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This project investigated the impacts of browsing by large herbivores on all aspects of the life cycle of montane willows, using Salix arbuscula L. (Mountain Willow) as the main model species. S. arbuscula was found to be almost entirely insect pollinated, although the levels of wind pollination varied between populations. The density of nearby male plants had a positive effect on fruit set in both insect and wind pollinated catkins, but the effect was stronger in wind-only pollinated catkins. In insect pollinated catkins, catkin characteristics such as length and total number of flowers were most important in determining fruit set. Browsing was found to have both direct and indirect negative impacts on seed production in S. arbuscula, which was also highly variable between years. Direct effects included reduction of the number of inflorescences produced by browsing removal of the previous year's growth, on which most inflorescences are found. There were fewer inflorescences found per shoot on browsed plants, suggesting that browsing also reduces inflorescence production via resource limitation. Lower numbers of inflorescences per plant led to fewer pollinator visits and resulted in reduced seed production, particularly in years of poor overall production. Seed and early seedling survival were found to be strongly limited by microsite availability, as both S. arbuscula and S. lapponum required bare ground for germination and early survival. Slugs were found to have a negative impact on seedlings during the first season of growth, where as small mammals (bank voles) had a negative effect one the seedlings were larger. Growing in disturbed microsites may also favour seedling establishment through reducing the likelihood of slug and small mammal predation.

Les plantes sont de plus en plus confrontées à une diminution de la disponibilité en eau du sol, constituant une contrainte hydrique et osmotique impactant leur survie. La tolérance des plantes face à cette contrainte sera conditionnée par la perception de celle-ci. Un des mécanismes de signalisation de cette contrainte est appelé MultiStep Phosphorelay (MSP) et est composé de 3 partenaires : un récepteur Histidine-aspartate Kinase (HK), des protéines Histidine Phosphotransfert (HPt) et des Régulateurs de Réponse (RR), dont les facteurs de transcription RR-B. Chez Arabidopsis, un MSP constitué d’AHK1, AHP2 et ARR18 a été identifié dans le cadre de la contrainte osmotique. Pour le peuplier, HK1a et b, gènes paralogues et homologues à AHK1, ainsi que 10 et 9 gènes codant respectivement des HPt et des RR-B ont été isolés. La fonction d’osmosenseur d’HK1a a été avancée, et une voie de signalisation de la contrainte osmotique chez le peuplier constituée de ce récepteur, 3 HPt et 6 RR-B a été proposée. L’objectif de la thèse visait à déterminer et caractériser des facteurs de transcription RR-B liés à la contrainte osmotique de façon spécifique. Les résultats phares de cette thèse sont la mise en évidence de la fonction de facteur de transcription de deux RR-B, RR13 et RR19, via l’étude de leur capacité à dimériser et à transactiver ou non des gènes de réponses à la contrainte osmotique. Le RR13 semblerait spécifique de la voie cytokinines et le RR19 de la voie osmosensing. Ce travail étaye fortement l’implication du RR19 dans le MSP dédié à cette contrainte. De nombreuses études ont par ailleurs été initiées durant ce travail de thèse et pourront faciliter la caractérisation du MSP étudié. / Plants are increasingly faced with a decrease in soil’s water availability, leading to a hydric and osmotic stress and impacting on their survival. Plant tolerance to this stress will be dependent on its perception. One of the signaling mechanisms related to this stress is called MultiStep Phosphorelay (MSP) and is composed by 3 partners: a histidine-aspartate receptor kinase (HK), histidine phosphotransfer proteins (HPt) and response regulators (RR), including the B-type RR transcription factors. In Arabidopsis, an MSP with AHK1, AHP2 and ARR18 has been identified for osmotic stress signaling. For poplar, HK1a and b, paralogous genes and homologous with AHK1, 10 HPt and 9 B-type RR genes have been isolated respectively. The osmosensor function of HK1a was proposed, and an osmosensing signaling pathway composed by HK1a, 3 HPt proteins, and 6 B-type RR has been suggested. The purpose of this work was focused on the identification and characterization of B-type RR transcription factors specifically linked to osmotic stress in poplar. The main results of this work are the highlight of the transcription factor function of two B-type RR, RR13 and RR19, through the study of their ability to dimerize and transactivate or not osmotic stress-responsive genes. The RR13 seems to be specific for cytokinins signaling pathway, whereas the RR19 seems to be specific for the osmosensing one. This work strongly supports the involvement of RR19 in the osmosensing MSP. Many studies have also been initiated during this work and will facilitate the characterization of the studied MSP.

Les relais de phosphorylation de type histidine/aspartate constituent des voies de signalisation impliquées dans la perception et la transduction des signaux jusqu’à la mise en place de réponses spécifiques. Ils mettent en jeu un récepteur ou Histidine aspartate Kinase (HK), des protéines navettes en charge de la transmission du phosphate (HPt) et des Régulateurs de Réponse (RR). L’implication d’un tel système dans la transduction du signal de la contrainte osmotique est avérée chez la levure et fortement suspectée chez Arabidopsis. Ce travail de thèse visait d’une part à caractériser l’implication de cette voie de transduction de la contrainte osmotique chez le peuplier, avec l’identification de partenaires HPt et RR en aval du récepteur HK1 et d’autre part à caractériser le mode de fonctionnement d’un RR de type-B. HK1, un osmosenseur membranaire détecterait le signal et le transmettrait à trois HPt préférentielles. De plus, un partenariat d’interaction se dégagerait entre ces trois HPt et certains RR-B. La régulation transcriptionnelle observée lors d’une contrainte osmotique pour deux des représentants des RR-B témoigne d’une possible implication de ces RR dans cette voie. Ces protéines sont des facteurs de transcription dont la fonction a été confirmée in planta pour l’un d’entre eux. La dimérisation du domaine receveur du RR et son interaction avec le domaine de fixation à l’ADN ou domaine GARP apparaissent comme des points de contrôle clés dans la régulation de l’activité effectrice des RR-B. De plus, la capacité d’un RR-B à se fixer sur ses motifs de reconnaissance (boîtes AGAT) a pu être vérifiée in vitro et la présence de ces séquences a d’ailleurs été retrouvée dans des gènes régulés par la contrainte osmotique. Ce travail prospectif ouvre des perspectives concernant l’implication des RR-B dans la voie de transduction du signal de la contrainte osmotique, et propose notamment des mécanismes fins pour l’élaboration d’une réponse hautement spécifique. / Multistep His-to-Asp phosphorelay systems are signaling pathways devoted to signal perception and transduction for establishment of specific responses. These systems are composed of three successive partners: Histidine-aspartate Kinases (HKs), Histidine-containing Phosphotransfer proteins (HPts), and Response Regulators (RRs). One of the best characterized corresponding systems is the osmo-responsive pathway in yeast. Such systems are also suspected in Arabidopsis. This work aimed to characterize the involvement of an osmosensing pathway in Populus by identifying HPt and RR elements downstream of HK1 and to reveal the underlying mechanisms for the activity of a RR-B. HK1, membrane osmosensor, is expected to be responsible for signal detection and propagation by triggering the activation of three preferential HPt. Furthermore, an interacting partnership between those HPts and particular B-type RRs was observed. Two of them appear to be regulated by an osmotic stress, suggesting their possible involvement in this pathway. The B-type RR members, the final output elements of the pathway, act as transcription factors, as shown for at least for one of them in planta. Taken together, the dimerization of the RR receiver domain and its interaction with its DNA binding domain (GARP), are likely key checkpoints in the regulation of RR-B activity. Besides, the ability of one RR-B to bind its cognate specific DNA sequences (AGAT boxes) was confirmed in vitro and those were found in promoters of osmotic response genes. This work opens up prospects for the involvement of RR-B in the osmotic stress signaling pathway and suggests mechanisms tuning induction of specific responses.

Cette thèse visait à développer nos connaissances quant au contrôle génétique et environnemental et la structuration géographique de la variabilité phénotypique pour des caractères fonctionnels chez le peuplier noir (Populus nigra L.). Trois caractères fonctionnels ont été étudiés : la phénologie de croissance, WUE et la résistance à la cavitation. La variabilité phénotypique exprimée pour la phénologie de croissance et WUE a été évaluée au sein d’une collection européenne de peuplier noir regroupant 1085 génotypes échantillonnés dans 13 métapopulations et installés en test clonal en pépinière dans deux sites expérimentaux. Nos résultats ont révélé une importante variabilité génétique ainsi qu’une importante plasticité phénotypique des caractères phénologiques et de WUE au sein des métapopulations. Une différenciation génétique modérée à forte des métapopulations a été observée pour la phénologie de croissance et WUE. Les différences entre métapopulations se structuraient selon des patrons plus ou moins complexes, qui semblaient refléter, pour la phénologie de croissance, une adaptation locale des métapopulations aux conditions de photopériode et de température. Tenant compte des capacités de phénotypage limitées pour la résistance à la cavitation, la variabilité génétique exprimée pour ce caractère a été évaluée au sein d’une population naturelle de peuplier noir regroupant 33 génotypes et installée en test clonal en pépinière dans un site expérimental. Nous avons détecté une variation significative du niveau de résistance à la cavitation entre génotypes. De manière générale, aucune relation phénotypique significative n’a été détectée entre la phénologie de croissance, WUE et la résistance à la cavitation au niveau intra-population, suggérant le maintien d’une diversité de combinaisons fonctionnelles. Le développement d’une puce à 10 331 marqueurs SNPs distribués à l’échelle du génome de P. nigra, notamment dans des régions candidates pour la phénologie de croissance, devrait permettre, à court terme, de confirmer l’adaptation locale des populations de peuplier noir et d’explorer ses bases génétiques. / This work aimed at improving our understanding of the genetic and environmental control as well as the geographic structure of phenotypic variation for functional traits in black poplar (Populus nigra L.). Three functional traits were studied: bud phenology, water-use efficiency (WUE) and xylem resistance to drought-induced cavitation. The phenotypic variation expressed for bud phenology and WUE was evaluated in a European P. nigra collection composed of 1085 cloned individuals sampled in 13 natural metapopulations and established in clonal test in nursery at two experimental sites. Substantial genetic variation and substantial phenotypic plasticity for bud phenology and WUE were observed within all metapopulations. Moderate to strong genetic differentiation of metapopulations was evidenced for phenological traits and WUE. Patterns of genetic differentiation were more or less complex depending on traits and seemed to reflect, for phenological traits, local adaptation of metapopulations to photoperiod and temperature. Taking into account the limited phenotyping capacity for xylem resistance to cavitation, genetic variation expressed for this trait was evaluated within one single natural population of black poplar composed of 33 genotypes which were established in clonal test in nursery at one experimental site. Significant variations were observed between genotypes for the degree of cavitation resistance. Overall, no significant relationship was detected between bud phenology, WUE and cavitation resistance at the within-population level, indicating the maintenance of a diversity of functional combinations. The development of an array covering 10 331 SNPs distributed across the P. nigra genome, notably in candidate regions for bud phenology, will enable in the short-term to confirm local adaptation of P. nigra populations and to identify its genetic basis.