Les analyses d’association visent à mieux comprendre l’architecture génétique des caractères quantitatifs comme ceux reliés à l’adaptation, la croissance et la structure du bois, et mettre en évidence les gènes qui les contrôlent. Ces connaissances sont utiles pour notamment mieux appréhender le potentiel de résilience dans le contexte de changements climatiques, ainsi que pour la conservation et l’amélioration génétique des arbres forestiers. Cette thèse porte sur l’épinette blanche (Picea glauca [Moench] Voss) avec deux objectifs principaux : 1) développer une compréhension plus intégrée des caractères quantitatifs, et ; 2) développer des stratégies permettant de mieux exploiter les analyses d’association face aux contraintes génétiques et statistiques liées à leur utilisation chez les arbres forestiers. La thèse s’appuie sur deux études d’association qui portent respectivement sur la croissance et les caractéristiques physiques du bois (chapitre 2), et la résistance contre la tordeuse des bourgeons de l’épinette (TBE, Choristoneura fumiferana Clemens) (chapitre 3). Nous avons d’abord analysé les caractéristiques du bois ainsi que la croissance en utilisant un seuil de significativité statistique permissif (P < 0,05; sans correction pour tests multiples) pour maximiser la découverte de gènes comportant des SNPs significatifs. Selon les caractères étudiés, entre 229 et 292 gènes ont été identifiés, qui ont ensuite été soumis à des analyses complémentaires portant sur leurs annotations fonctionnelles et leur expression tissulaire. Les gènes associés aux caractères du bois se sont montrés surreprésentés dans un groupe de co-expression préférentiel au xylème secondaire. Une analyse de réseau de ce groupe de gènes a permis d’identifier certains facteurs de transcription de type MYB et NAC ayant un niveau de connectivité élevé, dont notamment PgNAC-7 qui était le gène ‘hub’ le plus connecté, suggérant un rôle dans la régulation des caractères physiques du bois. L’étude des caractères de défense contre la TBE s’est appuyée sur trois méthodes d’analyse d’association considérant soit un locus à la fois, plusieurs loci, ou encore plusieurs caractères simultanément. Les analyses ont permis d’identifier 33 gènes ayant des fonctions métaboliques variées et expliquant une proportion élevée de la variation phénotypique observée. Des corrélations phénotypiques faiblement positives ont également été observées entre la croissance et les facteurs de résistance contre la TBE, indiquant l’absence d’un compromis métabolique entre ces caractères. Nos résultats indiquent que les stratégies proposées dans la présente thèse pourraient être appliquées à d’autres caractères quantitatifs et permettre de développer des connaissances utiles pour mieux comprendre l'architecture génétique des caractères complexes chez les arbres forestiers. / The general aim of association analyses is to decipher the genetic architecture of quantitative traits such as those related to adaptation, growth and wood structure, and to highlight the genes that control them. This knowledge is useful to better understand the potential for resilience toward climate change, and for the genetic conservation and improvement of forest trees. This thesis focuses on white spruce (Picea glauca [Moench] Voss) and has two main objectives: 1) develop a more integrated understanding of quantitative traits, and; 2) develop strategies to better exploit association analyses despite the genetic and statistical constraints related to their use in forest trees. The thesis is based on two association studies, which focus respectively on growth and wood physical traits (Chapter 2), and resistance to spruce budworm (SBW, Choristoneura fumiferana Clemens) (Chapter 3). We first analyzed wood and growth traits using a permissive threshold of statistical significance (P < 0.05, without correction for multiple tests) to maximize the discovery of genes carrying significant SNPs. For each of the traits studied, between 229 and 292 such genes were identified, which were then subjected to further analyses based on their functional annotations and their tissue expression. The genes associated with wood traits were over-represented in a co-expression group that is preferential to secondary xylem. A network analysis of this group of genes allowed identifying certain transcription factors of MYB and NAC types with a high level of connectivity, including PgNAC-7 which was the most connected hub gene, suggesting a role in the regulation of wood physical traits. The study of SBW defence traits was based on three methods of association analysis considering one locus at a time, several loci, or several traits simultaneously. The analyses identified 33 genes with various metabolic functions, which explained a major proportion of the observed phenotypic variation. Weakly positive phenotypic correlations were also observed between growth and resistance traits against SBW, indicating the absence of a metabolic trade-off between these traits. Our results indicate that the strategies proposed in this thesis could be applied to other quantitative traits to develop a better understanding of the genetic architecture of complex traits in forest trees.

Les semences forestières génétiquement améliorées pourraient ne plus être adaptées aux sites où elles sont destinées à cause des changements climatiques. La migration assistée figure parmi les stratégies d'adaptation proposées pour maintenir la productivité forestière et diminuer la vulnérabilité des écosystèmes. Les réponses morpho-physiologiques des plants d’épinette blanche (Picea glauca (Moench) Voss) issus de huit vergers à graines ont été évaluées en pépinière et sur trois sites de plantation. La modélisation des courbes de croissance a montré que la hauteur des vergers méridionaux et de deuxième génération est significativement supérieure à celle des autres vergers. Un modèle à régression multiple a montré que la hauteur finale des plants était significativement corrélée aux conditions climatiques d’origine des vergers. Le verger et le site de plantation ont affecté significativement la croissance en hauteur des plants. Les résultats de la présente étude et ceux obtenus à long terme contribueront à raffiner les règles opérationnelles de transfert des semences propres à la migration assistée. / Due to climate change, genetically improved trees may no longer be adapted to the sites where they are intended to be planted. Assisted migration is a potential adaptation strategy for maintaining forest productivity and reducing vulnerability in the face of a changing climate. Morpho-physiological responses of white spruce (Picea glauca (Moench) Voss) seedlings from eight seed orchards were evaluated in a nursery and at three planting sites. The modeling of growth curves showed that the height of both the southern orchards and second generation orchards was significantly higher than the other orchards. A multiple regression model showed that the final height of the plants was significantly correlated with climatic conditions of the orchards. The orchard and the planting site significantly affected height growth of seedlings. The results of this study and those obtained over the longer term should help to refine the operational rules of seed transfer for assisted migration.

Dans le cadre de l'aménagement écosystémique, la stratégie des plantations forestières vise entre autres à intensifier la production de la matière ligneuse sur des stations de meilleure qualité. Cependant, l'intensification de la production du bois pourrait avoir des incidences sur la naturalité des peuplements. Or, l'objectif poursuivi dans le cadre de l'aménagement écosystémique serait de mettre au point des scénarios sylvicoles permettant à la fois d'atteindre les objectifs de production accrue de bois tout en sauvegardant le caractère naturel du peuplement. Toutefois, dans certaines situations, concilier l'optimisation des objectifs de production accrue de bois avec des objectifs de naturalité se révèle complexe. Le traitement sylvicole à appliquer dans ces modèles de plantation forestière pour maximiser la production de bois peut faire l'objet d'une perception négative en raison de leur aspect qui s'éloigne des paysages forestiers naturels. La présente étude s'évertue à évaluer la naturalité et l'acceptabilité sociale d'éclaircies commerciales dans une plantation d'épinette blanche (Picea glauca (Moench) Voss). Dans un premier temps la naturalité des peuplements a été évaluée sur la base d'une observation visuelle réalisée directement sur le terrain à l'aide d'une échelle ordinale de présence-absence. Dans un deuxième temps, l'acceptabilité sociale des peuplements issus des différents types d'éclaircie commerciale a été évaluée sur le plan visuel à l'aide d'un sondage en ligne auprès des membres de tables de gestion intégrée des ressources et du territoire (GIRT) et des étudiants en foresterie/environnement, d'une part ; d'autre part l'acceptabilité de l'éclaircie commerciale a été documentée auprès des responsables de la planification forestière du ministère des Forêts de la Faune et des Parcs (MFFP) et des coordonnateurs des tables GIRT à travers des entretiens semi-dirigés. L'éclaircie commerciale neutre à 33 % d'intensité s'est révélée la plus acceptable en fonction des conditions environnementales favorables qu'elle crée en comparaison à d'autres types d'éclaircies. À terme, les résultats montrent que l'éclaircie commerciale est un traitement approprié pour l'optimisation des objectifs de production intensive de bois de la naturalité et de l'acceptabilité sociale car elle est bien perçue par les répondants du fait qu'elle est un traitement du type coupe partielle. / Within the framework of ecosystem management, the strategy of forest plantations aims, among other things, to intensify the production of ligneous matter on sites of better quality. However, the intensification of wood production could have an impact on the naturalness of forest stands. However, the objective pursued in the context of ecosystem-based management would be to develop silvicultural scenarios allowing both to achieve the objectives of increased wood production while safeguarding the natural character of the stand. However, in certain situations, reconciling the optimization of increased wood production objectives with naturalness objectives may prove to be complex. The silvicultural treatment to be applied in these models of forest plantations to maximize wood production sometimes results in negative perceptions because of their appearance which is far removed from the natural forest landscapes. This study attempts to assess the naturalness and social acceptability of commercial thinning in a white spruce (Picea glauca (Moench) Voss) plantation. First, the naturalness of the stands was added based on direct visual observation in the field using an ordinal presence-absence scale. Second, the acceptability of forest stands from different types of commercial thinning was visually assessed using an online survey of local stakeholders' integrated forest resource management roundtable (Table de gestion intégrée des ressources et du territoire GIRT) and forestry/environment students, on the one hand ; and on the other hand, the acceptability of commercial thinning was documented through semi-structured interviews with the forest planning managers of the ministère des Forêts de la Faune et des Parcs(MFFP) and the coordinators of the GIRT . Neutral commercial thinning at 33% intensity was found to be the most acceptable based on the favorable environmental conditions it creates compared to other types of thinning. In the end, the results demonstrated that commercial thinning is an appropriate treatment for optimizing the objectives of intensive wood production, naturalness and social acceptability because it is well perceived by the respondents given it involves partial cutting.

Décrire les bases génétiques de la variation phénotypique est un but important en biologie; c’est aussi nécessaire pour comprendre l’évolution et développer des outils utilisables en amélioration et conservation. L’expression des gènes, mesurée par le niveau de transcrits produits, reflète l’activité des gènes et la variation de cette expression influence les phénotypes moléculaire et physiologiques en aval. Cette thèse présente deux expériences visant à développer une approche complémentaire aux méthodes traditionnelles souvent inapplicables chez les conifères afin d'étudier les bases génétiques de la variation d’expression génique chez l’épinette blanche (Picea glauca, Moench. Voss). Analyses des tissus haploïde et diploïde de semences à l’aide de biopuces d'expression et de RNA-seq ont permis de décrire la variation d’expression selon la complexité des bases génétiques, la fonction biologique des gènes impliqués, la liaison génétique entre les effets et les gènes influencés, la spécificité des effets génétiques aux allèles, et l’additivité des effets génétiques chez des individus hétérozygotes. Les effets ayant des bases génétiques relativement simples étaient majoritairement uniques à chaque individu et surreprésentés au sein des gènes impliqués dans la réponse au stress et les gènes dupliqués, suggérant un rôle adaptif. Les effets liés aux variations génétiques situées au sein du gène peuvent être particulièrement importants pour l’adaptation en raison de leur plus grande additivité et spécificité allélique. Une minorité des effets locaux étaient non-spécifiques aux allèles, en accord avec une action de facteurs de régulations indépendants mais étroitement liés au gène ou une auto-régulation de la transcription par le gène lui-même. Une grande partie de la variation d'expression locale montrait des signes de compensation entre des effets spécifiques et non-spécifiques aux allèles, possiblement en raison d'une sélection qui favoriserait un lien étroit entre les effets agissant sur le même gène. Les effets non-liés, non-spécifiques aux allèles, étaient transmis de façon cohérente avec la théorie physiologique de Wright sur la dominance, suggérant qu'ils modulent l'expression en interaction avec d'autres facteurs. L’approche développée dans cette thèse peut potentiellement être appliquée à la large gamme des conifères, avec le possibilité d’étudier le rôle de l'expression dans la divergence entre les populations et les espèces. / Dissecting the genetic bases of phenotypic variation is a major goal in biology and underlies basic understanding of evolution as well as development of practical applications in breeding and conservation. Gene expression (transcript accumulation) reflects gene activity and variation therein translates to variation in other molecular and physiological phenotypes. The goal of my thesis was to establish a novel system for the genetic dissection of expression variation in white spruce (Picea glauca, Moench. Voss) because conventional approaches are mostly unfeasible in conifers. The approach that was used in developing this system is based on analyzing gene expression in the haploid and diploid meiotic seed tissues. Expression analysis using both microarray and RNA-seq techniques revealed a complex and diverse genetic basis for expression variation, which was dissected according to the complexity of genetic bases, focal gene function, effect linkage, effect allele-specificity and additivity of expression variation in heterozygous individuals. Expression variation with simple genetic bases was largely unique to each of two studied individuals and was biased towards genes involved in stress-response and duplicated genes, indicating that it may have adaptive value. Genetic variation in linkage with the expressed gene may be particularly important in adaptive evolution because of their additive effects, associated with their allele-specificity. A minority of local effects was non-specific to alleles, consistent with the action of closely linked but independent regulatory factors or self-regulation of transcription. Much of local expression variation showed evidence of compensation by allele-specific and non-specific effects, suggesting that selection has favored close linkage between certain effets acting on the same gene. Unlinked effects, always non-specific to alleles, exhibited inheritance consistent with Wright’s physiological theory of dominance suggesting that they influence expression in interaction with other partners. Furthermore, widespread dominance/recessivity in expression variation may explain the observation of highly pleiotropic effects influencing key cellular processes and suggests that recessive expression variation may contribute to inbreeding depression. The approach developed in this thesis can potentially be applied to other conifers because of their shared reproductive biology, and can be used to address the role of expression variation in the divergence of populations and species.

Les variations de nombre de copies (VNCs) sont des variations génétiques de grande taille qui ont été détectées parmi les individus de tous les organismes multicellulaires examinés à ce jour. Ces variations ont un impact considérable sur la structure et la fonction des gènes et ont été impliquées dans le contrôle de différents traits phénotypiques. Chez les plantes, les caractéristiques génétiques des VNCs sont encore peu caractérisées et les connaissances concernant les VNCs sont encore plus limitées chez les espèces arborescentes. Les objectifs principaux de cette thèse consistaient i) au développement d’une approche pour la détection de VNCs dans l’espace génique de conifères arborescents appartenant à l’espèce P. glauca, ii) à l’estimation du taux de mutation des VNCs à l’échelle du génome et iii) à l’examen des profils de transmission des VNCs d’une génération à la suivante. Nous avons utilisé des données brutes de génotypage par puces de SNPs qui ont été générées pour 3663 individus appartenant à 55 familles biparentales, et avons examiné plus de 14 000 gènes pour identifier des VNCs. Nos résultats montrent que les VNCs affectent une petite proportion de l’espace génique. Les polymorphismes de nombre de copies observés chez les descendants étaient soit hérités soit générés par des mutations spontanées. Notre analyse montre aussi que les estimés du taux de mutation couvrent au moins trois ordres de grandeur, pouvant atteindre de hauts niveaux et variant pour différents gènes, allèles et classes de VNCs. Le taux de mutation du nombre de copies était aussi corrélé au niveau d’expression des gènes et la relation entre le taux de mutation et l’expression des gènes était mieux expliquée dans le cadre de l’hypothèse de barrière par la dérive génétique. Concernant l’hérédité des VNCs, nos résultats montrent que la plupart de ces derniers (70%) sont transmises en violation des lois mendéliennes de l’hérédité. La majorité des distorsions de transmission favorisaient la transmission d’une copie et contribuaient à la restauration rapide du génotype à deux-copies dans la génération suivante. Les niveaux de distorsion observés variaient considérablement et étaient influencés par des effets parentaux et des effets liés au contexte génétique. Nous avons aussi identifié des situations où la perte d’une copie de gène était favorisée et soumise à différentes formes de pressions sélectives. Cette étude montre que les mutations de novo et les distorsions de transmission de VNCs influencent la diversité génétique présente chez une espèce et jouent un rôle important dans l’adaptation et l’évolution. / Copy number variations (CNVs) are large genetic variations detected among the individuals of every multicellular organism examined so far. These variations have a considerable impact on gene structure and function and have been shown to be involved in the control of several phenotypic traits. In plants, the key genetic features of CNVs are still poorly understood and even less is known about CNVs in trees. The goals of this thesis were to i) develop an approach for the identification of CNVs in the gene space of the conifer tree Picea glauca, ii) estimate the rate of CNV generation genome-wide and iii) examine the transmission patterns of CNVs from one generation to the next. We used SNP-array raw intensity genotyping data for 3663 individuals belonging to 55 full-sib families to scan more than 14 000 genes for CNVs. Our findings show that CNVs affect a small proportion of the gene space and copy number variants detected in the progeny were either inherited or generated through de novo events. Our analyses show that copy number (CN) mutation rate estimates spanned at least three orders of magnitude, could reach high levels and varied for different genes, alleles and CNV classes. CN mutation rate was also correlated with gene expression levels and the relationship between mutation rate and gene expression was best explained within the frame of the drift-barrier hypothesis (DBH). With regard to CNV inheritance, our results show that most CNVs (70%) are transmitted from the parents in violation of Mendelian expectations. The majority of transmission distortions favored the one-copy allele and contributed to the rapid restoration of the two-copy genotype in the next generation. The observed distortion levels varied considerably and were influenced by parental, partner genotype and genetic background effects. We also identified instances where the loss of a gene copy was favored and subject to different types of selection pressures. This study shows that de novo mutations and transmission distortions of CNVs contribute both to the shaping of the standing genetic variation and play an important role in species adaptation and evolution.

Au cours des dernières décennies, l'approvisionnement en bois des forêts naturelles a considérablement diminué, tandis que la production des forêts de plantation a augmenté régulièrement dans le monde entier. Au Canada, la concurrence s'est accrue sur les plantations de conifères à croissance rapide, tout en causant une diminution du bois de haute qualité. Par conséquent, une connaissance approfondie des facteurs tels que les caractéristiques importantes du bois et leurs aspects génétiques affectant les propriétés du bois peut nous conduire à produire du bois de haute qualité requis par différentes industries du bois. Les principaux objectifs de cette recherche sont (i) d'estimer le phénotype quantitatif et les paramètres génétiques sur les traits de croissance du bois et les propriétés de flexion, tels que l'héritabilité génétique, les corrélations et le gain pour l'épinette blanche, (ii) de modéliser la variation radiale des propriétés de flexion de petits échantillons clairs, (iii) de mesurer l'efficacité de la prédiction des outils de vitesse acoustique sur le module d'élasticité. Pour les fins de cette recherche, des carottes de bois et des échantillons de bois massif ont été prélevés sur 289 arbres provenant de 38 familles poly-croisées d'un test provenance-descendance répété sur deux sites (Valcartier et Normandin) de la province de Québec. À l'aide du système SilviScan™, des profils moelle à écorce à haute résolution ont été obtenus (à partir de carottes de bois, ce qui a permis d'extraire un certain nombre de caractéristiques du bois différentes telles que la densité, l'angle des microfibrilles) et la largeur des cernes. Alors que la rigidité et la résistance à la flexion (c'est-à-dire MOE et MOR) ont été estimées sur la base d'échantillons de bois massif. La hauteur de l'arbre, le diamètre à hauteur de poitrine (DHP) et la vitesse acoustique ont également été obtenus sur l'arbre sur pied. Dans le premier chapitre, nous avons mis en évidence les estimations d'héritabilité modérée à élevée pour la rigidité et la résistance à la flexion, la hauteur, le DBH et la densité du bois. Le MOE s'est révélé avoir le gain génétique le plus élevé que tous les autres caractères. De plus, selon les scénarios de sélection multi-caractères, la sélection des propriétés de flexion du bois au moyen de la vitesse acoustique et de la densité du bois était la méthode efficace qui peut être combinée dans les programmes opérationnels de sélection de l'épinette blanche pour améliorer simultanément les gains génétiques pour la croissance et les propriétés de flexion du bois. Dans le deuxième chapitre, nous avons développé des modèles décrivant la variation moelle-écorce de MOE et MOR mesurés sur de petits échantillons sans défauts obtenus à partir des mêmes deux essais de descendance d'épinette blanche de 38 familles poly-croisées. Dans un premier temps, les effets de l'âge cambial et de la largeur des cernes annuels sur le MOE et le MOR ont été modélisés. Ensuite, la variation génétique et l'héritabilité des résidus de notre modèle de prédiction des propriétés de flexion ont été quantifiées. Les résultats confirment l'effet de détérioration du bois juvénile sur le MOE et le MOR, tandis qu'une valeur élevée et plus stable des propriétés de flexion sera atteinte après l'âge cambial de 15 ans. De plus, l'effet du nombre d'anneaux par échantillon a révélé qu'un nombre élevé d'anneaux par centimètre cube introduit une valeur élevée du MOE et en particulier du MOR. L'héritabilité du MOE et du MOR était modérée à élevée pour le site Normandin, alors qu'une faible héritabilité a été estimée pour le site Valcartier. La performance du modèle développé pour le MOE était prometteuse, tandis que le modèle MOR était moins intéressant, particulièrement au site Normandin qui pourrait s'expliquer par le fait qu'un petit échantillon sans défaut qui pourrait ne pas être suffisamment représentatif de la résistance de l'arbre sur pied. Dans l'ensemble, le modèle a confirmé un effet des variables d'arbre et de site sur les deux propriétés de flexion. Enfin, dans le troisième chapitre, nous avons étudié l'efficacité de la vitesse acoustique pour prédire le MOE moyen au niveau individuel et familial. Nous avons également étudié l'effet du site de plantation pour savoir si cet effet était significatif. D'après les résultats, des corrélations modérées (R2 = 0,34 à 0,42) et fortes (R2 = 0,57 à 0,60) entre MOEdGD, MOEdRH et le MOE statique (MOEs), respectivement au niveau individuel et familial, ont été obtenues au site de plantation Normandin. Il a été révélé que MOEdRH permet une meilleure prédiction de la rigidité dans les deux sites. De plus, la matrice de corrélation de Pearson a également confirmé une forte corrélation dans le site de plantation Normandin entre les MOE et MOEdRH, r = 0,65 et r = 0,77 estimés en fonction du niveau individuel et familial, respectivement, à un intervalle de confiance de 95. La recherche actuelle aidera à mettre en œuvre efficacement les caractéristiques de qualité du bois dans les programmes de sélection des arbres et à aider les sélectionneurs à produire à l'avenir des produits à valeur ajoutée de haute qualité à partir du bois d'épinette blanche cultivé en plantation. / In recent decades, wood supply from natural forests has declined considerably, while the production from plantation forests has increased steadily worldwide. In Canada, however, intensive forestry plantations for fast-growing conifers, lead to a decrease in high-quality lumber. Consequently, deep knowledge is needed to understand wood traits influencing lumber quality, and the genetic control of those wood traits for selection and breeding in order to produce high-quality timber from future plantations. The main objectives of this research are to (i) estimate requisite genetic parameters, such as genetic heritability, correlations, and gain, (ii) profile the flexural properties based on the radial variation on small clear samples, (iii) prediction efficiency of acoustic velocity tools on the modulus of elasticity. For the purpose of this research, wood cores and solid wood samples were collected from 289 trees originating from 38 poly-cross families of a provenance-progeny test repeated on 2 sites (Valcartier and Normandin) in the province of Québec. Using the SilviScan™ system, high-resolution pith-to-bark profiles were obtained from increment cores, from which wood density, microfibril angles (MFA), and ring width were measured. Tree height, diameter at breast height (DBH), and acoustic velocity were also obtained on the standing tree. Finally, flexural stiffness and strength (i.e. MOE and MOR) were estimated based on solid wood samples. In the first chapter, we have highlighted moderate to high heritability estimates for flexural stiffness and strength, height, DBH, and wood density. MOE was revealed to have the highest genetic gain. Further, according to multi-trait selection scenarios, selection for wood flexural properties by means of acoustic velocity and wood density was an efficient method that can be combined in operational white spruce breeding programs to improve simultaneously genetic gains for growth and wood flexural properties. In the second chapter, we developed models describing the pith-to-bark variation of MOE and MOR measured on small defect-free samples obtained from the same two white spruce progeny trials of 38 poly-cross families. In the first step, the effects of cambial age and annual ring width on MOE and MOR were modeled. Then, the genetic variation and heritability of the residuals of our prediction model for flexural properties were quantified. The results confirm the deteriorating effect of juvenile wood on MOE and MOR, while the high and more stable value of flexural properties will be achieved after the cambial age of 15. Furthermore, the effect of ring number per sample revealed a high number of rings per centimeter cube introducing a high value of MOE and especially on MOR. The heritability of MOE and MOR were moderate to high for site Normandin, while low heritability was estimated for site Valcartier. The model performance developed on MOE was promising, while the MOR model was less interesting, especially at site Normandin which could be explained by the use of a small defect-free sample that may not be sufficiently representative of the standing tree strength. Overall, the model confirmed an effect of both tree and site variables on both flexural properties. Finally, in the third chapter, we investigated the efficiency of acoustic velocity to predict the mean individual and family-level MOE. We also investigated the plantation site effect to understand if there is any significant effect. According to the results, moderate correlations (R² = 0.34 to 0.42) and strong correlations (R² = 0.57 to 0.60) between (MOE[subscript dGD]), (MOE[subscript dRH]) and static MOE (MOEₛ), based on individual and family level, respectively, were obtained at plantation site Normandin. It was revealed that (MOE[subscript dRH]) allows a better prediction of stiffness in both sites. Further, the Pearson correlation matrix also confirmed a strong correlation in plantation site Normandin between MOEs and MOE[subscript dRH], r= 0.65 and r=0.77 estimated based on individual and family level, respectively, at 95% confidence interval. The current research will help to effectively implement wood quality traits into tree breeding programs and to assist the breeders in the production of high-quality value-added products from plantation-grown white spruce wood in the future.

Les plants d'épinette blanche (Picea glauca (Moench) Voss) de fortes dimensions cultivés au Québec présentent fréquemment un développement racinaire insuffi₁sant (taux de rejet -14 %). Deux dispositifs expérimentaux ont été installés en pépinière pour évaluer l'effet des propriétés physico-chimiques de douze différents substrats sur le développement, la nutrition minérale et la capacité photosynthétique des plants. Les meilleures croissances des racines et des parties aériennes ont été observées chez les substrats dont le coefficient de diffusivité relative des gaz variait entre 0,005 et 0,015 [formule, voir le PDF] et dont la masse volumique apparente sèche se situait entre 0,10 et 0,11 g/cm3 . De plus, des relations significatives ont été observées entre la croissance et le pH, la capacité d'échange cationique et la concentration en magnésium, laquelle fut plus élevée dans les substrats qui contenaient de la vermiculite. Les propriétés du substrat ont également eu un effet significatif sur la masse des nouvelles racines produites lors du test de capacité de croissance des racines réalisé en conditions contrôlées.

Lors d’une blessure chez l’épinette blanche, le facteur de transcription MYB14 et certains gènes de la voie de biosynthèse des isoprénoïdes (voie MVA) sont surexprimés. De plus, des plantules d’épinette blanche transgéniques surexprimant le gène PtMYB14 accumulent elles aussi des transcrits de gènes faisant partie de la voie MVA. Ainsi, MYB14 pourrait être un régulateur transcriptionnel potentiel de cette voie métabolique (Bedon et al. 2010). Ce mémoire cible la régulation potentielle du gène de la 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA synthétase (HMGS), une enzyme de la voie MVA, par MYB14. Nous avons 1) isolé et caractérisé la région promotrice de Hmgs, 2) testé si MYB14 se lie directement au site découvert dans ce promoteur et 3) vérifié si MYB14 peut influencer positivement la transcription de Hmgs. Ce projet de maîtrise a permis de découvrir une nouvelle fonction pour un facteur de transcription de la famille des R2R3-MYB soit la régulation de la voie de biosynthèse des isoprénoïdes.

Picea glauca (Moench) Voss (l’épinette blanche) est l’un des principaux hôtes de la tordeuse des bourgeons de l’épinette (TBE), le défoliateur épidémique le plus dommageable de l’est du Canada qui est à l’origine de la mortalité d’arbres et de pertes économiques d’envergure considérables. Un mécanisme constitutif de résistance contre la TBE a récemment été découvert. Dans la présente thèse, nous avons étudié ce mécanisme basé sur l’accumulation foliaire du picéol et du pungénol, deux acétophénones découlant de la surexpression du gène Pgglu-1. Ces trois facteurs sont désignés comme étant des «biomarqueurs de résistance». Nous avons aussi étudié la picéine, un acétophénone glycosilé qui est le précurseur du picéol, et l’ensemble des quatre facteurssont désignés «biomarqueurs de défense». La première partie de la thèse présente une approche de génétique quantitative s’appuyant sur l’analyse de 874 arbres représentant 33 familles et 71 lignées clonales répartis dans sept emplacements de l’est du Canada. Nos objectifs étaient : i) de déterminer le contrôle génétique des biomarqueurs de défense, ii) d’estimer les corrélations génétiques et phénotypiques entre les quatre traits de défense, iii) d’évaluer la présence de compromis entre les biomarqueurs de défense et la croissance primaire. Nous avons conclu que l’héritabilité au sens strict du picéol, du pungénol et de l’expression du gène Pgglu-1 était modérée (0,55, 0,50 et 0,58 respectivement), et obtenu des estimés un peu plus élevées pour l’héritabilité au sens large du picéol et du pungénol (0,66 et 0,60 respectivement), ce qui indique que ces traits de résistance sont soumis à un contrôle génétique additif. Les traits de résistance et la croissance montrent des corrélations génétiques positives (de 0,14 à 0,30), ce qui suggère que le mécanisme de résistance n’entraine pas un effet négatif sur la croissance de l’épinette blanche. Dans la deuxième partie de la thèse, nous avons étudié l’interaction insecte-hôte en menant des essais d’élevage d’insectes sur différents clones d’épinettes blanches. Nos objectifs étaient iv) de caractériser la variation développementale des acétophénones de défense, v) d’évaluer l’influence du stade phénologique de l’hôte sur le niveau de résistance indiqué par la performance biologique de la TBE et vi) de déterminer si les traits de résistance sont inductibles. Nous concluons que la variation des acétophénones dépend du phénotype de résistance de l’arbre, et que l’efficacité des traits de résistance dépend du synchronisme entre le Piceaglauca et l’alimentation des insectes. Finalement, nous avons démontré que ce mécanisme de résistance peut être inductible. / Picea glauca (Moench) Voss (white spruce) is one of the main hosts of the spruce budworm (SBW), anepidemic defoliator that is the most damaging in forests of eastern North America causing tree mortality and large economic losses. A constitutive resistance mechanism against the SBW was recently discovered. In this thesis, we studied this mechanism based on the foliar accumulation of aglycon acetophenones ̶piceol and pungenol ̶resulting from the expression of the Pgglu-1gene; and we refer to them as resistance biomarkers. Picein, the glycoside precursor of piceol was also investigated and we refer to all four traits togetheras defense biomarkers. The first part of this thesis presents a quantitative genetic study, which analysed 874 trees representing 33 full-sib families and 71 clonal lines from seven field locations in Eastern Canada. The goals were to i) determine the genetic control of the defense biomarkers, ii) estimate the genetic and phenotypic correlations among the four defensive traits and growth, and iii) evaluate the occurrence of trade-offs between the defense biomarkers and primary growth. Narrowsense heritability of piceol, pungenol and Pgglu-1 gene expression was moderate (0.55, 0.50 and 0.58, respectively). Slightly higher broad sense heritability estimates were obtained for acetophenones (0.66 and 0.60 respectively), indicating that additive genetic effects playa major role in these resistance biomarkers. Positive genetic correlations were found between the resistance traits and growth (from 0.14 to 0.30), suggesting that the resistance mechanism does not compromise growth in white spruce. In the second partof the thesis, we studied the insect-host interaction by use of insect rearing trials in severalwhite spruce clones. Our objectives were to iv) characterize the developmental and phenological variation of the defense acetophenones, v) evaluate the impact of the matched and delayed host phenology windows on the biological performance of the SBW, and vi) assess the inducibility potential of the resistance traits. Weshow that there are considerable variations in the acetophenone accumulation profiles between individual trees supporting their classification as Resistant (R) and Non-Resistant (NR); that the efficiency of the resistance traits is influenced by the synchronization between the P. glauca phenology and the insect feeding. Finally, we show that the resistance mechanism can be inducible.

La forêt boréale fermée au Québec est subdivisée en deux zones de végétation, soit la sapinière à bouleau blanc et la pessière à mousses, respectivement situées au sud et au nord de 49° N. La limite nordique des sapinières est représentée par des peuplements subalpins isolés au sein de la zone de pessière à mousses. Ces sapinières coexistent dans l'étage subalpin avec des pessières d'épinette blanche. Or, l'épinette blanche est typiquement une espèce compagne dans la zone de la sapinière à bouleau blanc et n'est l'espèce dominante que dans quelques situations biogéographiques particulières. Une approche multidisciplinaire alliant la phylogéographie, l'écologie et la paléoécologie est utilisée afin de déterminer l'origine holocène et la dynamique récente des sapinières et des pessières d'épinette blanche subalpines. Les variations génétiques de l'espèce dans la partie orientale de son aire de répartition a permis d'inférer l'histoire démographique holocène des populations subalpines isolées. Ces populations d'épinette blanche auraient subi un goulot d'étranglement génétique causé par un déclin démographique. Les données écologiques ont montré que les pessières d'épinette blanche et les sapinières subalpines au centre du Québec représentent différents stades successionnels après feu. L'épinette blanche est une espèce pionnière qui colonise rapidement les sites, favorisant ainsi la formation des pessières subalpines. La coexistence des pessières et des sapinières, à la même altitude dans l'étage subalpin au centre du Québec, est redevable à une dynamique successionnelle maintenue par des feux récurrents. L'histoire holocène des feux des sapinières a été reconstituée à l'aide de l'analyse macrofossile des charbons du sol minéral. Le remplacement de la sapinière par la pessière à mousses au nord de 49° N a probablement été causé par un changement du régime de feu amorcé il y a 5000 ans. La même approche paléoécologique montre qu'il n'y a aucune différence quant à l'histoire des feux et à la composition botanique fossile entre les sapinières et les pessières d'épinette blanche. Cette flore subalpine est demeurée inchangée au cours de l'Holocène et est composée des genres Abies, Picea et Betula. L'assemblage fossile peut être interprété comme étant une sapinière à bouleau blanc qui s'est maintenue dans l'étage subalpin depuis au moins 5600 ans cal. BP.