Le poids et la teneur en sucres du fruit sont deux caractères complexes, importants pour la qualité de la tomate. L'objectif de cette thèse est de disséquer ces deux caractères par une démarche pluridisciplinaire, impliquant des approches écophysiologiques, génétiques et moléculaires. Une population de 20 lignées d'introgression de Solanum chmielewskii dans le fonds génétique de S. lycopersicum a été cultivée en 2006 et en 2007 sous deux conditions de charges en fruits afin de moduler sa disponibilité en carbone : une forte charge où tous les fruits sont conservés sur les bouquets, et une faible charge constituée par un unique fruit par bouquet. Des indicateurs de processus écophysiologiques impliqués dans le poids et la teneur en sucres du fruit ont été mesurés ou estimés. Ils ont permis de caractériser les principaux processus écophysiologiques sous-jacents aux QTL de qualité, notamment la division et l'expansion cellulaire, la transpiration du fruit, et l'allocation carbonée pour la synthèse de composés structuraux. Un fort effet de la charge en fruits a été mis en évidence sur l'expression des QTL pour la plupart des caractères observés, indiquant l'occurrence d'interactions génotype x charge en fruits. L'utilisation d'un modèle écophysiologique prédisant la teneur en sucres d'un fruit de tomate à maturité, combiné à une détection de QTL, a permis d'identifier des colocalisations entre QTL de qualité et QTL de variables de fonctionnement du fruit telles que la fourniture du fruit en assimilats, la transformation métabolique des sucres en d'autres composés, ou la dilution des composés par l'entrée d'eau dans le fruit. Enfin, une lignée d'introgression portant des QTL de poids frais et de sucres avec des allèles aux effets opposés ainsi que la lignée conférant le fonds génétique ont été étudiées au niveau moléculaire par une analyse du transcriptome en phase d'expansion cellulaire. Des gènes candidats dont le niveau d'expression serait associé aux variations de poids et de teneurs en sucres du fruit, engendrées par une modification de la charge en fruits ont été identifiés. L'analyse en cinétique de l'expression de quelques gènes candidats a permis de mettre en évidence des liens entre variables écophysiologiques et moléculaires.

Parmi les genres responsables des efflorescences algales nuisibles, le genre Alexandrium est certainement l'un des plus importants en termes de diversité, de distribution et d'importance d'impacts. Lors de cette thèse nous avons essayé de comprendre les causes d'introduction et les facteurs favorisant l'établissement et la récurrence des blooms d'Alexandrium catenella/tamarense à travers la comparaison des efflorescences de ce complexe sur deux sites contrastés au niveau trophique : la lagune de Thau en France et la baie d'Annaba en Algérie. Afin de mieux comprendre les déterminismes environnementaux favorisant ce phénomène, une étude comparative a été réalisée à partir des données recueillies sur le terrain durant un suivi bi mensuel in situ au cours de l'année 2010-2011 et sur les données disponibles dans la littérature. La comparaison des paramètres physicochimiques entre les deux sites d'études indique que sur une période de 18 ans, le changement commun majeur qui coïncide avec l'apparition d'Alexandrium catenella est la forte diminution des concentrations en phosphore réactif dissous, ce qui peut induire une limitation de croissance des autres organismes et favoriser ainsi le développement de cette espèces. Au cours de ce travail nous avons développé un protocole d'établissement de cultures monoclonales à partir du sédiment, grâce auquel nous avons obtenu pour la première fois une trentaine de souches d'Alexandrium de la baie d'Annaba. Les analyses morphologiques et le ribotypage effectués sur ces souches ont révélé qu'il s'agit d'Alexandrium catenella du groupe IV (clade Asie tempéré). L'analyse toxinique a révélé que les concentrations et la composition en toxine de ces souches sont assez proches de celle d'A. catenella de Thau. Lors de cette thèse nous nous sommes également intéressé au rôle que peut jouer la diversité intraspécifique dans la dynamique des efflorescences au sein du complexe d'Alexandrium catenella/tamarense. Des comparaisons des taux de croissance, de phases de latence, des capacités de croissance sur différents milieux de culture sur plusieurs souches d'Alexandrium tamarense de Thau ont révélé une grande diversité intraspécifique des paramètres testés. Le profile toxinique et la croissance de nombreuses souches d'Alexandrium catenella de la baie d'Annaba ont révélé également une variabilité considérable. Les résultats de notre étude laissent supposer que la diversité intraspécifique joue un rôle fondamental avec certaines conditions environnementales dans la survie aux pressions de sélections et assurent la pérennité des blooms d'Alexandrium et leur propagation dans différents écosystèmes. / Among the genera responsible for harmful algal blooms, the genus Alexandrium is certainly one of the most important in terms of diversity, distribution and significance of impacts. In this thesis we tried to understand the introduction and factors favoring the establishment and recurrence of Alexandrium catenella / tamarense blooms by comparing these events in two contrasting trophic sites: Thau lagoon in France and the Bay of Annaba in Algeria. To better understand the environmental determinism promoting this phenomenon, a comparative study was conducted using data collected in the field during a monthly parallel monitoring during the 2010-2011 year and the data available in the literature. Comparison of physicochemical parameters between the two study sites indicates that over a period of 18 years, the major common change that coincides with the appearance of Alexandrium catenella is the sharp decrease in concentrations of dissolved reactive phosphorus, which can limit growth of other organisms and thus promote the development of this species. In this work we developed a protocol for the establishment of monoclonal cultures from sediments by which we got for the first time thirty Alexandrium strains from Annaba bay. Morphological analysis and ribotyping performed on these strains showed that it is Alexandrium catenella group IV (temperate Asia clade). The analysis revealed that toxin concentrations and toxin composition of these strains are quite similar to that of A. catenella from Thau. In this thesis we also looked at the role that intraspecific diversity can play in the dynamics of blooms within the complex Alexandrium catenella / tamarense. Comparisons of growth rates, lag phases, capacity for growth on different culture media investigated among several strains of Alexandrium tamarense of Thau, revealed a high intraspecific diversity of parameters tested. The toxin profile and the growth of many strains of Alexandrium catenella from Annaba bay also showed considerable variability. The results of our study suggest that intraspecific diversity plays a key role along with certain environmental conditions for the survival against selection pressures and allows the sustainability of Alexandrium blooms and their propagation within different ecosystems.

Les risques de sécheresse sévère augmentent sous l’effet du changement climatique. Mieux comprendre les stratégies adaptatives des plantes au stress hydrique est ainsi l’un des défis majeurs de la recherche écologique et agronomique. Cette thèse explore la survie à la sécheresse d’une graminée herbacée pérenne (Dactylis glomerata L.) en étudiant la variabilité intraspécifique des traits aériens et souterrains d’une quinzaine de populations natives et cultivées issues d’un gradient latitudinal allant de la Scandinavie au Maroc. Une caractérisation des populations en conditions optimales sur une année a montré une coordination phénologique des traits aériens en relation avec les limitations saisonnières de croissances liées à l’origine des populations. Le rythme de croissance au printemps et à l’automne ne discrimine pas les origines, alors que la dormance estivale des populations méditerranéennes s’oppose à la dormance hivernale des populations scandinaves. Ces résultats suggéraient l’existence d’un compromis entre survie à une déshydratation sévère (sécheresse, gel) et potentiel de croissance. Alors que ce compromis a été vérifié en été (sècheresse sévère à Montpellier) et en hiver (gel en Norvège), la survie à une déshydratation de contre-saison au printemps n’est pas corrélée au potentiel de croissance des populations. Les résultats invalident donc l’existence d’un compromis constant entre survie au stress et potentiel de croissance aérienne. Ce découplage chez le dactyle permet d’envisager la sélection artificielle, à partir de la variabilité intraspécifique existante, de variétés à la fois productives et tolérantes au stress hydrique. L’imposition d’une déshydratation édaphique sévère en pots limitant l’expansion du système racinaire a montré que les populations méditerranéennes survivent mieux que les populations tempérées ou nordiques. L’association de ces résultats avec ceux issus d’une expérimentation en longs tubes favorisant le développement potentiel des racines révèle un compromis entre les stratégies d’évitement de la déshydratation (acquisition de l’eau et maintien de la croissance) et de tolérance à la déshydratation (faible croissance et forte survie à la sécheresse) qui pourrait limiter la combinaison de stratégies adaptatives au sein d’un même phénotype. Cette thèse contribue à améliorer notre compréhension des compromis fonctionnels, peu étudiés à l’échelle intraspécifique, mais qui sous-tendent la réponse des plantes à la sécheresse. / Drought risk increases with climate change. Improving our understanding of the adaptive mechanisms of plants response to drought has thus become one of the major challenges of ecological and agronomical research. This work investigates the drought survival of a perennial herbaceous species (Dactylis glomerata L.) through the intraspecific variability of above and below ground traits expressed by fifteen native and cultivated populations originating from a large latitudinal gradient, from Scandinavia to Morocco. Population traits characterization across one year under optimal growth conditions showed phenological coordination of above ground traits associated with seasonal growth limitations according to the origins of the populations. The spring growth rhythm does not discriminate origins while the summer dormancy of Mediterranean population contrasts with the winter dormancy of Scandinavian populations. These results suggested a growth-dehydration stress survival trade-off. Although this trade-off was confirmed in summer (severe drought in Montpellier) and winter (severe frost in Norway), no correlation was found between an off-season (spring) drought stress survival and populations’ growth potential. The result invalidates the existence of a constant trade-off between stress survival and aerial growth potential. This apparent decoupling in cocksfoot could be considered to produce new cultivars with both high productivity and high drought tolerance, from existent intraspecific variability. A severe dehydration stress imposed on plants grown in short pots, limiting roots expansion, showed that Mediterranean populations survived better than temperate or Nordic populations. In association with a long tube experiment allowing full expression of roots development, this result revealed a functional trade-off between dehydration avoidance (water acquisition and growth maintenance) and dehydration tolerance (low growth and high drought survival) which could limit the combination of adaptive strategies in a single phenotype. This work contribute to improve our knowledge about functional trade-offs, few studied within species, that underpin plant response to drought stress.

L’efficience d’utilisation de l’eau (WUE), rapport entre la biomasse produite et l’eau consommée, est un trait essentiel à étudier en agronomie pour améliorer la production des cultures soumises à la sécheresse. Cependant, mesurer l’eau consommée par un couvert végétal est difficile à réaliser. L’objectif général de ce travail de thèse est de répondre à trois principales questions : (i) peut-on déterminer WUE en utilisant la discrimination isotopique du carbone (CID) facile à mesurer? (ii) comment l’analyse de la variabilité de WUE et CID peut contribuer à sélectionner des génotypes de tournesol soumis à la sécheresse? (iii) et les variations de WUE peuvent-elles être révélées par les variations de relations hydriques? Quatre expériences ont été conduites en serre pendant deux années : (i) avec deux scenario de sécheresse, l’une progressive, l’autre stable, et (ii) avec cinq niveaux de contenu en eau du sol stables. Les principaux traits mesurés sont WUE, CID et d’autres traits représentant les relations hydriques tels que le contrôle de la transpiration (FTSWt), la capacité d’extraction de l’eau (TTSW) et la tolérance à la déshydratation (OA). Une forte corrélation négative a été mise en évidence entre WUE et CID. Une large variabilité a également été observée pour FTSWt, TTSW et OA. Ces résultats permettent de connaitre le contrôle génétique de WUE et CID, ainsi que des traits associés, lesquels n’ont jamais été relatés dans la littérature. De plus, l’analyse QTL pour FTSWt n’a pas non plus été réalisée, chez aucune plante. Des QTL pour WUE et CID ont été identifiés pour différents scenario de sécheresse. Les QTL pour CID sont considérés comme ‘constitutifs’, parce qu’ils sont détectés dans les différents scenarios. Les QTL pour CID co-localisent avec ceux pour WUE, pour la biomasse et pour la transpiration cumulée. Des co-localisations de QTL ont également été observées entre FTSWt et TTSW, entre TTSW et WUE-CID-Biomasse, et entre FTSWt-TTSW et Biomasse. Cette étude met en évidence que WUE est physiologiquement et génétiquement associée à CID. De plus, CID représente un excellent substitue à la mesure de WUE et permet d’améliorer l’efficience d’utilisation de l’eau par sélection assistée par marqueurs. / Water use efficiency (WUE), measured as the ratio of plant biomass to water consumption, is an essential agronomical trait for enhancing crop production under drought. Measuring water consumption is logistically difficult, especially in field conditions. The general objective of the present Thesis is to respond to three main questions: (i) can WUE be determined by using carbon isotope discrimination (CID), easy to measure?, (ii) how WUE and CID variation analysis can contribute to the genotypic selection of sunflower subjected to drought?, and (iii) can WUE variation be revealed by the variation of plant-water relation traits. Four experiments were carried out in greenhouse across two different years: (i) on two drought scenarios, progressive soil drying and stable water-stress, and (ii) on five levels of soil water content. The main traits that have been measured include WUE, CID, as well as plant-water relation traits, i.e. control of transpiration (FTSWt), water extraction capacity (TTSW), and dehydration tolerance (OA). A highly significant negative correlation was observed between WUE and CID, and a wide phenotypic variability was observed for both WUE and CID. A wide variability was also observed for FTSWt, TTSW and OA. The results provide new insight into the genetic control of WUE and CID related-traits, which, unlike to other crops, genetic control of WUE, CID, and TTSW in sunflower have never been reported in the literature. Further, quantitative trait loci (QTL) mapping for FTSWt was never reported in any plant species. The QTL for WUE and CID were identified across different drought scenarios. The QTL for CID is considered as a ‘‘constitutive’’ QTL, because it is consistently detected across different drought scenarios. The QTL for CID co-localized with the QTL for WUE, biomass and cumulative water transpired. Co-localization was also observed between the QTL for FTSWt and TTSW, between the QTL for TTSW and WUE-CID-biomass, as well as between the QTL for FTSWt-TTSW and biomass. This study highlights that WUE is physiologically and genetically associated with CID. CID is an excellent surrogate for WUE measurement, and can be used to improve WUE by using marker-assisted selection (MAS) to achieve the ultimate goal of plant breeding at genomic level.

Dans de nombreuses régions tropicales dont certaines zones du Brésil, les plantations industrielles d'Eucalyptus connaissent une expansion rapide. L'impact environnemental et la durabilité de ces plantations soulèvent de nombreuses questions, notamment en termes d'évolution du bilan carboné et de la fertilité des sols, et d'impact sur les ressources en eau. Cette thèse contribue à apporter des réponses à ces questions, en étudiant les bilans de carbone, d'eau et d'azote des plantations d'Eucalyptus de l'état de São Paulo. L'approche privilégiée est celle de la modélisation écophysiologique, et l'échelle visée in fine est celle de grandes plantations. Cette thèse présente une première approche empirique d'estimation spatialisée de la production des plantations, basée sur la construction et l'interprétation de séries temporelles d'indice de végétation du satellite MODIS sur un ensemble de parcelles d'âge et de productivité contrastés. Ensuite une approche plus complète de modélisation écophysiologique est développée, basée sur le modèle C-H2O-N « G'DAY » qui a été adapté au cas des plantations brésiliennes. La simulation par le modèle des flux de C, H2O et N sur l'ensemble de parcelles évoqué précédemment, à l'échelle de la rotation, a été réalisée avec et sans la contribution de données d'indice foliaire, obtenues à partir des séries temporelles de réflectance MODIS. Ces séries temporelles de données satellitaires sont riches en informations sur la variabilité spatio-temporelle de la productivité, qui est bien reproduite par le modèle écophysiologique proposé / Industrial Eucalyptus plantations are expanding rapidly in many tropical regions, and in particular in south-eastern Brazil. Their sustainability and environmental impact are an issue of concern, and questions have been raised regarding their carbon balance and effects on soil fertility and water ressources. This thesis addresses some of these questions, by studying the carbon, water and nitrogen balance of Eucalyptus plantations in São Paulo State.A process-based modelling approach was adopted, with the ultimate aim of application at the scale of large plantations. A first empirical approach was developed to estimate wood production on a spatial basis, involving the construction and interpretation of MODIS vegetation index time series on a set of Eucalyptus stands of contrasted age and productivity levels. The complete ecophysiological C-H2O-N cycling model "G'DAY" was then adapted for Brazilian plantations. Rotation-length simulations of C, H2O and N fluxes were carried out on the afore-mentioned set of plantation stands, either with or without the integration of leaf area index data obtained from MODIS reflectance time-series. The satellite time series carry useful information about the spatio-temporal variability of productivity, which is also well reproduced by the proposed ecophysiological model