Sargassum C. Agardh est un genre de macrophyte marine appartenant à la classe des Phaeophyceae. Ce genre est réparti mondialement et reconnu comme un des plus diversifiés de l'ordre des Fucales. Il est particulièrement bien représenté dans le Pacifique tropical et intertropical où il forme de grandes algueraies dont l'importance écologique et l'intérêt économique sont reconnus. Néanmoins, avec près d'un millier de taxons décrits depuis 200 ans, et une classification complexe et ancienne, identifier une espèce de Sargassum est une tâche difficile. La diversité du genre Sargassum des îles du Pacifique Sud a été analysée ici dans son contexte biogéographique Indopacifique. L'étude a été réalisée grâce à une méthode combinée utilisant des analyses morphologiques et ADN sur des collections récentes provenant de plusieurs régions du bassin Pacifique. La classification ainsi que la valeur taxonomique des caractères morphologiques traditionnellement utilisés ont été remis en question. Plus de 52 nouvelles synonymies ont été proposées ainsi que des révisions significatives de la classification traditionnelle du sous-genre Sargassum.

La protéine LEAFY (LFY) est un régulateur clé du développement floral. L'augmentation graduelle de son expression conduit à la transition florale, phénomène très soudain, suite à laquelle LFY intervient dans la mise en place des organes floraux par l'activation directe de l'expression des gènes homéotiques APETALA1 (AP1), APETALA3, et AGAMOUS (AG). Selon des théories de l'évolution, LFY serait également l'acteur majeur à l'origine de la naissance des plantes à fleur (Angiospermes). Malgré l'abondance des données génétiques concernant LFY, les bases moléculaires relatives au mode d'action de la protéine sont très peu comprises. LFY est l'unique membre d'une famille de facteur de transcription spécifique au règne végétal et sa séquence ne ressemble à nulle autre. Mon travail de thèse, marqué par l'obtention de la structure 3-D du domaine de liaison à l'ADN de LFY (LFY-C) d'Arabidopsis thaliana lié aux séquences régulatrices d'AP1 et AG, fournit une importante source de compréhension du mode de fonctionnement de cette protéine originale. LFY-C adopte un nouveau repliement globulaire à 7 hélices ! et forme des contacts base-spécifiques avec le petit et le grand sillon de l'ADN. Après avoir montré par approche biochimique classique que LFY-C liait l'ADN de façon coopérative sous forme de dimère, la structure du complexe LFY-C/ADN révèle que ce mécanisme résulte de contacts entre les monomères de LFY-C mettant en jeu deux résidus basiques. Cette coopérativité pourrait en partie expliquer la capacité de LFY à déclencher la transition florale. Les données cristallographiques indiquent également des similarités structurales inattendues avec les protéines HTH comme les facteurs de transcription à homéodomaine ou paired impliqués dans le développement animal. Enfin, en permettant d'étudier sous un nouvel angle les orthologues de LFY tout au long du règne végétal, ces données alimentent l'espoir de parvenir un jour à comprendre comment sont apparues les fleurs sur Terre.

La Nouvelle-Calédonie est considérée comme une zone prioritaire pour la préservation de la biodiversité à l'échelle mondiale en raison de sa flore riche, originale et menacée. Pour mieux comprendre l'histoire de cette flore, une étude a été menée sur la famille des Cunoniaceae, qui compte dans l'archipel 88 espèces et 7 genres d'arbres et d'arbustes, dont le « faux-tamanou » et le « chêne rouge ». Quatre nouvelles espèces dans le genre Codia et deux dans le genre Cunonia ont été mises en évidence. Une phylogénie moléculaire des genres Acsmithia et Spiraeanthemum suggère qu'ils devraient être considérés comme un seul genre : Spiraeanthemum, car le genre Acsmithia est paraphylétique. Sur un plan biogéographique, les affinités des Cunoniaceae et de la flore de Nouvelle-Calédonie sont plus fortes avec l'Australie. Néanmoins, une analyse comparative globale à l'échelle de l'ensemble des plantes à fleurs montre que certaines lignées sont surreprésentées en Nouvelle-Calédonie, et d'autres sont sous-représentées, et ceci ne peut pas être entièrement expliqué par la biogéographie. Il semblerait que certaines lignées possèderaient une exaptation (« pré-adaptation ») aux sols ultramafiques (terrains miniers) qui aurait pu faciliter leur installation et leur diversification sur l'archipel. C'est notamment le cas du clade COM (Celastrales, Oxalidales et Malpighiales) auquel appartiennent les Cunoniaceae. L'histoire évolutive du genre Codia a été reconstruite à l'aide de marqueurs moléculaires et indique que l'adaptation aux terrains miniers est potentiellement ancestrale dans ce genre. L'hybridation a joué un rôle important dans la diversification du genre, et plusieurs espèces d'origine hybride présentent des caractères morphologiques absents chez les espèces parentales (phénotypes transgressifs). Certaines espèces qui se sont hybridées ont des distributions clairement distinctes aujourd'hui, suggérant des changements dans la répartition de ces espèces pouvant être liés aux périodes glaciaires du Quaternaire. Chez le genre Spiraeanthemum, des différences génétiques nettes ont été observées au sein de S. ellipticum et S. pubescens entre les populations du sud de la Grande Terre sur sol ultramafique et les populations du nord sur sol non¬ultramafique, suggérant l'existence d'espèces cryptiques. La flore de l'archipel possède également de nombreuses lignées reliques qui représentent une importante diversité phylogénétique. Chez les Cunoniaceae, une corrélation significative a été trouvée entre la position systématique et l'activité biologique des espèces. La diversité phylogénétique serait ainsi corrélée positivement à la valeur potentielle de la biodiversité, ce qui justifierait sa conservation. Face aux menaces qui pèsent sur la flore de la Nouvelle-Calédonie, notamment les feux, les espèces envahissantes, l'exploitation minière et le réchauffement climatique, il est important d'employer la meilleure stratégie pour la préservation de la biodiversité. Ainsi, il semble urgent de protéger les lignées reliques, mais aussi de préserver les processus qui permettent l'apparition de nouvelles espèces. Il s'agit notamment de protéger les sites qui présentent une mosaïque de sols où la cohabitation et l'hybridation d'espèces différant par leurs écologies deviennent possibles.

Avec l'émergence des préoccupations d'économie d'intrants, de préservation de l'environnement et de la biodiversité, les associations, qui consistent en la culture d'au moins deux espèces différentes sur la même surface pendant une période significative de leur développement, présentent un regain d'intérêt en Europe. Ces associations pourraient avoir des applications intéressantes pour le développement de cultures « multiservices » à moindre niveau d'intrants (azote particulièrement). Des travaux antérieurs ont montré que les performances des associations céréale-légumineuse dépendent fortement du niveau d'azote minéral du sol Cependant on ne dispose pas à l'heure actuelle de références suffisantes pour piloter la fertilisation azotée de l'association en fonction de différents objectifs de production. Les objectifs de la thèse étaient (i) d'utiliser les connaissances précédemment acquises sur le fonctionnement dynamique d'une association pois-blé d'hiver pour étudier la pertinence de la fertilisation azotée comme levier pour orienter les performances des associations pois-blé vers différents objectifs de production en agriculture conventionnelle ; (ii) d'approfondir les connaissances sur le fonctionnement de l'association en réponse à différentes dynamiques de disponibilité en azote (partage des ressources azotées ; inhibition et réversibilité de la fixation symbiotique) ; (iii) d'apporter des pistes vers des règles de décision pour la gestion la fertilisation azotée de ces associations pour différents objectifs de production. Nos expérimentations de plein champ démontrent que la fertilisation azotée est un levier efficace pour orienter les performances finales notamment la proportion de chaque espèce dans le mélange, critère aujourd'hui mal maîtrisé. Un apport d'azote favorise la croissance de la céréale et pénalise celle de la légumineuse. La céréale apparaît plus compétitive que la légumineuse pour les ressources d'azote minéral pour une date d'apport intervenant avant début du remplissage des grains du pois. Cependant, l'intensité de la réponse à la date de fertilisation varie en fonction des écarts de dynamiques de croissance et de phénologie de chaque espèce avant l'apport, facteurs qui apparaissent déterminants dans le partage de l'N minéral et le comportement de la fixation symbiotique. Des expérimentations en conditions contrôlées ont permis d'approfondir l'effet inhibiteur des nitrates et la réversibilité de la fixation chez le pois en analysant séparément l'impact sur la structure et sur l'activité de l'appareil fixateur en fonction du stade phénologique et de la disponibilité en carbone. Une exposition aux nitrates pendant la phase végétative réduit la vitesse d'apparition des nodosités alors qu'une exposition durant la floraison et le remplissage des grains réduit la croissance des nodosités existantes. Les nitrates réduisent fortement l'activité fixatrice quelle que soit la date d'exposition aux nitrates. De plus, il a été démontré que la réversibilité de la fixation symbiotique après courte exposition aux nitrates était fonction de l'allocation carbonée aux nodosités. Ainsi, la réversibilité de la fixation symbiotique est possible chez le pois si une courte inhibition due nitrates survient avant les stades de remplissage du grain, ce qui est confirmé en situations de plein champ. Notre démarche de modélisation a par ailleurs aboutit au développement, à partir de deux modèles de culture pures (AZODYN pour le blé et AFISOL pour le pois), d'un modèle dynamique du fonctionnement de ces associations (AZODYN-IC) dont l'intérêt et l'originalité se situent dans (i) sa capacité à bien simuler la réponse à des disponibilités en azote variées permettant ainsi d'être directement opérationnel et utilisé comme outil d'aide à la gestion de la fertilisation azotée (ii) des formalismes relativement simples de partage des ressources (lumière, eau, azote) et comprenant un lien très étroit entre le partage de la lumière et l'acquisition de l'azote, déterminant dans le fonctionnement du peuplement, (iii) l'absence de paramétrage spécifique pour simuler le fonctionnement de l'association. Le modèle a permis de prolonger les expérimentations en simulant une gamme de stratégies de fertilisation plus large (combinaisons de proportions de semis x doses x dates de fertilisation) et ceci pour une gamme importante d'années climatiques. Ce travail a également permis de proposer des pistes vers des règles de décision de conduites azotées en fonction des reliquats d'azote observés sortie hiver, de la proportion de blé dans la biomasse de l'association observée sortie hiver, et de l'estimation de la minéralisation depuis la sortie hiver jusqu'à la récolte.

Le feu bactérien des Maloïdées ( Pommier, Poirier, ... ) est causé par la gamma-protéobactérie nécrogène, Erwinia amylovora (Ea), dont le pouvoir pathogène réside essentiellement dans sa capacité d'injection d'effecteurs protéiques dans la cellule hôte par un système de sécrétion de type III. L'objectif de la présente étude était de caractériser le pathosystème Ea-Pommier afin d'identifier les mécanismes régissant le devenir de l'interaction. Les résultats ont permis de montrer que la bactérie attaque principalement, chez un Pommier sensible (génotype MM106), le parenchyme lacuneux des feuilles et le parenchyme cortical des pétioles et tiges, et que cette progression s'accompagne d'une forte répression de la voie de l'acide jasmonique, et d'une forte activation de la voie de l'acide salicylique. A l'inverse, au niveau des feuilles d'un génotype de Pommier résistant (Evereste) plusieurs éléments sont en faveur d'un blocage rapide de la bactérie : (i) lignification importante du sclérenchyme sous-vasculaire dans les nervures, (ii) occlusion du xylème et (iii) modulations transitoires de l'expression de gènes de défense. Ce blocage rapide suggère par ailleurs l'implication de défenses constitutives. L'étude biochimique des dihydrochalcones (DHC), des flavonoïdes présents en très forte quantités dans les feuilles de Pommier, suggère qu'elles ne sont pas impliquées directement dans la résistance constitutive à Ea, malgré leurs propriétés antioxydante et antibactérienne. En revanche, il semble que leur transformation enzymatique, déglucosylation et oxydation, aboutissent, en fonction de leur prépondérance, à des produits qui pourraient jouer un rôle dans l'interaction.

La microsporogenèse ou méiose mâle des plantes à graines mène une cellule mère diploïde, appelée microsporocyte, à quatre microspores haploïdes disposées en tétrade et séparées par des parois de callose. Chacune de ces microspores devient ensuite un grain de pollen, le gamétophyte mâle des plantes à graines qui produit les gamètes indispensables à la reproduction sexuée. C'est au cours de la microsporogenèse qu'est déterminé le type apertural des grains de pollen, défini par la forme, le nombre et l'arrangement des apertures à la surface pollinique. Les caractéristiques de la microsporogenèse sont sujettes à variation chez les Angiospermes ; comprendre leur évolution permettrait de mieux appréhender l'évolution du type apertural au sein de ce groupe. Nous avons choisi d'étudier la diversité de la microsporogenèse ainsi que son évolution au sein de la famille des palmiers (Arecaceae). Cette famille d'Angiospermes présente une grande diversité de types polliniques, on s'attend donc à y rencontrer une diversité comparable de la microsporogenèse. Des phylogénies moléculaires récemment publiées et bien soutenues sont disponibles pour cette famille et fournissent le cadre historique nécessaire à l'étude de l'évolution des caractères choisis. Nous avons échantillonné des espèces de palmiers présentant un type pollinique très majoritaire, le pollen monosulqué (une aperture en forme de sillon et localisée au pôle distal du grain de pollen), mais la microsporogenèse s'est avérée très variable entre les espèces et même au sein d'une même espèce. En effet, la cytocinèse peut être successive ou simultanée, voire mixte chez certaines espèces, les parois intersporales se forment de manière centrifuge ou centripète et les tétrades adoptent une grande variété de formes, en proportions variables au niveau interspécifique comme intraspécifique. Ainsi, un même type de pollen peut être produit par diverses voies de développement. Nous avons reconstruit l'évolution de différents caractères de la microsporogenèse susceptibles d'intervenir dans la détermination du type apertural par la méthode du maximum de parcimonie et la méthode du maximum de vraisemblance. Pour cette dernière méthode, deux modèles d'évolution ont été utilisés, le modèle symétrique (taux de transition uniforme) et le modèle asymétrique (taux de transition ≠ taux de réversion). Les caractères de la microsporogenèse étant très variables, l'inférence des états de caractères aux noeuds les plus ancestraux est incertaine. Il semblerait tout de même que la cytocinèse ancestrale à l'ensemble des espèces de palmier échantillonnées soit successive et que les tétrades formées soient tétragonales. Aucune relation entre les différentes composantes de la microsporogenèse n'a pu être soulignée, bien qu'il soit couramment admis dans la littérature que la cytocinèse successive est généralement associée à une formation centrifuge des parois intersporales et à des tétrades tétragonales, tandis que la cytocinèse simultanée est associée à une formation centripète des parois et à des tétrades tétraédriques. Les causes de la remarquable diversité rencontrée chez les palmiers, tant au niveau de la morphologie pollinique que du développement pollinique précoce, restent à élucider. Chez les Arecaceae, la relation suggérée par Ressayre et al. (2002a) entre le type apertural et la microsporogenèse n'a pas pu être mise en évidence, en particulier en raison de l'existence de tétrades tétraédrique irrégulières et de dépôts additionnels de callose variables et asymétriques.

La modélisation dynamique du développement de la vigne offre de nombreuses possibilités pour évaluer la pertinence des pratiques culturales pour répondre à des objectifs de production. Le développement de la vigne résulte de l'effet de différents facteurs, environnementaux, génotypiques et techniques lorsqu'elle est cultivée. Une des principales variables endogènes, résultant des effets combinés de ces trois facteurs et qui détermine en grande partie la plasticité phénotypique est la compétition trophique entre les organes. Le développement des organes peut-être décomposé en trois processus, l'initiation (organogenèse), l'expansion (morphogenèse), et la croissance en biomasse. Pour la vigne, l'organogenèse des axes est le processus de développement présentant la plus grande plasticité. Ce travail établit les bases pour la construction d'un modèle prédictif, permettant de simuler le développement de plantes de vignes soumises à une gamme de pratiques culturales et dans des environnements contrastés. Notre travail combine deux approches de modélisation, écophysiologique et mathématique. L'originalité de ce travail a été d'utiliser les deux approches de façon conjointe pour tirer parti des outils et des concepts de chacune et pour combler leurs lacunes respectives dans un objectif de modélisation des interactions plante-environnement. Le modèle GreenLab et les outils d'optimisation qui lui sont associés ont permis de quantifier précisément les relations sources-puits entre les organes et le niveau de compétition trophique qui en résulte à l'échelle de la plante. L'approche écophysiologique a permis d'établir de nouveaux formalismes de la réponse des processus d'organogénèse aux contraintes environnementales, et de les implémenter dans le modèle GreenLab. Un simulateur stochastique du développement de la vigne dans des environnements variés (thermiques, hydriques, lumineux) a ainsi pu être développé.

Chez les angiospermes, l'oxygène singulet est la forme majoritaire des espèces réactives de l'oxygène, étant produite lors de la photosynthèse. Son excès provoque le dommage photooxidatif conduisant à la mort cellulaire, observée chez les mutants affectés dans la voie de la biosynthèse de la chlorophylle. Dans ce travail, nous avons utilisé des mutants d'Arabidopsis thaliana qui manifestent le phénotype conditionnel de la mort cellulaire, causée par l'absence d'une protéine de l'enveloppe externe des plastes, OEP16-1. Cette protéine est impliquée dans le transport des amines, acides aminés et également dans l'import d'une enzyme clé de la synthèse de la chlorophylle, NADPH: Protochlorophyllide oxydoreductase A (PORA), dans les plastes. Une approche génétique inverse a permis d'isoler et de caractériser quatre mutants indépendants Atoep16-1, ayant différentes combinaisons des propriétés de la mort cellulaire et de la présence/absence de la PORA. Deux des mutants accumulent en excès de la protochlorophyllide libre (Pchlide) à l'obscurité et meurent après illumination. Dans ce cas, la Pchlide agit comme un photosensibilisateur déclenchant la production de l'oxygène singulet. Les deux autres mutants évitent la surproduction de la Pchide et verdissent normalement. En utilisant le mutant de l'orge, tigrina d12 comme référence, nous avons montré que la mort cellulaire induite lors du photoblanchiment chez les mutants Atoep16-1, intervient dans la voie flu-indépendante. L'initiation de la traduction sur des ribosomes 80S, a été identifiée comme étant une cible majeure de l'oxygène singulet, au cours des premières heures du verdissement. Dans un stade plus tardif, l'oxygène singulet a provoqué la dissociation des ribosomes. Nous avons ainsi fourni des preuves que les deux effets sur la traduction sont génétiquement liés et qu'ils peuvent être ensuite étudiés à l'aide des mutants Atoep16-1 que nous avons isolé et du mutant flu, préalablement identifié.

Dans un contexte de réchauffement climatique, la fonction puits de carbone des tourbières à sphaignes est susceptible d'être altérée en raison d'une modification des interactions sphaignes-microorganismes, responsables de l'accumulation de carbone. L'objectif de cette thèse a été (1) d'identifier les interactions chimiques entre les polyphénols des sphaignes et les communautés microbiennes des sphaignes et (2) d'évaluer l'impact du réchauffement climatique sur ces relations.Un dispositif expérimental (Open Top Chambers) simulant in situ une hausse modérée des températures (+ 1°C) a été installé sur la tourbière de Frasne (25). La hausse des températures a provoqué une modification du réseau alimentaire microbien avec l'augmentation de la biomasse des bactéries et une baisse importante (-70%) de la biomasse des prédateurs (amibes à thèque). Le réchauffement climatique a également induit une baisse de la production de polyphénols, diminuant ainsi leur effet inhibiteur sur les microorganismes. En parallèle à cette baisse, une hausse des activités enzymatiques phénoloxydases a également été enregistrée. Le réchauffement a ainsi modifié les relations polyphénols - phénoloxydases, deux éléments essentiels du cycle du carbone des tourbières.Les différents changements induits par le réchauffement climatique (polyphénols, phénoloxydases, réseau trophique microbien) ont aussi conduit à une modification des relations " sphaignes-microorganismes " via une accélération potentielle du recyclage des nutriments, ce qui pourrait influencer sur le long terme le fonctionnement de l'écosystème tourbière.

Les aires de répartition des arbres pourraient être grandement affectées par le changement climatique. Les résultats d'analyses paléogéographiques ont montré que ces dernières se sont déjà déplacées avec les variations passées du climat. Ces études ont permis de déterminer la direction et la vitesse de migration des espèces, données utilisées actuellement pour générer des prédictions sur l'évolution de l'aire de répartition des espèces forestières en réponse au réchauffement du climat. Cependant, le contexte écologique dans lequel les arbres font face à ces changements est très différent par rapport aux changements climatiques passés : l'augmentation actuelle des températures est plus rapide, les surfaces susceptibles d'être colonisées sont occupées par des écosystèmes très différents et variés (forêts, surfaces agricoles, zones urbaines). Par conséquent, les arbres pourront-ils faire face à la rapidité des changements globaux actuels ? Auront-ils la capacité de migrer pour trouver des conditions plus favorables ou pourront-ils s'adapter et survivre à de nouvelles conditions environnementales ? Dans un premier temps, l'analyse de données historiques (plans d'aménagements de l'Office Nationale des Forêts et Inventaires Forestiers Espagnols) a permis de mettre en évidence des évènements de colonisation et d'extirpation et de quantifier la vitesse de migration de populations situées au cœur ou aux marges de leur aire de répartition. Une colonisation massive de Quercus ilex dans les dunes boisées atlantiques (limite Nord d'aire de répartition) a été mise en évidence au cours des 130 dernières années, confirmant les tendances prédites par les modèles. Cependant, les vitesses de colonisation de cette espèce restent bien inférieures aux déplacements de son bioclimat estimés à partir de modèles de niche. Les espèces localisées en limite Sud d'aire de répartition présentent des remontées altitudinales plus importantes que pour celles situées au cœur de leur aire. En conclusion, nos résultats montrent que les changements globaux ont déjà impactés la répartition des arbres malgré l'existence d'un décalage temporel entre les réponses migratoires des espèces forestières et le déplacement de leur bioclimat. Le stress hydrique est le facteur prépondérant pouvant expliquer le dépérissement des arbres dans un milieu dont la disponibilité en eau est limitée, notamment en marge chaude d'aire de répartition. Nous avons, par conséquent, étudié la résistance à la sécheresse et ses mécanismes chez les plusieurs espèces d'Angiospermes. Nos résultats montrent qu'un seuil de 90% d'embolie mène à des dommages physiologiques irréversibles de la plante et à la mort par déshydratation. Ce seuil est considérablement plus élevé que celui précédemment observé chez les conifères. L'étude du fonctionnement hydraulique d'espèces de chênes co-occurrentes nous a permis de montrer que la survie de Q. robur pourrait être menacée dans les forêts atlantiques dans un contexte de sécheresses de plus en plus intenses car il y subit des taux d'embolie native élevés. Au contraire, Q. ilex présente des taux d'embolie négligeables sur ce même site d'étude.Les vitesses réelles de migrations constituent des données empiriques essentielles qui nous renseignent sur les capacités migratoires effectives des arbres. Elles pourront être intégrées dans les modèles de répartition, tout comme les seuils d'embolie induisant la mort des arbres.