Does the Domestication of Yam Wild Type Dioscorea praehensilis and Dioscorea abyssinica has a Genetic Basis?

Author(s): Gustave DJEDATIN, Kifouli ADEOTI, Ebenezer EWEDJE, Clement AGBANGLA

Guinea yam (Dioscorea cayenensis–D. rotundata complex) is prone to strong genetic erosion. The main causes are climate change, depletion of the soil, the evolution of cultural practices, etc. To combat this threat, several alternatives are possible including domestication process. Indeed, domestication is an ancestral knowledge which is the introduction of wild yams’ tubers to the field. The choice of genotypes to be domesticated is made on the basis of morphological criteria by farmers. To better understand this process and in order to know if it has a genetic basis, survey and sampling were done, in eleven forests and savannas, using a participatory approach strongly involved current and former yam domestication practicing. Based on farmers’ criterions, 140 tubers belonging to D. praehensilis and D. abyssinica were sampled including 53 domesticable D. abyssinica, 38 non domesticable D. abyssinica, 19 domesticable D. praehensilis and 18 non domesticable D. praehensilis and 12 controls (D. togoensis and D. bulbifera). The morphological characterization using the IPGRI descriptors displayed differentiation between domesticable and non-domesticable D. praehensilis with few misclassified samples while a continuum was observed between domesticable and non-domesticable D abyssinica. Nuclear microsatellites markers revealed a fine genetic structuring of these two wild species. Indeed, a clear separation of each of the two species D. abyssinica and D. praehensilis in domesticable and non-domesticable was detected. This supports the hypothesis of the existence of a strong genetic component in the ability to domesticate yams. These molecular data were congruent with the knowledge of farmers separating D. abyssinica and D. praehensilis into domesticable and non domesticable groups on the basis of morphological characters.

Dioscorea abyssinica, Dioscorea praehensilis, Domestication, Genetic Basis, Microsatellites Markers

1. Adejumo B. A., Okundare R. O., Afolayan O. I., Balogoun S. A. 2013: Quality attributes of yam flour (Elubo) as affected by blanching water temperature and soaking time. Intl. J. Engr. Sci. (IJES) , 2(1): 216-221.
2. Adoukonou S. H. (2001) : Gestion paysanne de la diversité génétique des ignames du complexe Dioscorea cayenensis-Dioscorea rotundata au centre du Bénin. Mémoire de DEA, Faculté des Sciences, Université de Lomé (Togo), 56p.
3. Akoroda M. O. (1983): Variation, heritability and geneticadvance of eight characters in white yam. Theor. Appl. Genet., 66: 51-54
4. Baco M.N. (2000) : La "domestication" des ignames sauvages dans la Sous-Préfecture de Sinendé: savoirs locaux et pratiques endogènes d'amélioration génétique des D. abyssinica. Mém. Ingénieur agronome, Université d'Abomey-Calavi, Bénin, 170 p.
5. Baco M.N. (2003) : Etude de la faisabilité d'une gestion et d'une conservation in situ de l'agrobiodiversité : le modèle igname dans le nord Bénin. DEA Aménagement, Développement, Environnement, Université d'Orléans, France, 106 p.
6. Chaïr H., Perrier X., Agbangla C., Marchand J.L., Dainou O.and Noyer J.L. (2005): Use of cpSSRs for the characterisation of yam phylogeny in Benin. Genome. 48:674-684.
7. Dansi A., Zoundjihékpon J., Mignouna H. D. et Quin M. (1997) : Collecte des ignames cultivées du complexe Dioscorea cayenensis-rotundata au Bénin. Plant Genetic Resources Newsletter, 112: 81-85
8. Dansi A., Zoundjihékpon J., Mignouna H.D. et Quin M. (1998) : Approche participative pour une conservation durable des ressources génétiques des ignames du Bénin. IPGRI Newsl. For Sub-Saharan, 10: 8-9
9. Dansi A., Mignouna H.D., Zoundjihékpon J., Sangare A., Assiedu R. and Quin M. (1999): Morphological diversity, cultivar groups and possible descent in the cultivated yams (Dioscorea cayenensis-D. rotundata complex) of Benin Republic. Genet. Resour. Crop Evol., 46: 371-388
10. Degras L. (1986) : L'igname, plante à tubercule tropicale. Ed.Maisonneuve et Larose et ACCT., Paris, 409 p.
11. Doukouré S. (2000) : Amélioration de la production de l’igname, à bouturage in vitro, chez les cultivars florido et brazo fuens. Thèse Doctorat Ingénieur, UFR Bioscience, Université de Cocody Côte, d’Ivoire, 143 p.
12. Dumont et Vernier (1997) : La domestication des ignames (D. cayenensis- rotundata) chez la population Bariba du Bénin. In colloque Gestion des ressources génétiques des plantes en Afrique de l’Ouest, Bamako, Mali, 24-28 Février 1997, 13 p.
13. Dumont R. (1997) : La production d'ignames dans un village bariba du Bénin septentrional. Les Cahiers de la Recherche Développement, 43 : 35-51.
14. Dumont R. (1998) : Domestication des ignames en Afrique. In J. Berthaud, N. Bricas, J.L. Marchand, CIRAD/INRA/ORSTOM/CORAF, 3-6 juin 1997, Montpellier (France), pp. : 71-76.
15. Dumont R. and Vernier P. (2000): Domestication of yams (Dioscorea cayenensis-rotundata) within the Bariba ethnic group in Benin. Outlook on Agriculture, 29 (2) : 137-142.
16. Dumont R., Dansi A., Vernier P., Zoundjihékpon J : 2002 (sous presse) Les ignames D. rotundata Poir, leurs parents sauvages présumés et les méthodes de domestication observées en Afrique de l’Ouest, 55p.
17. Emberger L. (1960) : Traité de botanique. Masson éd., 1540 p.
18. FAO (2014) FAOSTAT Database. Food and Agriculture Organization, Roma, Italy. www.fao.org
19. Gnamkoulamba A. (2001) : Problématique de la domestication d’une espèce d’igname sauvage : Bayere (Dioscorea praehensilis) à Agbokopé (Préfecture de Wawa) au Togo. Mem. DESS, FA/CRESA, Niamey, Niger, 72p.
20. Hamon P. (1987) : Structure, origine génétique des ignames cultivées du complexe Dioscorea cayenensis-rotundata et domestication des ignames en Afrique de l'ouest. Thèse de Doctorat, Université Paris XI, Centre d'Orsay, 223 p.
21. Hamon S. (1990): The classification of cultivated yams (D. cayenensis-D. rotundata complex) of West Africa. Euphytica, 47: 179-187.
22. Hamon P., R. Dumont, J. Zoundjihékpon, B. Tio-Touré, S. Hamon (1995) : Les ignames sauvages d'Afrique de l'ouest. ORSTOM éditions, Collection Didactique, Paris, pp.84.
23. IPGRI (1997) : Descripteurs de l'igname (Dioscorea spp). IPGRI eds., pp.65.
24. Malapa R, Arnau G, Noyer JL, Lebot V. 2005. Genetic diversity of the greater yam (Dioscorea alata L.) and relatedness to Dioscorea nummularia Lam. and Dioscorea transversa Br. as revealed with AFLP markers. Genetic Resources and Crop Evolution 52 :919-929.
25. Malaurie B., Trouslot M.F. et Berthaud J. (1997) : Conservation et échanges de germoplasme chez les ignames (Dioscorea spp.). In l'igname, plante séculaire et culture d'avenir. Actes du séminaire international, CIRAD/INRA/ORSTOM/CORAF, 3-6 juin 1997, Montpellier, pp. 135-161.
26. Martin F.W. and Rhodes A.M. (1977): Intra-specific classification of Dioscorea alata. Trop. Agr., 54: 1-13.
27. Megh RajBhandari, Takanori Kasai, Jun Kawabata, 2003. Nutritional evaluation of wild yam (Dioscorea spp.) tubers of Nepal. Food chemistry, Volume 82, Issue 4, September 2003, Pages 619-623
28. Mignouna H. D. and Dansi A. (2003): Yam (Dioscorea ssp.) domestication by the Nago and Fon ethnic groups in Benin. Genetic Resources and Crop Evolution 50: 519-528.
29. Mignouna H. D., Abang M. M., Wanyera N. W., Chikaleke V. A., Asiedu R; and Thottappilly G., 2003. PCR marker-based analysis of wild and cultivated yams (Dioscorea spp.) in Nigeria: genetic relationships and implications for ex situ conservation. Genetic Resources and Crop Evolution : 1-9.
30. Okry K.F. (2000) : L'igname dans le système de production agricole de Bantè et la domestication de quelques-unes de ses formes sauvages: savoirs locaux et pratiques endogènes de culture et d'amélioration génétique. Mém. Ingénieur Agronome, Université Nationale du Bénin, pp.119.
31. Orkwor G. C., Asiedu R. and Ekanayake, (eds). (1998): Food Yams. Advances in Research. IITA and NRCRI, Nigeria, 249 p.
32. Perrier X., Flori A. and Bonnot F. (2003): Methods of data analysis. In Genetic Diversity of Cultivated Tropical Plants. In P. Hamon, M. Seguin, X. Perrier and J.C. Glasszmann, CIRAD, Montpellier, France, pp. 43-76.
33. Perrot C. H. 1997 : L’igname dans les cérémonies politico-religieuses de l’aire culturelle akan. In l'igname, plante séculaire et culture d'avenir. Actes du séminaire international, CIRAD/INRA/ORSTOM/CORAF, 3-6 juin 1997, Montpellier, pp. 47-50.
34. Powell W., Morgante M., Andre C., Hanafey M., Vogel J., Tingey S. and Rafalski A. (1996): The comparision of RFLP, RAPD, AFLP and SSR (microsatellite) markers for germplasm analysis. Molecular Breeding, 2: 225-238.
35. Ramser J., Weising K., Lopez-Peralta C., Terhalle W., Terauchi R. and Kahl G. (1997) : Molecular marker based taxonomy and phylogenetic of Guinea yam (Dioscorea rotundata-D. cayenensis). Genome, 40: 903-915.
36. Sadik S. Okéréké O.U. (1975): Flowering, pollen grain germination, fruiting, seed germination and seedling development of white yam, Dioscorea rotundata. Annals of Botany, 39: 597-604.
37. Saitou N. and Nei M. (1987): The neighbor-joining method: a new method for reconstructing phylogenetic trees. Mol. Biol. Evol., 4 : 406-425.
38. Santoni S., Faivre-Rampant P., Prado E. et Prat D. (2000) : Marqueurs moléculaires pour l'analyse des ressources génétiques et l'amélioration des plantes. Cahiers Agricultures, 9 : 311-327.
39. Scarcelli N., Tostain S., Mariac C., Agbangla C., Daïnou O., Berthaud J. and Pham J. L., 2006. Genetic nature of yams (Dioscorea sp.) domesticated by farmers in Benin (West Africa). Genetic Resources and Crop Evolution 53:121-130. Doi: 10.1007/s10722-004-1950-5.
40. Terauchi R., Chikaleke V. A., Thottappilly G. & Hahn S. K. (1992): Origin and phylogeny of Guinea yams as revealed by RFLP analysis of chloroplast DNA and nuclear ribosomal DNA. Theor Appl Genet 83: 743-751.
41. Tostain S., C. Agbangla, et O. Daïnou (2002) : Diversité AFLP des ignames sauvages Dioscorea abyssinica et Dioscorea praehensilis. Annales des Sciences Agronomiques du Bénin, 3 (2): 1-20.
42. Tostain S., Houémassou B. J., Agbo V., Gbéhi C., Agbangla C. et Daïnou O. (2002) : Diversité variétale et domestication des ignames chez les Fon du Bénin. Annales des Sciences Agronomiques du Bénin, 3 (2): 74-93.
43. Tostain S., Allomasso T. et Sokpon N. (2003) : Conservation de l'igname sauvage Dioscorea praehensilis dans les forêts sacrées du département de l'Atlantique (Sud du Bénin) et dans les jardins de cases. Annales des Sciences Agronomiques du Bénin, 4 (1) Spécial colloque, 87p.
44. Tostain S., Agbangla C, Scarcelli N, Mariac C, Daïnou O, Berthaud J, and Pham JL. 2007. Genetic diversity analysis of yam cultivars (Dioscorea rotundata Poir.) in Benin using simple sequence repeat (SSR) markers. Plant Genetic Resources Volume 5, Issue 2 pp. 71-81
45. Touré B. et Ahoussou N. (1982) : Etude de comportement en collection des ignames (Dioscorea spp.) dans deux régions écologiques différentes de la Côte d' Ivoire. In Miège et Lyonga : 23-30.
46. Vernier P., N'kpenu K.E. et Orkwor G.C. (1998) : Analyse comparée de la production d'igname pour la transformation en cossette dans trois pays (Bénin, Nigéria, Togo) : un exemple de sédentarisation de la culture de l'igname. Communication présentée au 7è séminaire triénal de la Société Internationale pour les Plantes à Racines et Tubercules Tropicales-Branche Afrique, Cotonou, Bénin, pp. 11-17.
47. Vernier P., Orkwor G.C. and Dossou A.R. (2003): Studies on yam domestication and farmers’ practices in Benin and Nigeria. Outlook on Agriculture 32 (1), pp35-41.
48. Zoundjihékpon J. (1993) : Biologie de la reproduction et génétique des ignames cultivées de l'Afrique de l'ouest, Dioscorea cayenensis-rotundata Thèse de Doctorat, Université Nationale de Côte d'Ivoire, 306 p.
49. Zoundjihékpon J., Hamon S., Tio-Touré B. and Hamon P. (1994) : First controlled progenies checked by isozymic markers in cultivated yams, Dioscorea cayenensis-rotundata. Theor. Appl. Genet., 88: 1011-1016.