Dissertations / Theses on the topic 'Plantes vivaces – Effets de la température'

La première partie du travail de thèse concerne la détermination des mécanismes physiologiques affectés par la température et leur impact sur la croissance des plantes géophytes. Sur exemple de Corydalis bracteata, nous avons montré que l'application d'une température basse pendant les mois d'automne – hiver est le facteur essentiel pour le développement (la floraison en particulier) des plantes géophytes. Nous supposons que la température exerce son influence sur la mobilisation et la répartition des glucides dans les organes souterrains. Notamment, la température basse conduit à l'écoulement des sucres dans le domaine apoplasmique du tubercule, qui représente la voie principale du transport des glucides vers le bourgeon. En l'absence de température basse, cette route apoplasmique n'est pas activée et le transport des sucres est endommagé, provoquant un manque de nutriments dans le bourgeon, ce qui conduit à sa nécrose. La deuxième partie est consacré aux études du métabolisme des alcaloïdes benzylisoquinoléiques produites par C. Bracteata (la dynamique saisonnière de leur accumulation et le transport au sein d'une plante). En utilisant les différents techniques de la chimie analytique, nous avons pu identifier 13 alcaloïdes benzylisoquinoléiques présents dans les extraits de C. Bracteata. De plus, notre analyse des spectres MS/MS des alcaloïdes tetrahydroprotoberberines détectés dans les extraits nous a conduit à la description du nouveau mécanisme de fragmentation de ces molécules par la rupture des liaisons C-C dans le cycle B, ce qui n'avait jamais décrit précédemment. L'étude de la dynamique saisonnière de l'accumulation des alcaloïdes montre que le contenu en alcaloïdes est plus élevé dans les jeunes organes au cours de la croissance. Nos résultats sur le transport des alcaloïdes chez C. Bracteata indiquent qu'il n'existe pas du transfert des alcaloïdes à longue distance entre les différents organes de la plante. Ceci suggère que tous les organes de la plante sont impliqués dans la biosynthèse des alcaloïdes
The first part of the work concerns the determination of physiological mechanisms affected by the temperature and their role in the growth and development of geophytes. By the example of Corydalis bracteata we have shown that low temperature applied to geophyte plants during autumn and winter months is the essential factor for their development, flowering in particularly. We suppose that temperature influences mobilization and distribution of carbohydrates in underground organs. Namely, low temperature leads to efflux of the sugars into apoplastic domain of the tuber. The apoplastic way is the main route for soluble carbohydrates transport from the tuber to the bud. Without low temperature the apoplastic route is not activated and the sugar transport is disturbed. This provokes the lack of nutriments in the bud and leads to the necrosis of the latter. The second part is devoted to the study of C. Bracteata benzylisoquinoline alkaloids metabolism (seasonal dynamics of alkaloid accumulation and transport throughout the plant). Using different analytical techniques, we could identify 13 benzylisoquinoline alkaloids in the extracts of C. Bracteata. Moreover, the results of our analysis of MS/MS spectra of tetrahydroprotoberberine alkaloids detected in the extracts suggest the possibility of a new fragmentation mechanism of these compounds by the rupture of C-C liaisons in the cycle B that has never been described before. The data on seasonal dynamics of alkaloid accumulation show that alkaloid content is highest in young growing organs. The results of alkaloid transport in C. Bracteata indicate that there is no long distance alkaloids translocation between different organs of the plant. This suggests that all plant organs could be implied into alkaloid biosynthesis

On repertorie les sterilites qui se manifestent chez le sorgho-grain lorsque le printemps et l'ete se revelent anormalement frais. On essaie de determiner les principales causes inductrices, en precisant notamment l'action des basses temperatures nocturnes et les stades de sensibilite de la plante

L’application, chez Sinorhizobium meliloti M5N1 d’un stress hypothermique, hyperosmotique ainsi que l’encapsulation affecte le métabolisme de la bactérie mais également sa croissance. Selon les conditions de culture, on constate des modifications au niveau de la production des polymères de réserve-glycogène, PHB-et du tréhalose. Ainsi, un stress hypothermique entraîne une dégradation du glycogène tandis que le stress hyperosmotique et l’encapsulation engendrent une accumulation de ce polymère. L’accumulation du glycogène semble plus liée à la situation de stress que celle du PHB et ce, dans toutes les conditions testées. Une accumulation accrue de tréhalose a également été observée sous des conditions d’hypothermie et d’hyperosmolarité. L’analyse de la réponse métabolique chez Sinorhizobium meliloti M5N1 placé en condition d’encapsulation révèle une accumulation immédiate du glycogène corrélée à une augmentation de l’activité PEPCK. L’accumulation du PHB et du tréhalose ne semble pas liée à l’activité de cette enzyme. Suite à la phase de réponse immédiate au stress, le métabolisme des cellules semble s’adapter aux conditions environnementales. L’encapsulation de Sinorhizobium meliloti M5N1 induit quant à elle un maintien d’une concentration importante de glycogène dans les bactéries, ce glycogène pourrait être utilisé par celles-ci comme substrat dans le cas d’un retour des cellules dans des conditions normales de croissance.

Chez le kiwi (actinidia deliciosa cv. Hayward), la floraison est le premier facteur limitant du rendement, a la fois par le nombre de fleurs produites, et par sa dispersion dans le temps. Dans le cadre d'une problematique agronomique plus large d'amelioration de la recolte et de sa prevision, en nombre et calibre des fruits, un modele de floraison est propose pour constituer la premiere etape d'un modele d'elaboration du rendement. A partir d'une analyse bibliographique permettant d'identifier les processus de base conduisant a la floraison, la demarche adoptee a consiste, d'une part a creer experimentalement une variabilite de la floraison, et d'autre part, a explorer les donnees obtenues avec un objectif de modelisation. La complexite du systeme est telle que la dispersion de la floraison a ete consideree, alors, comme le resultat de la variabilite de developpement d'une population d'organes (bourgeons, puis boutons floraux), repondant a une succession de processus aleatoires. Ceci a conduit a proposer un modele stochastique de prediction de la floraison, dont le parametre principal est la temperature. Ce modele decrit la dispersion de la population d'organes aux differents stades phenologiques sous une hypothese d'acquisition probabiliste de la temperature. Le modele integre egalement des composantes elementaires quantitatives dont l'estimation permet de simuler le nombre de fleurs produites. Le debourrement est decrit dans un sous-modele a partir duquel, le nombre de bourgeons demarres peut etre estime. Les nombres de fleurs initiees, puis avortees, sont estimes a partir de lois de distributions. Le modele construit et ajuste sur la base de donnees acquise en 1991, a ete valide en utilisant les donnees des deux autres annees d'observations. Ses qualites et ses faiblesses sont discutees et des perspectives d'utilisation sont envisagees soit par rapport a une problematique de recherche, soit par rapport a une demande socio-economique

Une variabilite genetique a ete revelee dans le genre lycopersicon pour la croissance et le developpement a basses temperatures au stade jeune plant. Les ecotypes la 1777 et pi 127832 de l. Peruvianum presentent un bon niveau de performance pour les caracteres de croissance et de developpement a 10c en chambre climatisee. Dans ces conditions, certaines varietes de l. Esculentum dont pi 174263 et pi 120256 ont un developpement rapide. Il n'a pas ete possible de conclure definitivement a une meilleure stabilite des ecotypes sauvages face aux variations de temperatures. Les racines de la 1777 sont moins sensibles au froid et cette moindre sensibilite est favorable a la croissance de la partie aerienne. La mesure de l'absorption d'eau et/ou l'estimation visuelle de la masse racinaire doivent etre retenues comme criteres de selection. La mesure de la fluorescence variable de la chlorophylle et le dosage des chlorophylles n'ont pas pu etre utilises comme criteres de selection. L'ecotype la 1777 ne peut pas constituer un ideotype physiologique puisque certaines de ses adaptations sont de type extensif. L'etude, a basse temperature de disjonctions aux niveaux f2 et f3, montre que les caracteres, hauteur de la plante, poids de matiere seche et nombre de feuilles produites au froid sont transmissibles et peuvent etre selectionnes. Lorsque le froid est applique a toute la plante, la croissance du systeme racinaire est tres correlee au poids de matiere seche de la partie aerienne. Il n'apparait pas de relation entre racine et croissance en chauteur. Les coefficients de piste sont utilises pour decrire l'ensemble des correlations observees entre les caracteres a basse temperature dans les familles f3 selectionnees

Le travail presente s'inscrit dans le contexte de l'experience hapex-sahel dont l'une des finalites est la parametrisation de l'hydrologie de surface en zone semi-aride. Cet objectif demande necessairement une connaissance des etats de surface (humidite et rugosite du sol, couverture vegetale), qui influencent le bilan hydrique. L'apport de la teledetection spatiale pour un suivi des parametres de surface est presente par l'utilisation du diffusiometre vent a bord de ers-1. Concu pour determiner les caracteristiques du vent au-dessus des oceans, l'aptitude du capteur pour des applications terrestres est analysee. La zone d'etude couvre un pixel du diffusiometre vent autour du site central est de la campagne hapex. Une analyse qualitative du coefficient de retrodiffusion pris dans differentes plages angulaires, indique que le signal mesure a l'echelle satellitaire repond bien au concept theorique de retrodiffusion, mis au point sur des sites controles. L'extraction des parametres de surface peut etre envisagee. La methodologie repose sur une etude de synergie visible, proche infra-rouge et micro-onde active. L'albedo de simple diffusion du couvert suit l'evolution de la vegetation, contrairement aux resultats obtenus en micro-onde passive sur une zone semi-aride d'afrique australe. Afin d'ameliorer l'estimation de l'humidite du sol, une prise en compte de la variabilite de la rugosite de surface s'impose. Une parametrisation simple du coefficient de retrodiffusion est proposee. Elle permet d'acceder a la reponse de la rugosite de surface a un angle d'incidence donne. Ce signal traduit beaucoup plus le concept de rugosite a grandes echelles que les parametres physiques de rugosite. Les resultats d'humidite estimee indiquent l'importance de la rugosite de surface aussi bien pour un sol nu que pour un sol vegetalise

Etude de l'influence des variables climatiques et des conditions hydriques du sol sur la temperature de surface de couverts vegetaux sur des parcelles cultivees avec du dactyle, du trefle et leur association. Le modele de simulation est fonde d'une part sur l'egalite entre les flux d'extraction d'eau du sol par les racines et les flux d'evapotranspiration reelle, et d'autre part sur l'equation du bilan d'energie

Les effets de l'état du couvert végétal (hauteur d'herbe et Indice Foliaire) et du chargement animal sur la croissance et la sénescence des tissus foliaires et leur consommation par les animaux ont été étudiés sur trois espèces représentatives des communautés végétales pâturées de la Pampa Humide en Argentine, Latium multiflorum, Paspalum dilatatum et Cynodon dactylon. Cette étude a été conduite en conditions naturelles, en pâturage continu avec des génisses. Les résultats montrent que la taille finale des feuilles (FLL) et le nombre maximum de feuilles vivantes par taille (NLL) peuvent être prédites par les lois de réponse de la morphogenèse foliaire à la température. Cependant, ces deux variables dépendent également de l'état du couvert végétal qui influence la vitesse d'apparition des feuilles (LAR). En situation de changement progressif saisonnier de la température les dynamiques de croissance et de sénescence foliaires sont apparues décalées. Les résultats confirment que la probabilité pour une feuille d'être défoliée avant sa sénescence est directement dépendante de la durée de vie des feuilles (LLS) et du chargement animal. L'absence de sélectivité marquée de l'animal vis à vis des espèces les plus abondantes permet de généraliser ce résultat à l'échelle de la communauté végétale. Enfin, ce travail confirme que toute augmentation de la vitesse de croissance de l'herbe, entraînant une augmentation du chargement animal se traduit par une augmentation importante de l'efficience d'utilisation de l'herbe produite par les animaux
The effect of sward state and stocking rate upon leaf growth, senescence and consumption rates per tiller and upon the efficiency of herbage utilization in Lolium multiflorum (C3 annual grass), Paspalum dilatatum and Cynodon dactylon (C4 perennial grasses) within a native grassland continuously grazed by cattle under natural mineral and hydrie conditions was analyzed. Data of two complementary studies, one on leaf morphogenesis and the other on the effect of N fertilization on the dynarnics of herbage growth and utilization, are also presehted. Results demonstrated that leaf length (LL) and number of living leaves (NLL) per tiller can be adequately predicted by the association between leaf morphogenesis dynamics and temperature. However, canopy structure modified leaf appearance as weil as LL and NLL, the consideration of this plastic response being postulated as central to extend morphogenetic models of leaf growth to field conditions. Growth and senescence rates were generally not linked along the experimental cycle, this phenomena being particularly marked in the C4 grasses. The importance of such dynamics to optirnize the defoliation regime in complex plant communities under fluctuating temperatures is discussed. Results confirm that while the probability of defoliation (PDf) during the leaf life span (LLS) depends on stocking rate, the intensity of each defoliation is relatively constant. This supports that PDf and LLS constitute the main components that define the leaf proportion that will senesce and, hence, the efficiency of herbage utilization. Species selectivity analysis suggests that defoliation pattern results can be general to a wide range of species abundance. Evidences are presented on the positive effect of herbage growth increase upon the carrying capacity and the efficiency of herbage utilization. On this basis, the role of LAI and stocking rate as determinants of leaf tissue flows dynamics under continuous grazing are discussed

Un modele a ete developpe pour simuler les echanges d'energie et de masse entre un couvert vegetal et l'atmosphere. Il est base sur la description des transferts turbulents, radiatifs et hydriques entre le sol, les plantes et l'atmosphere, et sur la description du fonctionnement physiologique des plantes. Le modele permet egalement la simulation des reflectances spectrales et des temperatures de surface qui sont mesurables par teledetection. Il pourra donc etre utilise pour relier les mesures de teledetection a la transpiration et la photosynthese d'un couvert. Le modele a ete teste dans le cadre d'une experimentation sur un couvert de soja

Les modèles climatiques prédisent une augmentation globale de la température de 1 à 4°C d’ici 2100. Les modifications de climat engendrées par ce réchauffement devraient favoriser les invasions biologiques. L’objectif général de cette thèse est d’explorer l’impact du réchauffement et du changement climatique sur quatre espèces de macrophytes invasifs en Europe. Le travail réalisé a porté sur la germination, la croissance, la physiologie et la distribution des ces espèces à travers des expérimentations en conditions contrôlées, en jardin expérimental, et via des modèles de distribution d’espèces. Nous avons montré que i) des températures plus élevées améliorent modérément les capacités de germination de Ludwigia hexapetala et Ludwigia peploides subsp. montevidensis, diminuent la survie des plantules mais augmentent leur production de biomasse, ii) l’effet d’une augmentation de température sur les macrophytes dépend de la saison à laquelle elle a lieu, iii) une augmentation de 3°C peut avoir des conséquences sur le métabolisme sans pour autant affecter la croissance, iv) la Jussie L. hexapetala est la seule espèce qui a de meilleures capacités de croissance à la fois apicale et latérale face à un réchauffement, v) les modèles prédisent une augmentation de l’aire de distribution de Ludwigia spp., Myriophyllum aquaticum et E. densa dans leurs aires d’invasion, et une diminution de leur distribution sur les autres continents, y compris dans leur aire d’indigénat. Ce travail permet de mieux comprendre les conséquences possibles des modifications climatiques sur les macrophytes invasifs, afin d’appréhender et d’anticiper leur potentiel de colonisation futur
Climatic models predict a rise of globale surface temperature about 1 to 4°C by 2100. Climate modifications generated by this warming might favor biological invasions. The general objectif of this thesis was to explore the impacts of climate warming and climate change on four macrophytes invasive in Europe. This work focused on germination, growth, physiology and distribution of these species, through experiments in controlled conditions, in experimental garden and by using species distribution models. We showed that i) higher temperatures favor moderately the germination capacity of Ludwigia hexapetala and Ludwigia peploides subsp. montevidensis, decrease the seedlings survivorship but improve their biomass production, ii) the effect of increased temperature on macrophytes depends on the season, iii) a 3°C warming can modify metabolism without generating changes on the growth, iv) the water primroses L. hexapetala is the only species that showed both better apical and lateral growth when facing a warming, v) models predict an increase of the distribution surface of Ludwigia spp., Myriophyllum aquaticum and E. densa in their invasive ranges, and a decrease of their distribution area in the other continents, including their native range. This thesis offer a better understanding of climate changes consequences on invasive macrophytes in order to anticipate their futur colonisation potential

À l’intérieur d’un réseau trophique, les différents niveaux trophiques réagissent différemment aux changements de la température, car certains organismes sont plus sensibles que d’autres. Dû à l’interdépendance entre les différents niveaux, même le plus petit changement de la température peut déclencher des différences en cascade de la performance de toutes les composantes du réseau. Ceci peut mener à l’effondrement partiel ou total du système. Dans le cadre de mon projet, je me suis intéressée aux effets de la température et des changements climatiques sur la performance relative d’un réseau tritrophique (plante-herbivore-parasitoïde). Les objectifs généraux étaient de déterminer : a) Quel niveau trophique est le plus sensible à l’augmentation de la température? et b) Quels sont les effets des changements climatiques sur l’ensemble du réseau trophique? Afin de pouvoir évaluer l’effet de la température sur l’ensemble du réseau trophique, j’ai développé trois paramètres de la performance relative en utilisant la biomasse comme monnaie commune : la productivité nette générationnelle (NGP), le taux de performance relative d’un réseau bitrophique (φh/p), et le taux de performance relative d’un réseau tritrophique (φ3t). En général, mes résultats suggèrent que la fenêtre thermique de la performance relative de chaque niveau trophique est plus large à la basse du réseau (c.-à-dire pour la plante) et qu’elle est réduite d’environ 4 °C pour chaque niveau trophique subséquent. Aussi, les valeurs de φh/p suggèrent que les pucerons sont plus performants que la plante à basse température, mais ils sont incapables de se reproduire au-delà de 28 °C, ce qui donne un avantage aux plantes. Néanmoins, cet avantage ne peut être maintenu longtemps dû aux effets négatifs des températures élevées sur la biologie de la plante. Les valeurs de φ3t suggèrent que la performance du réseau tritrophique est gouvernée par des cascades trophiques du type « top-down », mais la variation inter et intraspécifique de la plante-hôte joue un rôle majeur dans la productivité relative du système. Les résultats des expériences de régime thermique simulé pour l’horizon 2050 suggèrent que : malgré une fenêtre thermique plus réduite, le parasitoïde a la performance relative la plus grande du système, dans les trois scénarios testés. Ceci suggère, possiblement, une plasticité thermique plus grande que prévue à ce niveau trophique. Néanmoins, en absence du parasitoïde, l’herbivore domine le système. La réponse de la performance relative du réseau tritrophique est la même dans trois scénarios testés, malgré une différence d’environ 4 °C entre eux. Par contre, l’exposition à long terme aux températures élevées a un effet négatif sur l’accumulation de la biomasse sur les trois composantes du réseau au niveau individuel et collectif. Ceci est la première étude à évaluer de façon empirique et exhaustive les effets de la température sur autant d’interactions plante-herbivore-parasitoïde, afin de déterminer la performance relative d’un système tritrophique de façon holistique.
Each trophic level of a food-web reacts differently to changes in temperature, because some species are more sensitive than others. Because of the interdependence between the different trophic levels, even the smallest change in temperature could trigger cascading effects throughout the food-web. This may cause a partial or total collapse of the system. As part of my project, I was interested in the effects of temperature and climate change over the relative performance of a tri-trophic food web system (plant-herbivore-parasitoid). The general objectives were to determine: a) which trophic level is more sensitive to an increase in temperature? and b) What are the effects of climate change on a food-web as a whole? In order to determine the effects of temperature on the whole food-web, I developed three parameters to measure the relative performance, by using biomass as common currency between the three trophic levels. The developed parameters are: net generational productivity (NGP), the bi-trophic food-web ratio (φh/p), and the tri-trophic food web ratio (φ3t). In general, my results suggest that the thermal window of the relative performance of each trophic level has a wider span at the base of the food-web (e.g. the plant) and it is reduced by about 4 °C for each subsequent trophic level. Also, the (φh/p) values obtained, suggest that the aphids have the highest performance at low temperatures, but they are incapable of reproducing beyond 28°C, which gives the plant a competitive advantage. Nonetheless, this advantage cannot be maintained for long, due to the negative effects of temperature on the biology of the plant. The φ3t values suggest that the performance of the food-web is influenced by trophic cascades in a « top-down » fashion; but both the inter- and intra-specific variation of the host plant plays a major role in the productivity of the system. The results of the experiments about climate change suggest that: in all three tested climate change scenarios, the parasitoid has the largest relative performance of the system in spite of having the smallest thermal window. This suggests a greater thermal plasticity than previously thought. Nonetheless, in the absence of parasitoids, the herbivore dominates the system. Although there was a 4 °C difference between the three climate change scenarios that were tested, the the performance of the tri-trophic food-web was not significantly affected. In comparison, under two 2050 climate change scenarios, the long-term exposure to high temperatures has a negative effect on the accumulation of biomass for the three components of the food web, both individually and collectively. This is the first study to evaluate empirically and exhaustively the effects of temperature over a great range of plant-herbivore-parasitoid interactions, in order to determine the relative performance of the system in a holistic way.

Les températures élevées et le déficit de l'eau résultant du changement climatique peuvent considérablement influencer la croissance et le développement des plantes ainsi que leur sensibilité aux agents pathogènes. Dans cette situation, l'agriculture doit mieux s’adapter aux changements climatiques.Dans ce contexte, certaines bactéries de type PGPR (Plant Growth Promoting Rhizobacteria) sont capables de protéger les plantes contre des stress biotiques et/ou abiotiques. Il a été montré, au laboratoire que la bactérie PGPR, Paraburkholderia phytofirmans conférait à la vigne, une meilleure tolérance aux basses températures. Cette protection s’explique en partie par le maintien de la photosynthèse et une augmentation des teneurs en sucres solubles.Au cours de ce travail, nous avons utilisé la bactérie, P. phytofirmans pour induire une tolérance à la chaleur chez la tomate dans le but d’anticiper les effets d’un réchauffement climatique. Les objectifs du travail étaient de caractériser d’un point de vue agronomique, biochimique, physiologique et moléculaire l’impact de la bactérie sur la plante en condition de stress thermique.Les résultats de cette étude ont démontré l’importance de l’utilisation de P. phytofirmans souche PsJN comme agent biologique en particulier vis à vis d’un réchauffement climatique. Ces résultats permettront de répondre aux attentes des sélectionneurs de tomates qui visent à développer une productivité accrue respectueuse de l’environnement tout en offrant une meilleure tolérance aux stress biotiques et abiotiques
High temperatures resulting from climate change can significantly influence plant growth, development, and susceptibility to pathogens. In this situation, agriculture needs to better adapt to climate change.In this context, certain Plant Growth Promoting Rhizobacteria (PGPR) are able to protect plants against biotic and/or abiotic stresses. It has been shown in the laboratory that the PGPR bacterium, Paraburkholderia phytofirmans strain PsJN, gives the grapevine a better tolerance under low temperatures. This protection is partly attributed to the modulation of carbohydrate metabolism through the maintenance of photosynthesis and an increase of soluble sugars levels.During this work, the bacterium P. phytofirmans was used to induce heat tolerance to tomato plants to anticipate the global warming effects. The objectives of the work were to characterize, from an agronomic, biochemical, physiological and molecular point of view, the impact of the bacteria on the plant response under heat stress conditions.The results of this study demonstrated the importance of the use of P. phytofirmans strain PsJN as a biological agent especially with respect to global warming. These results will meet the expectations of tomato breeders who aim to develop increased productivity while respecting the environment and offering a better tolerance to biotic and abiotic stresses

La signalisation des brassinostéroïdes (BR) est importante pour presque tous les aspects du développement des plantes, comme en témoigne le phénotype extrêmement nain et stérile des mutants défectueux du récepteur des brassinostéroïdes BRASINOSTEROID INSENSITIVE 1 (BRI1). De plus, il est un régulateur clé de la réponse des plantes à l'augmentation de la température ambiante (thermomorphogenèse) dans les parties aériennes de la plante, associé à la signalisation auxine et au facteur de transcription PHYTOCHROME INTERACTING FACTOR 4 (PIF4). Cependant, les rôles des mécanismes moléculaires de la thermomorphogenèse des racines restent insaisissables. Dans cette thèse, je décris en détail les mécanismes moléculaires conduisant à la thermomorphogenèse des racines des plantes exposées à une température ambiante élevée à la suite de la germination. Pour que les plantes allongent leur racine primaire à 26 ° C, par rapport à 21 ° C, elles régulent sélectivement la signalisation BR via la dégradation de BRI1 en fonction de la température. De manière surprenante, dans nos propres conditions, la signalisation auxine n’est pas nécessaire pour la thermomorphogenèse radiculaire, ce qui suggère une différence entre les réponses de thermomorphogenèse aérienne et racinaire. En utilisant une approche de mutagenèse dirigée, nous avons pu déterminer que la dégradation est déclenchée par une modification post-traductionnelle ciblant les lysines, probablement l’ubiquitination K63. Pour découvrir l’ubiquitine ligase E3 impliquée dans la dégradation de BRI1 induite par la température, nous avons effectué un criblage double hybride en levure en utilisant le domaine cytoplasmique de BRI1. Nous avons obtenu trois protéines candidates nommées DENSE AND ERECT PANICLE (DEP), qui se localisent de manière surprenante dans des microtubules corticaux (MTc) et sont apparues en même temps que la signalisation par le BR, suggérant un lien fonctionnel. L'interaction entre DEP1 et BRI1 a été confirmée par trois techniques différentes et, par conséquent, les mutants simples dep sont défectueux dans la perception de BR. D'un côté, ils sont hyposensibles à la réduction de la longueur de l'hypocotyle induite par le BR, mais de l'autre, ils sont hypersensibles au gravitropisme induit par le BR. Ces données suggèrent une interaction entre la signalisation par BR, la dynamique sous-cellulaire de BRI1 et les microtubules corticaux. Des recherches futures permettront de mieux comprendre l'importance biologique de l'interaction BRI1-MTc en général et de l'interaction BRI1-DEP1 en particulier
Brassinosteroid (BR) signaling is important for nearly all aspects of plant development, as attested by the extremely dwarf and sterile phenotype of mutants defective in the brassinosteroid receptor BRASINOSTEROID INSENSITIVE 1 (BRI1). In addition, it is a key regulator of plant responses to increase in ambient temperature (thermomorphogenesis) in the above-ground parts of the plant together with auxin signaling and the transcription factor PHYTOCHROME INTERACTING FACTOR 4 (PIF4). However, the roles molecular mechanisms of root thermomorphogenesis remain elusive. In this thesis, I describe in great detail the molecular mechanisms leading to root thermomorphogenesis of plants exposed to elevated ambient temperature from germination. In order for plants to elongate their primary root at 26°C, compared to 21°C, they selectively downregulate BR signaling via the temperature-specific degradation of BRI1. Surprisingly, under our own conditions, auxin signaling is not required for root thermomorphogenesis, suggesting a difference between aerial and root thermomorphogenesis responses. Using a site-directed mutagenesis approach, we are able to pinpoint that the degradation is triggered by a post-translational modification targeting lysines, probably K63 ubiquitination. To find out the E3 ubiquitin ligase involved in the BRI1 temperature-induced degradation we carried out a yeast two hybrid screen using BRI1’s cytoplasmic domain. We obtained three candidate proteins named DENSE AND ERECT PANICLE (DEP) that surprisingly localize to cortical microtubules (cMTs) and arose at the same time as BR signaling, suggesting a functional link. The interaction between DEP1 and BRI1 was confirmed by three different techniques and, consequently dep single mutants are defective in BR percepton. On one hand, they are hyposensitive to the BR-induced reduction in hypocotyl length but on the other hand they are hypersensitive regarding BR-induced agravitropism. This data suggest an interplay between BR signaling, BRI1 subcellular dynamics and cortical microtubules. Future research will shed light on the biological significance of the BRI1-cMTs interaction in general and the BRI1-DEP1 interaction in particular

De nombreux ecosystemes terrestres sont actuellement le siege de transformations importantes qui peuvent decouler des variations de conditions de milieu d'origine climatique ou anthropique. Cette fragilisation requiert une surveillance spatiale et temporelle permettant de comprendre la dynamique de ces mecanismes de changement. Le besoin d'analyse temporelle conduit a exploiter les donnees noaa-avhrr de resolution 1. 1 km. Cependant, comme les paysages naturels sont constitues d'elements tres melanges et imbriques entre eux, le pixel avhrr est en fait un pixel mixte. Or, une amelioration de la connaissance des processus de fonctionnement d'un ecosysteme ne peut etre obtenue qu'en ameliorant la perception des processus de fonctionnement des differents elements constitutifs de cet ecosysteme. Il faut donc caracteriser chacun de ces elements. Dans cet objectif, un modele d'inversion de la composition de la reflectance a ete developpe en utilisant conjointement des donnees a haute resolution spatiale (spot-hrv) et a haute frequence temporelle (noaa-avhrr). Les resultats de la restitution des profils temporels de reflectance pures ont pu etre clairement evalues grace a une etude de sensibilite faite sur des donnees simulees. L'utilisation des donnees noaa-avhrr a necessite le developpement d'une methode de filtrage temporel. Des profils temporels de reflectance pour les differents types d'occupation du sol (7 classes) ont pu alors etre restitues par le modele pour deux zones differentes, sahelienne et soudano-sahelienne. La validation des resultats a ete effectuee en les comparant a des mesures aeroportees de reflectance. L'acquisition des reflectances pures des differents composants du pixel mixte a permis alors de traiter separement l'estimation des productivites primaires nettes des objets correspondants. La mise en uvre du modele de monteith beneficie dans ces conditions de parametrisations individuelles adaptees pour le mil, la jachere et la savane arbustive. La comparaison des resultats obtenus avec des mesures de productivites effectuees sur le terrain souligne la tres bonne qualite de ces resultats et ouvre des perspectives nouvelles pour la modelisation de la dynamique des ecosystemes terrestres

Les gibbérellines (GAs) sont des phytohormones régulant divers aspects de la croissance et du développement de la plante en réponse aux signaux endogènes et exogènes. Au niveau moléculaire, les GAs stimulent la dégradation des protéines DELLA, répresseurs nucléaires de croissance. L’azote (N), macronutriment essentiel au développement de la plante, représente un des facteurs les plus limitant pour la productivité agricole. Le nitrate (NO3-), principale source de N pour les plantes cultivées, est une molécule soluble dont la disponibilité varie dans l’espace et le temps. Depuis la Révolution Verte des années 1960, l’application d’engrais azotés et l’utilisation de variétés de céréales semi-naines (altérées dans leurs réponses aux GAs) à forts rendements ont permis d’augmenter significativement la productivité agricole. Récemment, il a été rapporté que des transporteurs NO3 - appartenant à la famille des NPF (NITRATE TRANSPORTER 1/PEPTIDE TRANSPORTER FAMILY) étaient capables de transporter des GAs. Malgré les liens historiques et scientifiques établis entre les GAs et le NO3-, peu d’études se sont intéressées à l’effet du nitrate sur la biosynthèse, le transport et la signalisation GA chez les plantes. A l’aide d’approches génétiques, moléculaires et biochimiques réalisées chez Arabidopsis et le bl, ce travail de thèse démontre que le nitrate augmente la production et le transport acropète de GA12 (un intermédiaire de biosynthèse de GAs) et en conséquence, stimule la dégradation des répresseurs DELLAs. La diminution de l’abondance des DELLAs active la division cellulaire et donc la croissance de la plante. Par ailleurs, à l’aide de micro-greffes et de tests d’import de GAs réalisés dans des oocytes de Xenopus laevis, nous montrons que NPF2.12 et NPF2.13 facilitent le transport basipète de GA12 et du nitrate. Enfin, nous montrons que le transport acropète de GA12 est accru en réponse à une élévation de la température ambiante. Pris dans leur ensemble, ces résultats révèlent que la biosynthèse et le transport de GAs sont finement régulés en réponse à la disponibilité en nitrate et aux fluctuations de la température, permettant une croissance adaptée et optimale de la plante
The phytohormones gibberellins (GAs) regulate major aspects of plant growth and development in response to endogenous and exogenous signals. GAs promote growth by stimulating the degradation of nuclear growth repressing DELLA proteins. Nitrogen (N), a macronutrient essential for plant development, is one of the most limiting factors for agricultural productivity. Nitrate (NO3-) represents the main N source for cultivated plants but its availability fluctuates in both time and space due to its high solubility. Since the Green Revolution in the 1960’s, the use of N-fertilizers associated with high-yielding semi-dwarf cereal varieties, altered in GA responses, led to impressive yield increases. Recently, it has been reported that some NO 3 - transporters belonging to the NPF family (NITRATE TRANSPORTER 1/PEPTIDE TRANSPORTER FAMILY), were able to transport GAs. Despite these observations, the effect of nitrate on GA biosynthesis, transport and signaling pathway is still unknown. Using genetics, molecular and biochemical approaches performed in Arabidopsis and wheat, this thesis work demonstrates that nitrate activates GA biosynthesis and GA12 transport (an inactive GA precursor), and as a consequence, DELLA protein degradation. The reduction in DELLA abundance increases cell division rate and thus plant growth. Moreover, through micrograftings and GA import assays in Xenopus laevis oocytes, we show that NPF2.12 and NPF2.13 facilitate the basipetal transport of GA12 and nitrate. Finally, we show that GA12 transport is enhanced by a small elevation of the ambient temperature. Altogether, these results reveal that GA biosynthesis and transport are tightly regulated in response to nitrate availability and temperature changes, enabling adaptive and optimal growth of the plant

Les performances du végétal et des arthropodes dont il constitue le microhabitat dépendent des températures de surface foliaire. Celles-ci peuvent dévier fortement de la température de l’air et présenter des niveaux d’hétérogénéité différents selon l'échelle spatiale considérée. La feuille atténue les températures extrêmes en rapprochant son amplitude de variation journalière de celle de la température de l’air. Cependant, cette réponse diminue l’hétérogénéité des températures de surface foliaire et les capacités de thermorégulation comportementale des arthropodes à l'échelle de la feuille. Les températures moyennes de surface foliaire atténuent peu le réchauffement, et déterminent localement la performance photosynthétique du végétal. De l’échelle de la feuille à celle de la canopée, les plantes montrent des réponses différentes au réchauffement. Ce type de changement d'échelle est primordial pour améliorer notre compréhension de l'impact des changements climatiques
Plant performance and leaf-dwelling arthropods are impacted by leaf surface temperatures. Leaf surface temperatures can show important deviation from air temperature and present different levels of heterogeneity depending on the spatial scale. The leaf buffers temperature extremes by getting closer in amplitude to air temperature. However, this physiological response decreases the heterogeneity of temperatures at the leaf surface and the opportunities for arthropods to behavioraly thermoregulate in this microclimate. Mean temperatures at the leaf surface show low buffering abilities in response to warming and locally determine photosynthetic performance. From the leaf to the canopy scale, plants show different responses to warming and scaling is crucial to increase our understanding of the impact of global warming

Notre travail avait pour objectif l'étude des conséquences de deux modalités de stockage (stockage de l'ordre de quelques jours a 8°C et stockage de plusieurs mois à +1°C) sur l'état physiologique et le comportement, après transplantation, de jeunes pins laricio de corse âgés de 2 et 3 ans et de chênes rouges d'Amérique âgés de 1 an. Dans le cas du pin laricio, les deux modalités de stockage étaient responsables de taux de mortalité élevés. Le stress hydrique après transplantation a été aggravé du fait du dessèchement des plants au cours du stockage à 8°C et de l'augmentation de la résistance aux transferts hydriques des racines au cours du stockage à 1°C. Pour cette espèce, nous avons déterminé un potentiel hydrique foliaire de base seuil de -2 MPa en deçà duquel la croissance racinaire après transplantation ne pouvait avoir lieu. Par ailleurs, les réserves glucidiques ont diminué au cours du stockage pour les deux modalités ; le taux de respiration foliaire, estimé à partir de l'évolution des concentrations glucidiques, était de 0,4 mg de CO2 g-1 h-1 à 8°C et de 0. 01 à 0. 1 mg g-1 h-1 à 1°C. Dans le cas du chêne rouge, le stockage à 1°C n'a pas entrainé de mortalité après transplantation. A 8°C, de la mortalité a été observée après transplantation après un stockage d'une durée de 12 jours et des pertes de croissance aérienne et racinaire après transplantation ont été mesurées lorsque les teneurs en eau des systèmes racinaires étaient inferieures à 70%. Dans nos expériences, les concentrations en réserves glucidiques au moment de la plantation des chênes rouges (25% de la biomasse sèche) n'étaient pas un facteur limitant de leur reprise.

Le réchauffement climatique planétaire annoncé ne sera pas sans conséquence sur le métabolisme de la baie et en particulier sur la teneur en composés phénoliques. Les objectifs de cette thèse visent à mieux comprendre les processus de régulation associant le microclimat des baies et la synthèse des composés phénoliques. Par des approches moléculaires et biochimiques, ce travail a permis de mieux décrire les réponses spécifiques des baies de raisin (cultivar Cabernet-Sauvignon) aux facteurs rayonnement et température.L'analyse du transcriptome des baies exposées soit à un stress thermique soit à un stress lumineux a mis en lumière deux processus, une réponse rapide ayant lieu dès les premières heures de traitement et une réponse apparaissant au bout de plusieurs jours d’exposition aux stress. Cette étude a également permis de valider le système expérimental de découplage des effets du rayonnement et de la température.L'analyse des profils d’expression d’une vingtaine de gènes intervenant dans la voie de biosynthèse des flavonoïdes révèle des différences dans la réponse transcriptionnelle des gènes en fonction du stress et du stade développement auquel il a été appliqué. Néanmoins cette réponse n'est pas ou peu corrélée avec les variations des teneurs en anthocyanes et flavonols observées. Les teneurs en anthocyanes sont fortement réduites par l’action de la chaleur alors que les teneurs de certains flavonols augmentent sous l’influence du rayonnement. Au niveau des acides présents dans la pulpe des baies, l’acide malique voit sa teneur réduite sous l’effet de la chaleur ainsi que d’une forte intensité lumineuse. Les analyses montrent un impact important du stress thermique sur la teneur de la phénylalanine, de la tyrosine et de la lysine dans la pellicule.Parallèlement, l'initiation d’une étude du métabolome des pellicules de baies de raisin a été entreprise par UPLC-ESI-LTQ-Orbitrap™ et a permis d'acquérir des bases solides pour optimiser le protocole utilisé en vue d'analyses futures. Cette étude permet de dresser une liste préliminaire de métabolites d’intérêts.Enfin, le gène VvGOLS1 (Galactinol synthase 1) voit son expression stimulée dans les baies exposées au stress thermique, ce qui se traduit par une accumulation de galactinol, précurseur de la voie des RFOs. Un rôle de molécule «signal» est envisagé pour le galactinol. Un régulateur de la transcription de VvGOLS1 a également été identifié par des expériences d'expression transitoire en protoplastes. Il s'agit du facteur de transcription VvHsfA2, dont l'expression est également stimulée par le stress thermique. Dans ce contexte, la caractérisation des gènes de la famille des Hsfs (Heat Stress Factors) a été initée
Global warming will affect berry metabolism, and especially phenylpropanoïd contents. This PhD work aimed to acquire a better understanding on the cellular processus linking the microclimate and the phenolic synthesis. By molecular and biochemical approaches, we extended this study to detail specific responses taking place in berries under heat and light stress.Transcriptomic analysis of heat-stressed and light-stressed berries showed the existence of two processes that occur in exposed berries. The first one triggers a rapid and transient expression of genes within the first hours of treatment. The second one mobilizes a set of genes showing increase in their expression after several days of stress exposure. Furthermore, this study validated the experimental set used to discriminate the effects of light and temperature, respectively.Expression analysis of 20 genes involved in the flavonoid biosynthetic pathway revealed strong differences among the transcriptional responses, depending on the nature of stress and the developmental stage of the berry. However, expression patterns of genes involved in the biosynthesis of flavonoid could not fully explain the changes in anthocyanin and flavonol contents. This suggests that additional regulation processes such as post-traductional modifications of enzymes or metabolite degradation might take place in berries under abiotic stress. Anthocyanin content decreases under heat stress whereas flavonol content increases under high light. Malic acid increases in berry exposed to heat stress and high light. Moreover, heat-stressed berries showed an accumulation of phenylalanine, tyrosine and lysine in skin but not in pulp.In parallel, a metabolomic analysis was initiated on stress exposed berry skins by using UPLC-ESI-LTQ-Orbitrap™ technology. The first experiments revealed contrasted metabolite contents in berries according to the stress applied, and highlighted several metabolites of interest. The preliminary assays will help optimize this powerful tool for futures analysis.Finally, expression of VvGOLS1 (Galactinol synthase 1) was strongly induced in grape berries exposed to heat stress, in good agreement with the observed galactinol accumulation. Role of galactinol as a signaling molecule is discussed. Transient expression experiments revealed that VvGOLS1 expression is regulated at the transcriptional level through VvHsfA2 action. VvHsfA2 expression is also stimulated under heat stress. In this context, characterization of the grapevine heat stress factors was initiated

Bien que les champignons mycorhiziens arbusculaires (AMF) soient présents des habitats collinaires aux habitats alpins, les recherches sur leur rôle dans l’écosystème montagnard sont encore incomplètes. Les objectifs de cette thèse sont d’analyser l’écologie et le fonctionnement des AMF ainsi que leur réponse au changement global dans les écosystèmes montagnards. Nous tentons de répondre aux questions de recherche suivantes : quels sont les effets de l’altitude sur les AMF indépendamment des effets des autres gradients et de la relation AMF-plante hôte ? Quelles relations de facilitation se développent dans les écosystèmes montagnards et quels bénéfices les plantes tirent-elles des AMF ?Avec l’augmentation d’un stress environnemental la symbiose AMF-plante doit théoriquement devenir plus mutualiste. Nous émettons l’hypothèse d’une modification du fonctionnement des interactions AMF-plante selon un gradient altitudinal dans les conditions environnementales actuelles, puis dans les conditions futures. Afin de vérifier ces hypothèses, une expérimentation in situ a été mise en place dans les Alpes Centrales d’Italie pour évaluer les variations des taux de mycorhization et leur abondance dans la communauté microbienne du sol, étudier la nature des relations entre plantes et mycorhizes ainsi que la productivité végétale le long d’un gradient altitudinal. De plus, les influences d’une augmentation de la température et d’une réduction des précipitations sont analysées séparément dans une chambre de croissance sous conditions contrôlées, ce qui permet de distinguer leurs effets respectifs sur la productivité des plantes et sur les interactions plantes – mycorhizes.Cette thèse montre que les AMF sont omniprésents dans les écosystèmes de montagne et qu’une diminution de leur abondance avec l'altitude dépend du contexte climatique global. D'autre part, la relation des AMF avec les plantes est fortement dépendante de la plante-hôte, ainsi que du contexte biotique et abiotique. Troisièmement, un changement des interactions AMF-plante avec l'altitude est suggéré par des indices indirects, mais est également très probablement dépendant de l'identité de la plante hôte. Cette thèse propose aussi une nouvelle orientation de recherche pour bien évaluer les hypothèses présentées. Il est nécessaire de réaliser des études sur le terrain où la présence des AMF est contrôlée et les interactions AMF-plante peuvent être évaluées. Afin de généraliser les résultats, ces expérimentations doivent être menées à différentes échelles spatiales et représenter différentes aires géographiques.Il est particulièrement important de comprendre et de qualifier ces processus en zone montagnarde pour prévoir leur évolution possible dans un contexte de changement global. Nos expérimentations montrent en effet que le réchauffement est un facteur important car il aggrave les conditions de sécheresse en basse altitude et entraine une baisse de la productivité des plantes. Nous démontrons que la présence de mycorhizes atténue l’impact du changement climatique sur la productivité des plantes mais que le niveau de cette atténuation varie selon les espèces de plantes.Les connaissances actuelles concernant les AMF en milieu montagnard sont peu développées sur les processus en jeu dans les interactions AMF-plantes. Grâce aux hypothèses présentées et à leur approche expérimentale cette thèse offre de nouvelles perspectives sur l’analyse de ces processus
Even though arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) are present from foothills to all alpine habitats, research on their role in mountain ecosystems remains incomplete. The main objective of this dissertation was to investigate interactions between AMF and plants along altitudinal gradients under both, natural conditions and simulated future climate change conditions.A novel framework is suggested for the functioning of the AMF-plant relationship along altitudinal gradients based on the stress gradient hypothesis. The first hypothesis expects the AMF-relationship to shift along the mutualism–parasitism continuum following changing environmental stress along the altitudinal gradient. The relationship might be most mutualistic at the subalpine zone. In a second hypothesis, this shift along the mutualism-parasitism continuum is predicted to be different under climate change conditions, and the most mutualistic expression of the AMF-plant relationship expected in the montane and alpine zone. Studies to validate the presented hypotheses will help to identify important mechanisms underlying plant-AMF interaction and with that the mediation of plant-plant interactions by AMF. In the scope of this thesis, the framework was addressed in field experiment as well as under controlled conditions in a climate chamber experiment.From a literature review and from a field experiment along a dry inner-alpine altitudinal gradient this thesis proposes the following conclusions: First, AMF are also ubiquitous in mountain ecosystems, but a decrease in their abundance with increasing altitude is dependent on the overall climatic context. Second, their relationship to plants is however strongly dependent on the host plant species as well as the biotic and abiotic context. Third, a shift of the AMF-relationship along with altitude is expected but will quite possibly also depend on the plant species identity. Fourth, to fully assess the suggested working hypotheses for AMF-plant interactions field studies must be conducted at different spatial scales and covering different mountain systems.It is particularly important to understand and investigate the drivers of AMF plant relationship in mountain ecosystems to be able to make sound predictions for AMF-plant interactions under future climate change conditions. The presented field and climate chamber experiments on climate change show that temperature is an important factor because it aggravates the conditions of drought in lowland and a threshold is surpassed. It becomes also clear that whether AMF mitigate climate change effects for plants or not is dependent on the plant species. Altogether this thesis contributes to current research questions in ecology, climate change mitigation and plant–soil interactions, because it addresses the role of AMF in mountain grassland ecosystem, investigates the effects of climate change and provides a new framework concerning the functioning of the AMF-plant relationship ranging from parasitism to mutualism

Le changement climatique entraîne un changement profond des régimes thermiques qui a des conséquences importantes sur la croissance des plantes. Toutefois, les effets des températures extrêmes ont été peu étudiés chez espèces fourragères pérennes, et ne sont pas intégrés dans les modèles actuels de prairie. Or ces modèles ont un rôle central à jouer dans le développement de stratégies d'adaptation au changement climatique. Dans ce contexte, cette thèse a cherché à approfondir la compréhension de la réponse de la luzerne et de la fétuque élevée à une large gamme de températures et à améliorer la prise en compte de ces réponses dans le modèle STICS. Un volet de travail expérimental en conditions contrôlées n'a pas permis de mettre en évidence de différences de réponses entre génotypes d'origine contrastées (tempéré/Méditerranéen) pour différents processus de croissance et de développement des deux espèces. En revanche, il est apparu des différences significatives entre les réponses normalisées de différents processus ; l'allongement des tiges en particulier se distinguant nettement des autres processus chez la luzerne. La réponse de la photosynthèse à la température a montré une forte acclimatation à la température de croissance, aussi bien pour des génotypes d'origine tempérée que méditerranéenne. Ces derniers sont apparus plus sensibles aux températures élevées du fait d'une désactivation de la RUBISCO. La modification des formalismes de réponse à la température de la croissance et du développement dans STICS (fonction non linéaire, pas de temps) a eu un fort impact sur le cumul de temps thermique pour des scénarios climatiques « futurs ». Toutefois, du fait de l'effet majoritaire d'autres stress conjoints durant les périodes de stress thermique et d'une rapide saturation du rayonnement intercepté, l'impact sur les projections de production fourragère s'est avéré limité pour les conditions testées. Au total ces résultats suggèrent que les productions fourragères pourraient être moins exposées au stress thermique que les cultures annuelles
Due to climate change, the global average temperature is expected to rise with marked impacts on crop growth. However, extreme temperature's impacts on perennial herbaceous species have received much less attention to date than other crops and aren’t currently implemented in grassland models. Yet, grassland models have a major role to play in defining adaptation options to global warming’s impacts on agriculture. In this context, our aims were to characterise the responses to temperature of two major perennial forage species over a large range of growth temperature and to improve the temperature response formalisms in the STICS model. First, experiment conducted in growth chambers indicated that the responses of normalized developmental rates did not differ between genotypes from contrasting thermal areas (Mediterranean/temperate) within each species. On the other hand, the responses to temperature of normalised rates differed significantly between several of the physiological processes studied; in particular stem elongation rate differed from other developmental rates in alfalfa. Irrespective of cultivar origin, a remarkable acclimation of photosynthesis to growth temperature was observed. Mediterranean genotypes displayed a greater sensitivity of the maximum rate of Rubisco carboxylation to elevated temperatures. Modifications of temperature formalism in the STICS crop model (implementation of nonlinear response, hourly/daily step of response) had a significant impact on thermal time accumulation and crop development for future climate scenarios. However, due to larger effects of water stress and to saturation of radiation interception, impacts on projections of grassland dry matter production were limited. This result suggests that grassland production could be less exposed to thermal stress than annual crops

La tolérance au déficit hydrique interne est reconnue comme le mécanisme majeur de la résistance à la sécheresse, en permettant le maintien des capacités photosynthétiques de la plante. L'objectif du présent travail est d'étudier la réponse génotypique du tournesol au déficit hydrique, par l'analyse des processus photosynthétiques dans une perspective d'amélioration de la résistance à la sécheresse. La bonne tolérance au déficit hydrique interne de certains génotypes permet une fermeture progressive et tardive des stomates assurant le maintien d'une activité photosynthétique pour des potentiels hydriques foliaires bas. Cette aptitude est le résultat d'une forte capacité d'ajustement osmotique préservant la turgescence cellulaire au cours du déficit hydrique foliaire. L'acclimatation à la sécheresse après une première période de déficit hydrique entraîne une amélioration sensible du comportement des hybrides F1, comparativement à leurs lignées parentales, avec un maintien des activités photosynthétiques et une meilleure valorisation de l'eau. Le photosystème II s'est révélé peu sensible au déficit hydrique foliaire sous de faibles éclairements. Par contre, la combinaison du déficit hydrique avec des éclairements élevés entraîne des effets de photoinhibition importants.

Le réchauffement climatique a des effets importants et coûteux sur le climat et la production agricole. Étant sessiles, les plantes ont développé des mécanismes complexes pour percevoir les variations de température et y répondre, ainsi que pour afficher des changements spécifiques dans leur morphologie ou leur développement. Cependant, on sait peu de choses sur le mécanisme de reprogrammation de l'expression génique de la chromatine lors de la réponse de la plante à une température ambiante élevée. Les enzymes de modification de la chromatine nécessitent des produits de métabolisme intermédiaire en tant que substrats ou cofacteurs. Par exemple, les histone acétyltransférases utilisent l’acétyl-CoA en tant que donneur pour l’acétylation de la lysine et les histones déméthylases nécessitent l’a-cétoglutarate (α-KG) en tant que cofacteur. Chez les plantes, l'acétyl-CoA cytosolique est produite par l'ATP-citrate lyase (ACL) et l'α-KG est produite par les isocitrate déshydrogénases (ICDH) par différentes voies métaboliques. Cependant, il reste à déterminer si les fluctuations métaboliques affectent l'activité des enzymes de modification de l'histone et régulent l'expression des gènes lorsque la température ambiante est élevée. Dans ma thèse, j'ai contribué à analyser le rôle des histone désacétylases HDA9, HDA15 et HDA19 d'Arabidopsis dans la réponse thermique des plantes et j'ai étudié l'effet des niveaux d'acétyl-CoA sur l'état d'acétylation des histones chez Arabidopsis et le rôle de la fluctuation de l'α-KG dans le contrôle Activité de la déméthylase JmjC et croissance de la plante et expression génique à température chaude. Dans la première partie de l’étude, des analyses génétiques et moléculaires ont montré que HDA9, HDA15 et HDA19 s’adressent à différents ensembles de gènes et jouent des rôles distincts dans la réponse à la chaleur. D'autre part, nous avons constaté que lorsque le ACL était surexprimé chez les mutants gcn5, le niveau de H3K27ac était augmenté. De plus, la surexpression des ACL complétait partiellement les phénotypes gcn5. Les résultats ont démontré un lien intrinsèque entre les fluctuations de l'acétyl-CoA et les niveaux d'acétylation de l'histone H3K27 chez les plantes. Dans la deuxième partie de ma thèse, nous avons montré que la perte d’ICDH cytosolique entraînait une augmentation des niveaux de H3K4me3 et une augmentation des phénotypes mutants du gène de la déméthylase H3K4me3, JMJ14. Les analyses génétiques ont suggéré que JMJ14 et JMJ15 (une autre déméthylase H3K4me3) fonctionnaient de manière redondante pour réguler l’expression et la croissance de gènes sensibles à la chaleur des plantes et indiquaient que la mutation de cICDH affectait principalement la fonction de JMJ15. Une analyse pangénomique a révélé le rôle essentiel de JMJ14 dans l'établissement de programmes d'activation et de répression géniques de la thermomorphogenèse des plantes. JMJ14 et JMJ15 ont directement réprimé un ensemble de gènes susceptibles de jouer un rôle négatif dans le processus. Les résultats ont montré que la fluctuation des taux de métabolites régulait l'activité de l'histone déméthylase et la réponse des plantes à la chaleur. Pris ensemble, les résultats mettent en évidence l'interaction entre le métabolisme, l'épigénétique et l'adaptation des plantes au changement de l'environnement ambiant
Global warming is having significant and costly effects on the climate and agricultural production. Being sessile, plants have evolved complex mechanisms to perceive and respond to temperature variation and display specific changes in their morphology or development. However, little is known on the chromatin mechanism of gene expression reprogramming during plant response to elevated ambient temperature. Chromatin modification enzymes require intermediary metabolism products as substrates or cofactors. For example, histone acetyltransferases use acetyl-CoA as a donor for lysine acetylation and histone demethylases require α-ketoglutarate (α-KG) as a cofactor. In plants, cytosolic acetyl-CoA is produced by ATP-citrate lyase (ACL) and α-KG is produced by isocitrate dehydrogenases (ICDH) in different metabolic pathways. However, it remains unclear whether metabolic fluctuation affects the activity of histone modification enzymes and regulates gene expression under elevated ambient temperature. In my thesis, I contributed to analyze the roles of Arabidopsis histone deacetylases HDA9, HDA15, and HDA19 in plant thermal response and I studied the effect of acetyl-CoA levels on histone acetylation status in Arabidopsis and the role of α-KG fluctuation in controlling JmjC demethylase activity and plant growth and gene expression under warm temperature. In the first part of the study, genetic and molecular analysis showed that HDA9, HDA15, and HDA19 target to different sets of genes and play distinct roles in responding to warm temperature. On the other hand, we found that when overexpressed ACL in gcn5 mutants, the H3K27ac level was increased. Additionally, ACL overexpression partially complemented the gcn5 phenotypes. The results demonstrated an intrinsic link between acetyl-CoA fluctuation and histone H3K27 acetylation levels in plants. In the second part of my thesis, we showed that loss of cytosolic ICDH resulted in increased H3K4me3 levels and enhanced mutant phenotypes of the H3K4me3 demethylase gene JMJ14. Genetic analysis suggested that JMJ14 and JMJ15 (another H3K4me3 demethylase) functioned redundantly to regulate plant thermal responsive gene expression and growth and indicated the cICDH mutation mainly affected JMJ15 function. Genome-wide analysis revealed an essential role of JMJ14 in establishing both gene activation and repression programs of plant thermomorphogenesis. JMJ14 and JMJ15 directly repressed a set of genes that are likely to play a negative role in the process. The results provided evidence that the fluctuation of metabolites levels regulates histone demethylase activity and plant response to warm temperature. Taken together, the results highlight the interplay between metabolism, epigenetics and plant adaptation to changing the ambient environment

La viticulture dépend des conditions climatiques. Dans le contexte de réchauffement climatique, les changements de la vigne et du raisin sous l’effet des températures élevées vraisemblables pour les prochaines décennies pourraient modifier l’aire de répartition des cépages et même menacer la durabilité de la viticulture des régions chaudes. L’objectif de cette étude était donc d’analyser les effets de l’élévation de température sur la composition du raisin, du transcriptome au métabolome. L’utilisation d’un système « open top » passif au vignoble a permis d’augmenter la température autour des grappes de 0.5-1.6 °C en moyenne, une valeur compatible avec le réchauffement climatique prévisible. Les expérimentations ont été conduites sur Cabernet Sauvignon (CS) et Sauvignon Blanc (SB), de la nouaison à la surmaturité, à Bordeaux (France) et en Barossa Valley (Australie). Les analyses ont ciblé essentiellement les métabolites primaires, les composés phénoliques et aromatiques (l’IBMP, arôme de poivron vert; les précurseurs de 3SH, arôme de pamplemousse et la ß-damascenone, arômes floraux). En complément, des analyses RNA-seq et q-PCR ont été réalisées pour explorer la réponse transcriptomique à cet échauffement modéré en conditions réalistes de vignoble.L’échauffement modéré a peu affecté les concentrations en sucres, acides et total en acides aminés, mais a modifié la distribution des différents acides aminés. La composition en acides aminés s’est principalement différenciée suivant la variété, le stade de développement et le site expérimental.Les concentrations finales en IBMP n’ont pas été affectées par l’échauffement. Cependant, à la fermeture de la grappe, les baies de CS échauffées avaient une moindre concentration en IBMP associée à une sous-expression de VviOMT3. La concentration en IBMP des baies de SB échauffées n’a pas montré de différenciation, bien que les niveaux d’expression de VviOMT3 et VviOMT4 soient diminués. Les effets limités et dépendant du génotype suggèrent qu’une augmentation modérée de la température ne serait pas suffisante pour modifier significativement l’IBMP.Glut-3SH-Al était bien plus concentrée que Glut-3SH et Cys-3SH. le traitement échauffé a fait diminuer la présence de Glut-3SH-Al et Cys-3SH dans les baies de SB, en association avec une sous-expression de VviGST4. Par ailleurs, VIT_08s0007g01420 (GSTU8) a été réprimé par le traitement, et pourrait donc être un gène candidat potentiel impliqué dans la biosynthèse de précurseurs de 3SH.Pour les baies de CS, les concentrations en caroténoïdes totaux et celles des deux caroténoïdes majeurs (la lutéine et le β-carotène) n’ont pas réagi à l’augmentation de température. La zéaxanthine a montré une tendance à la diminution sous l’effet de l’échauffement, jusqu’à une diminution significative. Cette concentration plus faible pourrait limiter la biosynthèse de β-damascenone et expliquer la plus faible teneur en β-damascenone observée dans les baies à sur-maturité en cas de température élevée.Un total de 357 gènes (DEGs) ont été différentiellement exprimés en réponse à l’augmentation de température pour les échantillons de 2015 à Bordeaux. D’après l’analyse d’enrichissement « Gene Ontology », le traitement a principalement régulé quatre catégories en relation avec les microtubules, la paroi cellulaire, l’espace extracellulaire et l’activité des facteurs de transcription. 6 DEGs liés à la biosynthèse des anthocyanes ont été régulés négativement, ce qui pourrait expliquer, au moins en partie, la concentration réduite en anthocyanes totaux observée dans les baies de CS échauffées. En revanche, les tanins n’ont pas été affectés par l’augmentation de la température
Viticulture depends on climate conditions during the growing season. In the context of global warming, any changes in viticulture caused by the rising temperatures expected for the next decades may alter the geographical distribution of grape varieties and even threaten the sustainability of viticulture in hot areas. The objective of this research was to investigate the effects of moderately elevated temperature on grape composition, both at metabolic and transcriptomic levels. A passive open-top heating system was applied in Cabernet Sauvignon (CS) and Sauvignon Blanc (SB) vines grown with standard practice in Bordeaux, France and the Barossa Valley, Australia (CS only) to increase the bunch zone mean temperature by around 0.5-1.6 °C, which was commensurate with the projected global warming. This moderate heating was applied from fruit-set to two weeks after harvest. Metabolites related to technical, phenolic and aromatic maturities (IBMP, the green pepper aroma, precursors of 3SH, grapefruit aroma, and β-damascenone, floral aroma) were assessed, together with transcriptome analysis via RNA-seq and q-PCR, in order to obtain a comprehensive view of berry responses to this moderately elevated temperature in realistic vineyard conditions.The moderately elevated temperature hardly affected the concentrations of sugars, organic acids and total amino acids, but it altered free amino acid composition depending on varieties, vintages and locations.The final concentrations of IBMP were not affected by warming condition in mature berries. However, the elevated temperature significantly reduced IBMP content and expression level of VviOMT3 (a known key gene of IBMP) in CS berries at bunch closure stage, while it reduced the expression levels of VviOMT3 and VviOMT4 at bunch closure stage without affecting IBMP concentration in SB berries. This limited and genotype-dependent effect of elevated temperature suggests that a moderate temperature elevation may not be sufficient to significantly modify IBMP.Glut-3SH-Al was much more concentrated than Glut-3SH and Cys-3SH. Reduced Glut-3SH-Al and Cys-3SH concentrations were associated with a significantly lower expression level of VviGST4 in heated SB berries. Meanwhile, VIT_08s0007g01420 (GSTU8), was down-regulated by elevated temperature and might be a potential candidate gene involved in the biosynthesis of precursors of 3SH.The concentrations of total carotenoids and two predominant carotenoids (lutein and β-carotene) were not altered by elevated temperature in CS berries, but zeaxanthin was reduced by elevated temperature and was significantly less concentrated at harvest. This lower concentration may limit the biosynthesis of β-damascenone and explain the observed lower β-damascenone concentration in post-ripening berries under elevated temperature.A total of 357 genes were differentially expressed (DEGs) in response to the elevated temperature in Bordeaux samples in 2015. Enrichment analysis of Gene Ontology showed that temperature mainly regulated four GO categories, including microtubule, cell wall, extracellular region, and transcription factor activity. 6 DEGs related to anthocyanins synthesis were down-regulated and it could explain, at least in part, the observed lower total anthocyanins in warmed CS. Conversely, tannins were not affected by elevated temperature.The results provide a better understanding of potential global warming effects on metabolite changes during berry development, along with novel molecular insights into the response of grape berry to moderate heating in vineyard conditions

La pérennité du trèfle blanc (Trifolium repens l. ) est en partie conditionnée par sa survie hivernale et sa reprise printanière. L’objectif du présent travail est de déterminer les effets des basses températures sur la morphogénèse et sur l'évolution des réserves carbonées du trèfle blanc. Des suivis expérimentaux réalisés en plein champ montrent que la morphogénèse du trèfle est principalement sous la dépendance de la température et notamment de l'indice actinothermique. Des réserves carbonées (amidon et sucres solubles) sont accumulées dans les stolons, les racines et les feuilles, caractérisant un endurcissement de la plante aux basses températures. Les plus fortes mortalités foliaires observées pendant l'hiver sont dues aux alternances rapides de gels et dégels, notamment en début d'hiver et qui conduisent à une forte consommation de l'amidon stocké dans les stolons. Des gels simulés en conditions contrôlées induisent une déshydratation des plantes, moins forte chez les plantes endurcies. En réponse aux basses températures positives, on observe une accumulation de solutés dans les cellules, conduisant à un ajustement osmotique. Les sucres solubles contribuent pour 20 à 30% à cet ajustement osmotique, indiquant que des composés autre que les sucres interviennent. Une comparaison variétale montre que dans nos conditions expérimentales, Aberherald présente un taux d'émission des feuilles identique à Huia. Le meilleur rendement en matière sèche de Aberherald observé au champ à la première coupe est du à des feuilles plus grosses, des pétioles et des stolons plus longs et plus épais. Ainsi Aberherald possède une valeur adaptative au froid supérieure à Huia. En période hivernale et printanière, les réserves carbonées ne limitent pas le taux d'émission des feuilles mais influencent la croissance des organes émis. Les réponses de la plante au froid concernant la morphogénèse et les réserves carbonées sont discutées en termes de mécanismes de tolérance, de résistance et d'adaptation

La vitiviniculture est un secteur économique et culturel important en Bourgogne. L’actuel changement climatique soulève diverses questions notamment sur son impact sur les cultures. Dans cette thèse, l’idée est d’élaborer une méthodologie afin de répondre à la problématique : quels seront les impacts possibles des changements de températures sur la phénologie du Pinot noir en Bourgogne à l’horizon 2031-2048 ?L’évolution des températures en Bourgogne depuis 1961 est caractérisée par un saut positif de température à la fin des années 1980 suivi par une période où la température augmente d’environ 1,5°C.L’un des intérêts de cette thèse réside dans l’élaboration, en suivant une stratégie élaborée durant la thèse, d’une base de données spatialisée réalisée sur la période 1989-2009 afin d’estimer la capacité du modèle WRF à reproduire le climat bourguignon en désagrégeant des données climatiques de large échelle. Le modèle reproduit de façon satisfaisante le cycle saisonnier et la variabilité spatiale climatique globale aux biais près (froid sur les Tx et chauds sur les Tn).Pour régionaliser le changement climatique, WRF a été utilisé pour désagréger des données issues du scénario SRES/A2 sur les périodes 1970-1987 et 2031-2048. Après avoir été évalués et intercomparés trois modèles phénologiques utilisant les données de températures moyennes pour simuler les dates d’occurrence des stages phénologiques du Pinot noir, ont été appliqués sur ces désagrégations.L’impact de l’augmentation des températures à l’horizon 2031-2048 (SRES/A2), estimée à 1,35°C en moyenne, se caractérise par une précocité de la floraison d’au moins 7 jours et une précocité de la véraison d’au moins 15 jours. La durée interstade est également diminuée de l’ordre de 5 jours
The viticulture is an important economic and cultural sector in Burgundy. The current climate change raises a number of issues including its impact on crops. In this thesis, the idea is to develop a methodology to address the problem: what are the potential impacts of changes in temperature on the phenology of Pinot noir in Burgundy for years 2031-2048?The evolution of temperatures in Burgundy since 1961 is characterized by a positive temperature shift at the end of the 1980s followed by a period where the temperature increases of about 1.5 ° C.One of the interests of this thesis is to develop, following a strategy developed during the thesis, a spatial database conducted over the period 1989-2009 to estimate the ability of the WRF model to reproduce the climate Burgundy by disaggregating large scale data. The model reproduces satisfactorily the seasonal and spatial variability in global climate despite bias (cold on the Tx and hot on the Tn).To regionalize the climate change, WRF was used to disaggregate data from the scenario SRES/A2 on the periods 1970-1987 and 2031-2048. After being evaluated and inter-compared three phenological models, using average temperatures data to simulate the dates of occurrence of phenological stages of Pinot Noir, have been applied to these decompositions.The impact of warming temperatures on the horizon 2031-2048 (SRES/A2), estimated at 1.35 ° C on average, is characterized by an earlier flowering and veraison of about 7 and 15 days respectively. The interstadial duration is also reduced of about 5 days

Cette étude s'intéresse aux effets de la température sur le développement de la canne à sucre et le potentiel d'expansion de cette culture au sein de nouvelles zones géographiques. En particulier, elle vise à caractériser les stades de développement de la plante durant lesquels les basses températures agissent afin d'extrapoler des zones géographiques d'adaptation. Un travail plus particulier est engagé sur l'effet des basses températures en condition d'altitude tropicales dans Les Hauts de La Réunion. L'implantation en cycle de plantation est identifiée comme une étape très importante pour les cultures de canne, et pour la culture dans les Hauts en particulier, car elle conditionne non seulement la date de première récolte et son niveau mais elle a un impact sur le cycle de repousse. Les expérimentations ont lieu à la fois en milieu contrôlé (chambre climatique et serre) et en conditions réelles (champs à différentes altitudes). Une étude méthodologique sur la qualité du matériel végétal est réalisée pour valider les conditions d'expérimentation. Cette étude montre que des expérimentations de débourrement de bourgeons peuvent être réalisées avec des boutures d'un seul bourgeon, de taille réduite. Les comparaisons de débourrement à différentes températures nécessitent d'utiliser des boutures triées, saines, et homogènes, c'est-à-dire provenant de la partie médiane de la tige-mère. Les bourgeons de la partie supérieure (entrenœuds non consolidés à croissance non terminée) et ceux issus de la base de la plante devront être écartés. L'influence de la température est quantifiée sur différentes variétés lors de la phase de débourrement-levée, puis au cours des stades de développement suivants jusqu'à la fermeture du couvert végétal. La température influence considérablement sur le processus de débourrement. Le modèle thermique élaboré, bien que limité à une gamme de températures, prédit de façon satisfaisante la levée à température constante et permet de quantifier les différences variétales observées. Les expérimentations au champ révèlent des différences dans les dynamiques d'émission et de croissance des tiges et de mise en place de la surface foliaire, non seulement entre sites d'altitude différente mais aussi entre variétés. La température joue un rôle majeur dans cette différenciation. De plus, selon le processus étudié, le classement des variétés suivant leurs performances n'est pas strictement identique d'un site à l'autre. Ce constat révèle l'intérêt d'approfondir l'étude sur la période d'installation du feuillage en conditions climatiques variées. Le modèle de débourrement-levée développé au cours de cette étude a permis d'identifier des indicateurs pour évaluer la capacité d'adaptation de différentes variétés de canne à sucre. Associés à une base de données météorologique géolocalisée, ces derniers mettent en évidence l'importance de la température seuil dans la capacité d'adaptation des variétés à différentes zones géographiques. Les méthodes et outils élaborés au cours de cette thèse ont d'ores et déjà des retombées pour accompagner les outils traditionnels de sélection variétale à La Réunion et sont extrapolables dans des zones à températures plus fraîches. Ces retombées pourraient s'accroître avec la mise au point de nouveaux itinéraires techniques. Enfin, la poursuite des travaux cartographiques, comme outils d'étude du potentiel d'implantation des cultures dans les Hauts, constitue également un axe prometteur pour la valorisation des acquis de cette thèse
This thesis is centered on the effects of temperature on sugarcane development and its potential for geographical expansion under low temperatures in high-altitude tropical conditions. In the highlands of Reunion Island (les Hauts), the duration of the germination, in planting years, affects the date and the level of the first harvest, as well as the sugarcane yield in the following ratoon crop cycle. Trials took place in climate chambers, greenhouses and fields at different temperatures and altitudes. A preliminary study validates the conditions governing the experimentation: bud bursts can be studied through single, healthy, single bud cuttings that are taken from the middle section of the mature stem. Temperature considerably influences the primary tiller germination and emergence stages. The thermal model that was developed satisfactorily predicts bursting at a constant temperature and allows for the quantification of observed varietal differences. Field trials reveal a disparity in the production and growth dynamics of leaves and stems according to locations and varieties. Temperature influences this differentiation. Among the indicators that were elaborated, the duration for the seedling of half the population, when applied to a climatic database, allows one to define geographical zones and time periods conducive to the introduction of sugarcane according to its variety. The methods presented herein can be used in varietal selection for all zones where cold temperature limits the spread of crops. Results could be used for the development of new cultural practices or for further studies in geo-referenced agronomic zoning

L'herbivorie par les insectes est un processus écologique important qui affecte la dynamique des populations de plantes, les communautés et les écosystèmes. La distribution et l'abondance des insectes herbivores et l'activité qui en résulte sont façonnées par une multitude de facteurs, intrinsèques ou extrinsèques à la plante hôte, qui agissent à différentes échelles spatiales et souvent de concert. Une classification largement utilisée fait la distinction entre les forces ascendantes, telles que l'activité des herbivores est influencée par la distribution et la qualité des ressources (incluant les défenses), et les forces descendantes, telles que l'activité des herbivores est limitée par le contrôle exercé par les ennemis des herbivores (prédateurs, parasitoïdes). Les forces ascendantes et descendantes sont toutes deux impliquées dans les cascades trophiques qui accompagnent inévitablement les interactions plantes-herbivores dans les populations naturelles de plantes, mais leur importance relative peut varier considérablement selon le contexte particulier local, et les mécanismes biologiques sous-jacents restent mal compris.J'ai étudié les facteurs écologiques qui façonnent les relations entre le chêne pédonculé (Quercus robur) et ses insectes herbivores à différentes échelles spatiales. En particulier, j'ai examiné les effets du contexte du paysage, de l’apparentement entre les arbres et du climat sur l'activité des herbivores. Un des principaux objectifs de ma thèse était d'évaluer l'importance relative des forces ascendantes et descendantes dans la structuration des relations chêne-herbivores.La thèse est structurée en trois chapitres principaux correspondant à des manuscrits indépendants qui publiés (chapitre 1), en cours de révision (chapitre 2), ou en préparation (chapitre 3) au moment de la soumission du document de thèse. Dans le chapitre 1, j'ai étudié la relation entre l'herbivorie et la communauté et l'activité des oiseaux insectivores dans les chênaies qui diffèrent en taille et en connectivité. J'ai constaté que l'herbivorie, la prédation des oiseaux et les communautés d'oiseaux étaient influencées par les caractéristiques du paysage, mais que ni la prédation sur les herbivores ni les communautés d'oiseaux n'avaient d'effet significatif sur l'herbivorie. Dans le chapitre 2, j'ai étudié la relation entre le génotype du chêne, les défenses chimiques des feuilles et l'herbivorie dans les mêmes peuplements. J'ai constaté que l'herbivorie des insectes et les défenses chimiques étaient non seulement influencées par les caractéristiques du paysage, mais aussi par le génotype de l'arbre, et que l'herbivorie des insectes diminuait avec la concentration des défenses foliaires. Enfin, au chapitre 3, j'ai étudié l'effet de la variabilité climatique à grande échelle sur les interactions entre les plantes, l'herbivorie et la prédation des oiseaux dans les chênes selon un gradient latitudinal. J'ai découvert que les facteurs climatiques influençaient l'herbivorie des insectes ainsi que les caractéristiques nutritionnelles des feuilles, alors qu'ils n'influençaient pas les défenses foliaires et la prédation des oiseaux. De plus, l'herbivorie des insectes n'était influencée que par des forces ascendantes dont l’importance variait selon les guildes d’insectes.Dans l'ensemble, ces résultats aident à améliorer notre compréhension des différentes forces écologiques qui façonnent l'herbivorie par les insectes et de leur variabilité dans les populations naturelles d'arbres. Les études futures sur les interactions plantes-herbivores-prédateurs devraient tenir compte du fait que celles-ci sont influencées simultanément par le génotype de la plante hôte, les caractéristiques du paysage et le climat. Enfin, la thèse illustre également la valeur des approches de science citoyenne qui peuvent combiner la recherche scientifique avec une éducation scientifique et à l’environnement bien nécessaires
Insect herbivory is an important ecological process that affects plant populations, communities and ecosystems. The distribution and abundance of insect herbivores and their resulting activity are shaped by a multitude of drivers, intrinsic or extrinsic to the host plant, that act at different spatial scales and often in concert. A widely used classification distinguishes between bottom-up forces where herbivore activity is influenced by the distribution and dynamics of the resource stock (including the defenses), and top-down forces where herbivore activity is constrained by drivers of mortality (e.g. predators, pests). Both bottom-up and top-down forces are involved in the trophic cascades that inevitably accompany plant-herbivore interactions in natural plant populations, yet their relative importance can vary greatly depending on the particular study context, and the underlying biological mechanisms remain poorly understood.I investigated the ecological drivers shaping the relationships between Pedunculate oak (Quercus robur) and its insect herbivores across different spatial scales. In particular, I examined the effects of the ecological neighbourhood, the landscape context, tree genetic relatedness and climate on herbivore activity. A major aim of my thesis was to evaluate the relative importance of bottom-up and top-down forces in shaping oak-herbivore relationships.The thesis is structured in three main chapters corresponding to independent manuscripts that are either published (chapter 1), under review (chapter 2) or under preparation (chapter 3) at the moment of submitting the thesis document. In chapter 1 I investigated the relationship between herbivory and the community and activity of insectivorous birds in oak stands that differed in size and connectivity. I found that herbivory, bird predation and bird communities were influenced by landscape characteristics, but neither predation on herbivores nor bird communities had a significant effect on herbivory. In chapter 2 I investigated the relationship between oak genotype, leaf defences and herbivory in the same stands. I found that insect herbivory and leaf defences were not only influenced by landscape characteristics but also by the genotype of the tree, and that insect herbivory decreased with increasing concentration of leaf defences. Finally, in chapter 3 I investigated the effect of large-scale climate variability on the interactions between plants, herbivory and bird predation in oak trees along a latitudinal gradient. I found that climatic factors influenced insect herbivory as well as leaf nutritional traits, while they did not influence leaf defences and bird predation. Furthermore, insect herbivory was only influenced by bottom-up forces (e.g. leaf nutritional traits and leaf defences) and these effects on herbivory varied among herbivore feeding guilds, while neither other traits nor top-down forces affected insect herbivory.Overall, these results help improve our understanding of the different ecological forces shaping insect herbivory and their bottom-up and top-down drivers in natural tree populations. Future studies of plants-herbivores-predator interactions should take into account that these are simultaneously influenced by host plant genotype, landscape characteristics and climate. Finally, the thesis also illustrates the value of citizen science approaches that can combine scientific research with much-needed environmental education

Les challenges posés par les missions d’exploration du système solaire sont très différents de ceux de la Station Spatiale Internationale, puisque les distances sont beaucoup plus importantes, limitant la possibilité de ravitaillements réguliers. Les systèmes support-vie basés sur des plantes supérieures et des micro-organismes, comme le projet de l’Agence Spatiale Européenne (ESA) MELiSSA (Micro Ecological Life Support System Alternative) permettront aux équipages d’être autonomes en termes de production de nourriture, revitalisation de l’air et de recyclage d’eau, tout en fermant les cycles de l’eau, de l’oxygène, de l’azote et du carbone, pendant les missions longue durée, et deviendront donc essentiels.La croissance et le développement des plantes et autres organismes biologiques sont fortement influencés par les conditions environnementales (par exemple la gravité, la pression, la température, l’humidité relative, les pressions partielles en O2 et CO2). Pour prédire la croissance des plantes dans ces conditions non-standard, il est crucial de développer des modèles de croissance mécanistiques, permettant une étude multi-échelle des différents phénomènes, ainsi que d’acquérir une compréhension approfondie de tous les processus impliqués dans le développement des plantes en environnement de gravité réduite et d’identifier les lacunes de connaissance.En particulier, les échanges gazeux à la surface de la feuille sont altérés en gravité réduite, ce qui pourrait diminuer la croissance des plantes dans l’espace. Ainsi, nous avons étudié les relations complexes entre convection forcée, niveau de gravité et production de biomasse et avons trouvé que l’inclusion de la gravité comme paramètre dans les modèles d’échanges gazeux des plantes nécessite une description précise des transferts de matière et d’énergie dans la couche limite. Nous avons ajouté un bilan d’énergie au bilan de masse du modèle de croissance de plante déjà existant et cela a ajouté des variations temporelles sur la température de surface des feuilles.Cette variable peut être mesurée à l’aide de caméras infra-rouges et nous avons réalisé une expérience en vol parabolique et cela nous a permis de valider des modèles de transferts gazeux locaux en 0g et 2g, sans ventilation.Enfin, le transport de sève, la croissance racinaire et la sénescence des feuilles doivent être étudiés en conditions de gravité réduite. Cela permettrait de lier notre modèle d’échanges gazeux à la morphologie des plantes et aux allocations de ressources dans une plante et ainsi arriver à un modèle mécanistique complet de la croissance des plantes en environnement de gravité réduite
Challenges triggered by human space exploration of the solar system are different from those of the International Space Station because distances and time frames are of a different scale, preventing frequent resupplies. Bioregenerative life-support systems based on higher plants and microorganisms, such as the ESA Micro-Ecological Life Support System Alternative (MELiSSA) project will enable crews to be autonomous in food production, air revitalization, and water recycling, while closing cycles for water, oxygen, nitrogen, and carbon, during long-duration missions and will thus become necessary.The growth and development of higher plants and other biological organisms are strongly influenced by environmental conditions (e.g. gravity, pressure, temperature, relative humidity, partial pressure of O2 or CO2). To predict plant growth in these non-standard conditions, it is crucial to develop mechanistic models of plant growth, enabling multi-scale study of different phenomena, as well as gaining thorough understanding on all processes involved in plant development in low gravity environment and identifying knowledge gaps.Especially gas exchanges at the leaf surface are altered in reduced gravity, which could reduce plant growth in space. Thus, we studied the intricate relationships between forced convection, gravity levels and biomass production and found that the inclusion of gravity as a parameter in plant gas exchanges models requires accurate mass and heat transfer descriptions in the boundary layer. We introduced an energy coupling to the already existing mass balance model of plant growth and this introduced time-dependent variations of the leaf surface temperature.This variable can be measured using infra-red cameras and we implemented a parabolic flight experiment, which enabled us to validate local gas transfer models in 0g and 2g without ventilation.Finally, sap transport needs to be studied in reduced gravity environments, along with root absorption and leaf senescence. This would enable to link our gas exchanges model to plant morphology and resources allocations, and achieve a complete mechanistic model of plant growth in low gravity environments

Au cours de ce travail de thèse nous avons étudié l’influence des apports en azote nitrique sur le contenu en polyphénols chez la tomate. Plusieurs dispositifs de culture hors sols ont été utilisés (hydroponie, laine de roche, NFT). Nous avons quantifié les principaux composés phénoliques de la tomate, à savoir : l’acide chlorogénique, la rutine, le kaempférol rutinoside dans les parties végétatives de la plante (limbe, tige et racine), ainsi que des dérivés de l’acide caféique et la naringénine chalcone dans les fruits. Ces composés ont été analysés par chromatographie liquide à haute performance. Nous avons observé que les limbes étaient le compartiment le plus sensible aux conditions de nutrition. Nous y avons observé une multiplication par deux des concentrations en polyphénols lors d’une diminution des apports en azote de 15 à 0.05mM NO3-. Nous avons mis en évidence, en établissant des courbes de réponses, que ces augmentations s’effectuaient de façon nettement plus importante dans des conditions de nutrition azotée limitante pour la croissance de la plante. Dix à 20 jours de carence ou de limitation semblent nécessaires pour obtenir une modification du contenu en polyphénols à l’échelle de la plante. Dans les fruits les concentrations en polyphénols ont été modifiées par le niveau de fertilisation azotée, mais nous n’avons pas mis en évidence d’augmentations très significatives. L’impact d’autres facteurs, comme les conditions climatiques (lumière et température) a également été pris en compte. Nos résultats semblent indiquer que les conditions climatiques régissent le contenu en polyphénols de manière plus importante que la nutrition azotée
During my PhD we studied the effects of nitrate supply on tomato polyphenolics content. Several cultural systems were used (hydroponic, rockwool culture, NFT). We quantified the main tomato phenolic compounds: chlorogenic acid, rutine, kaempferol rutinoside in vegetative parts (leaf, stem, root), together with some caffeic acid derivates and naringenine chalcone in fruits. These compounds were analyses by High Performance Liquid Chromatography. We noticed that leaves were the more responsive compartment of the plant, to the nutrition conditions. We observed a two-fold increase in polyphenolics concentrations when nitrate supply decrease from 15 to 0.05mM. We found, by drawing response curves, that this increase was more important when nitrate supply limited plant growth. Ten to 20 days seem necessary to observe a modification, at the plant level, of polyphenolics content. In tomato fruits, polyphenolics concentrations were modified by the nitrate supply, but we do not observed very significant increases. The effects of other environmental factors, such as climate conditions (light, temperature) were studied. Our results seem to indicate that climate is more important than nitrogen nutrition for the determination of the polyphenolic compounds concentrations

Les Composés Organiques Volatils d’origine Biogénique (COVB) émis par la végétation représentent 1PgC.an-1 à l’échelle globale. Ces COVB, une fois émis dans l’atmosphère, peuvent participer à la formation d’ozone troposphérique ainsi qu’à la formation d’aérosols organiques secondaires et donc à la pollution atmosphérique. C’est pourquoi, il est important de quantifier le plus précisément possible les taux d’émissions de COVB et de mieux comprendre quels sont les facteurs environnementaux qui contrôlent ces émissions. Il est bien connu que les émissions de COVB sont contrôlées par la lumière et/ou la température mais elles peuvent également être influencées par d’autres facteurs comme le stress hydrique, bien que son impact soit encore mal compris. En effet, il a été montré que le déficit hydrique pouvait augmenter ou diminuer les émissions de COVB selon son intensité, sa durée et l’espèce étudiée. Dans le cadre du changement climatique, une intensification de la sécheresse est attendue en région Méditerranéenne avec une augmentation de la température, une diminution des pluies ainsi qu’une prolongation de la période de sécheresse. Ce changement climatique pourrait donc modifier les émissions de COVB. De plus, les effets d’une sécheresse appliquée sur plusieurs années sont encore mal connus. Dans cette étude, nous nous sommes intéressés à la réponse des émissions de COVB du chêne pubescent (Quercus pubcescens Willd.)face au stress hydrique attendu en région méditerrannéenne avec le changement climatique
Biogenic Volatile Organic Compounds (BVOC) emitted by vegetation represent 1PgC.yr-1 at the global scale. These BVOC, once emitted into the atmosphere, can participate in the troposheric ozone formation as well as secondary oragnic aerosols and, consequently, on the atmospheric pollution. That’s why, it is very important to quantify, as accurately as possible, the BVOC emissions and to improbe the knowledge about the environmental factors which drive these emissions. It is well known that BVOC emissions are controlled by the light and the temperature but they can be impacted by other factors such as water stress. Nevertheless, these mechanisms are not well understood yet, since it has been shown that water stress can increase or decrease BVOC emissions according to the intensity and the duration of stress. In a context of climate change, we can expected an intensification of summer drought in Mediteranean area with an incerase of temperature, a decrease of rainfall as well as an elongation of stress period. This climate change could modify BVOC emissions. Moreover, the effects of a water stress applied during several years are not known. In this study, we wanted to evaluate the impact of water stress, expected with climate change, on BVOC emitted by Downy oak (Quercus pubescens Willd.), main isoprene emitter of Mediterranean region

Dans un contexte de changement global, prédire l’évolution de la productivité de la végétation dans le sud-ouest (SO) Sibérien reste un défi du fait d’incertitudes fortes sur les processus régulant la disponibilité en eau et en nutriments. Nous avons mis en évidence des relations entre cycles biogéochimiques, climat et propriétés du sol sur six sites contrastés.La croissance radiale des tiges de peuplier est principalement sensible au bilan hydrique du sol en forêt de steppe, au sud du SO Sibérien, alors qu’elle est stimulée par de hautes températures estivales en sub-taïga, dans le nord de la région.Des mesures de terrain et des simulations du bilan hydrique du sol ont montré que la fonte des neiges est importante pour la recharge des réserves hydriques du sol au sud. Au nord, ces réserves sont souvent rechargées en automne. La fonte des neiges est alors associée à du drainage. De plus, au nord, une épaisse couverture de neige protège le sol du gel en hiver. La distribution des racines fines est plus profonde en forêt de steppe qu’en sub-taïga, impactée par le déficit hydrique et le gel.L’homogénéité du statut en phosphore (P) des sols dans le SO Sibérien montre qu’il n’est pas encore très impacté par la pédogénèse. Les stocks en P élevés, notammen tles formes disponibles pour les plantes, suggèrent que le P n’est pas et ne sera pas limitant dans le futur.La décomposition des litières aériennes et la libération de l’azote (N) sont plus rapides en sub-taïga qu’en forêt de steppe. Un fort drainage pourrait expliquer un transfert profond du N dans les sols en sub-taïga. Cependant ces sols semblent efficaces pour retenir le N, limitant les pertes pour le système sol–plante
Predicting the evolution of vegetation productivity in SW Siberia in the contextof global change remains a challenge because of major uncertainties concerningthe biogeochemical cycling and the plant-availability of water and nutrients. Weprovided insights on their relation to climate and soil properties, investigating sixcontrasting sites.Aspen stem radial growth is mainly sensitive to soil water budget in the foreststeppezone established in the south of SW Siberia while it is enhanced by highsummer temperatures in the sub-taiga, in the north of the region.Field measurements and water budget simulations revealed that snow-melt isimportant re-filling soil water reserves in the south. In the north, these reservesare mostly re-filled in autumn and snow-melt is associated with drainage. A thicksnow-pack also prevents soil from freezing in winter in the sub-taiga. Water deficitand soil freezing largely impact the distribution of fine roots within the soil profilewhich is deeper in forest-steppe than in sub-taiga.The homogeneous soil phosphorus (P) status in the region investigated revealedthis nutrient has not been yet very impacted by contrasting soil processes. High Pstocks, and in particular plant-available forms, suggest P is unlikely to be limitingunder current and future conditions.By contrast, we found differences in nitrogen (N) status. Above-ground litterdecay and the release of N occurs faster in sub-taiga than in forest-steppe. Higherdrainage may explain deeper N transfer in sub-taiga soils. However, sub-taiga soilsalso seem to be efficient in retaining N, limiting losses from the soil–plant system