July 7, 2018
An international study, coordinated by researchers from IRD-France, and involving the CEA and the Africa Rice Centre (AfricaRice), has identified the geographic origin of African rice domestication. By sequencing over 246 African wild and cultivated rice genomes, the researchers have shown that this plant was domesticated 3,000 years ago in the Inner Niger Delta in northern Mali.
These results, published on July 5th 2018 in the journal Current Biology , also demonstrate how past climatic changes led to profound societal transformations, notably the adoption of agriculture.
© IRD/F.
DoumengeAfrican rice (left) and Asian rice (right).
The third most produced cereal in the world after wheat and corn, rice is the main staple in the diets of nearly half the world’s population. A member of the grass family, it is grown for its starch-rich seed.
Humans cultivate two main species of this plant: African rice (Oryza glaberrima) and Asian rice (Oryza sativa). These species diverged genetically around one million years ago, well before their domestication. Domestication of the two species occurred independently in Asia and Africa over the last 10,000 years. Before the present discovery, scientific hypotheses pointed to West Africa1 as the geographic origin of African rice domestication. However, the precise area and the circumstances leading up to domestication remained hazy.
Aridification of the Sahara
Under the aegis of France Génomique’s IRIGIN programme, researchers from the IRD, the CEA/Genoscope and AfricaRice studied the full sequences of 246 African rice genomes, 163 domestic varieties and 83 wild varieties, harvested in the Sahel and East Africa. In doing so, the researchers generated the largest genomic database for African rice available to date and analysed the genetic diversity of the cultivated.
Using this exceptional data, the scientists identified the origin of African rice domestication as the Inner Niger Delta in northern Mali, over 3,000 years ago. This discovery coincides with that of archaeological traces of rice domestication in the same area.
© Philippe Cubry et al.
Current BiologyMap showing the area in which African rice domestication arose over 3,000 years ago.
Furthermore, the researchers have suggested that the aridification of the Sahara may be behind this domestication. Wild African rice populations, harvested by inhabitants of the Sahara at this time, likely decreased dramatically as the Sahara dried up.
The progressive disappearance of these resources may have led to the cultivated form of the plant and to the growing development of agriculture over 2,000 years ago.
‘Past changes to the climate are thought to have led to the emergence of African agricultural civilizations’, said Yves Vigouroux and François Sabot, the IRD researchers who coordinated the study.
A Unique recent history
Analysing genetic data made it possible for researchers to document the historic evolution of wild and cultivated rice species. The researchers were able to point to the precise moment of the decline of African rice cultivation in the 16th century, following a period in which it had expanded significantly over 2,000 year ago. The decline corresponds to the introduction of Asian rice in West Africa by the Portuguese. Numerous varieties of Asian rice, with higher yields, were introduced and used by growers between 1870 and 1960.
Understanding the past to improve agriculture in the future
This study shows for the first time that past environmental changes led to societal changes in practices (domestication) and organization of agricultural systems. It also opens up avenues for reflection on the evolution of agriculture in the years to come.
African rice adapted long ago to the Sahelo-Saharan climates, which could be an advantage for future global rice cultivation in the current context of a warming climate (decreased rainfall, increased temperatures, shortened rainy season) and the increasing world population.
The cultivation of species less dependent on irrigation, such as African rice, which is more resistant to hydric stress and higher temperatures, could be an advantage for African and global agriculture.
Scientists are continuing genetic research to understand the genetic basis of African rice adaption to harsh conditions, to arid climates, and its resistance to pathogens to improve current varieties (through selection of promising genes and hybridization, for example). African Rice data collection created by AfricaRice, composed of 349 different varieties, represents an optimal genetic resource to conduct this research.
Note :
1. Along the Niger River, which borders 6 states : Sierra Leone, Guinée, Mali, Niger, Bénin and Nigéria.
Reference :
Le berceau de la domestication du riz africain identifié au Mali
Une étude internationale, coordonnée par des chercheurs de l’IRD, et associant le CEA et le Centre du riz pour l’Afrique (AfricaRice), identifie l’origine géographique de la domestication du riz africain.
Grâce au séquençage de plus de 246 génomes de riz africain – sauvages et cultivés – les chercheurs montrent que cette domestication est intervenue il y a 3 000 ans dans le delta intérieur du fleuve Niger, au nord du Mali. Ces résultats, publiés le 5 juillet 2018 dans la revue Current Biology , révèlent également comment les changements climatiques passés ont induit des transformations profondes des sociétés, notamment l’adoption de l’agriculture.
© IRD/F. Doumenge
Riz africain (à gauche) et riz asiatique (à droite).
Troisième céréale la plus produite dans le monde après le blé et le maïs, le riz constitue la base de l’alimentation de près de la moitié de la population mondiale. De la famille des poacées, le riz se cultive pour sa graine, riche en amidon. On distingue deux espèces cultivées majeures : le riz africain (Oryza glaberrima ) et le riz asiatique (Oryza sativa ). Ces espèces ont divergé génétiquement il y a environ un million d’années, bien avant leur domestication par l’Homme. Ces domestications se sont produites indépendamment en Asie et en Afrique, dans les 10 000 dernières années. Jusqu’à présent, les hypothèses scientifiques localisaient l’origine géographique de la domestication du riz africain en Afrique de l’Ouest1. Pour autant, la zone précise et les circonstances ayant conduit à la domestication restaient floues.
Aridification du Sahara
Dans cette étude, les chercheurs de l’IRD, du CEA-Génoscope et d’AfricaRice ont étudié, dans le cadredu programme IRIGIN de France Génomique, l’intégralité des séquences de 246 génomes de riz africain : 163 variétés domestiques et 83 sauvages, récoltées au Sahel et en Afrique de l’Est. Ils ont ainsi généré la plus grande base de données génomique sur le riz africain disponible à ce jour et analysé la diversité génétique des espèces cultivées.
Grâce à ces données exceptionnelles, les scientifiques ont identifié le berceau de la domestication du riz africain, situé au nord du Mali, dans le delta intérieur du fleuve Niger, il y a plus de 3 000 ans. Cette découverte coïncide avec les traces archéologiques de domestication du riz trouvées dans la zone.
© Philippe Cubry et al.
Current BiologyCarte montrant le foyer d’origine de la domestication du riz africain, il y a plus de 3 000 ans.
Par ailleurs, les chercheurs suggèrent que l’assèchement du Sahara serait à l’origine de cette domestication. Les populations de riz sauvage africain, récoltées par les habitants du Sahara à cette époque, auraient ainsi fortement diminué pendant l’assèchement du Sahara. La disparation progressive de ces ressources se serait traduite par l’émergence de la forme cultivée et du développement croissant de l’agriculture, il y a plus de 2 000 ans.
Ainsi, “les changements climatiques passés auraient fait émerger les civilisations agricoles africaines”, précisent Yves Vigouroux et François Sabot, chercheurs à l’IRD qui ont coordonné l’étude.
Une histoire récente singulière
L’analyse des données génétiques a permis aux chercheurs de documenter l’évolution historique des espèces de riz sauvages et cultivées. Après une période de forte expansion de la culture du riz africain, il y a plus de 2 000 ans, les chercheurs ont pu préciser le moment de son déclin au XVIe siècle. Cette période correspond à l’introduction du riz asiatique en Afrique de l’Ouest, par les Portugais. De nombreuses variétés de riz asiatique, aux rendements supérieurs, ont ensuite été introduites en Afrique et utilisées par les agriculteurs entre 1870 et 1960.
Comprendre le passé pour améliorer l’agriculture du futur
Cette étude montre, pour la première fois, que les changements environnementaux passés ont induit des changements sociétaux, dans les pratiques (domestication) et organisations des systèmes agricoles. Elle ouvre également des pistes de réflexion pour l’évolution de l’agriculture dans les années à venir.
En effet, le riz africain a connu des adaptations ancestrales aux climats sahélo-saharien, ce qui pourrait être un atout pour la riziculture mondiale future, dans le contexte actuel du réchauffement climatique (baisse de la pluviométrie, augmentation des températures, raccourcissement de la saison des pluies) et de l’augmentation de la population mondiale. La culture des espèces moins dépendantes de l’irrigation – comme le riz africain, plus résistant au stress hydrique et à des températures élevées – pourraient être un atout pour l’agriculture africaine et mondiale.
Les scientifiques poursuivent les recherches génétiques pour comprendre la forte rusticité du riz africain, les mécanismes de son adaptation aux climats arides et sa résistance aux pathogènes, afin d’améliorer les variétés actuelles (sélection des gènes d’intérêt, croisements etc). La collection de riz africain créée par AfricaRice et constituée de 349 variétés différentes à l’échelle moléculaire, représente une ressource génétique idéale pour mener ces travaux de recherche.
Note :
1. Le long du fleuve Niger, dont le cours borde six Etats : Sierra Leone, Guinée, Mali, Niger, Bénin et Nigéria.
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