diversités génétiques révélées à l'aide de marqueurs ADN, les chimiotypes sont très variables et leur étude est riche d’informations. Ces cultures vivrières, plantes amylacées mais aussi sources de molécules intéressantes pour les industries alimentaire et pharmaceutique, tiennent un rôle déterminant dans la garantie de la sécurité alimentaire des pays du Sud. Dans cette optique, leur amélioration génétique par voie conventionnelle est une contribution majeure aux enjeux actuels. De nombreux efforts restent néanmoins à réaliser pour analyser, compiler et disséminer les informations liées à la diversité des compositions et teneurs de plantes qui restent sous-utilisées ou non appréciées à leur juste valeur. La biofortification qui vise une amélioration des propriétés nutritionnelles de ces plantes, présente de nombreux avantages dont le principal est de ne pas modifier les comportements alimentaires tout en permettant une meilleure adaptation environnementale des nouveaux génotypes. Leur amélioration passe par une sélection des parents basée sur leurs valeurs propres et le criblage de grands nombres d'individus hybrides. Le processus est long et fastidieux. L’élaboration de nouveaux outils permettant une optimisation de cette tâche est donc nécessaire. L'analyse d'échantillons représentatifs de la variabilité chimiotypique des collections du Vanouatou, un archipel Mélanésien abritant une riche agrobiodiversité, a permis d'étudier les relations entre composés majeurs, métabolites secondaire et préférences alimentaires locales. Les corrélations mises en évidence permettent d'apporter des éléments utiles à la compréhension du processus de sélection traditionnelle. L’identification des préférences visées par ce processus aident à comprendre les goûts et les attentes des consommateurs, et donc à mieux définir les idéotypes ciblés par les programmes d'amélioration. Ce travail a permis un premier criblage chimiotypique d'un grand nombre de cultivars appartenant aux deux espèces majeures, le taro (Colocasia esculenta) et la grande igname (Dioscorea alata). L'étude des caroténoïdes et des anthocyanes a permis d’identifier un certain nombre de cultivars comme parents potentiellement intéressants pour la biofortification mais aussi pour l'exploitation commerciale directe des clones. La caractérisation des hybrides, obtenus par panmixie et pollinisations libres au cours de cycles de sélection récurrente, indique que des gains importants sont obtenus pour des composés et métabolites essentiels. Les avancées réalisées dans le cadre de ce travail, et leurs conséquences pour les programmes d'amélioration génétique en cours, sont discutées. Les perspectives de mise au point de nouveaux outils de criblage et de nouvelles méthodes de caractérisation qui permettront in fine une meilleure approche de la biofortification de ces cultures vivrières, sont aussi envisagées / Agronomic selection generates and maintains agrobiodiversity which can be regarded as an essential resource. To describe phenotypic diversity, genotypes as well as their chemical expression, chemotypes, have been widely used. Tropical root and tuber crops are vegetatively propagated and their genetic bases are often narrow. Therefore, unveiling the impressive phenotypic diversity is still rather difficult through genotyping alone, whereas chemotype studies are very informative. Tropical root crops are staples and represent a good source of compounds related to health benefits and used in food and pharmaceutical industries. Those crops have key-roles to play in food security for developing countries and so plant breeding cannot be neglected. Biofortification is effective and does not imply change of dietary behaviours. Analysing, computing and compiling data bases for chemical data on diversity of neglected crops are still needed. Biofortification involving mass selection and profiling of numerous accessions is, however, time-consuming. Thus, efficient protocols and tools facilitating this process are required. Chemotypic variability within Vanuatu germplasm was characterised through core samples from different species and relationships between primary compounds, secondary metetabolites and local preferences have been studied. Useful correlations were shown, thus clarifying traditional selection process. This process has permitted the definition of ideotypes that will be interesting for the management of breeding programmes. At least for the two most important species in Vanuatu - taro Colocasia esculenta and the greater yam - Dioscorea alata -our work is the first broad screening of germplasm. The study of carotenoid and anthocyanin content indicates that some cultivars show potential for commercial exploitation. With the aim of improving staple foods by plant breeding, we identified accessions to be selected as parents for future crosses