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Context: Approximately one billion people live in semi-arid and arid regions, and of these about 40% live on less than a dollar a day. Legumes crops are an important component of sustainable agriculture, but they are often grown under intermittent or terminal droughts. Thus, improving drought tolerance in legumes has the potential to improve food security and sustainability of agricultural systems. Objective: This study compares the response of two legume crops, common bean (Phaseolus vulgaris L.) and mungbean (Vigna radiata (L.) Wilczek), to water stress conditions under field and controlled-environment conditions. Methods: Field experiments were conducted in the Fergana valley, Uzbekistan, and controlled environment experiments were conducted at the Macdonald campus of McGill University, Ste-Anne-de-Bellevue, Canada, and at the Hermitage Research Station in Warwick, Australia. Results: Our results demonstrate that alternate furrow irrigation maintains yields, yet decreases water applied by 25%. In addition, mungbean showed the highest yields in the moderate deficit irrigation treatment in 2003 and severe deficit irrigation treatment in 2004 under field conditions in Uzbekistan. Common bean also showed a capacity to maintain yields under moderate deficit irrigation in both years. Further characterization of the legume responses to water deficit stress in controlled-environment experiments indicated that mungbean’s higher tolerance is attributable to higher transpiration efficiency, a more conservative water use in the vegetative stage, and a higher root-to-shoot ratio when compared to common bean. Root characteristics might also play an important role, although we have observed a large variability between genotypes. An additional field experiment in Uzbekistan demonstrated that an early maturing Canadian soybean cultivar could be grown after the harvest of winter wheat, and thus contribute to food security. It has also been demonstrated that i / Contexte : Environ un milliard de personnes vivent dans les régions arides et semi-arides, et 40% d’entre eux vivent avec moins d’un dollar par jour. Les cultures de légumineuses sont une part importante de l’agriculture durable, mais ces cultures sont souvent produites dans des conditions de sécheresse intermittente ou terminale. Améliorer la tolérance des légumineuses à la sécheresse peut donc augmenter la sécurité alimentaire et la durabilité des systèmes agricoles. Objectif : Cette étude compare la réponse de deux légumineuses, le haricot commun (Phaseolus vulgaris L.) et le haricot doré (Vigna radiata (L.) Wilczek), lors de conditions de stress hydrique imposées au champ et en environnement contrôlé. Méthodes : Les expériences au champ furent conduites dans la vallée de Fergana, en Ouzbékistan, et les expériences en environnement contrôlé furent conduites au campus Macdonald de l’Université McGill, à Ste-Anne-de-Bellevue, Canada, et à la station de recherche Hermitage, à Warwick, Australie. Résultats : Nos résultats démontrent que l’irrigation alternante maintient les rendements tout en diminunant de 25% l’apport en eau. De plus, le haricot doré a démontré les meilleurs rendements sous les traitements d’irrigation déficitaire moyen en 2003 et sévère en 2004 dans les expériences au champ. Le haricot commun a également démontré la capacité de maintenir ses rendements sous traitement d’irrigation déficitaire moyen les deux années. Une caractérisation plus poussée de la réponse des légumineuses au stress hydrique en milieu contrôlé a indiqué que la tolérance accrue du haricot doré est attribuable à une meilleure efficacité transpirationelle, une utilisation plus limitée de l’eau lors de la période végétative, et une proportion plus élevée de biomasse en racines lorsque comparé au haricot commun. Les caractéristiques racinaires semblent également jouer un rôle important,$

Jasmonates (JAs) play a major role in plant defense against herbivores while some caterpillar species use effectors in their labial saliva to suppress the induction of JA-mediated defense responses. On the other hand, activation of plant defense is associated with slowed plant growth which is controlled by gibberellins (GA) and growth repressor DELLA proteins. Recent studies have shown that DELLA proteins play an important role in plant stress response and are involved in the crosstalk between JA and GA pathways. However, the role of DELLA proteins in plant-insect interactions remains unclear. In this study, wild-type Arabidopsis, wild-type sprayed with GA and a quadruple-della Arabidopsis mutant (quad-della) were subject to herbivory by beet armyworm Spodoptera exigua caterpillars with either intact or impaired labial salivary secretions. Wild-type Arabidopsis, Arabidopsis + GA and the quad-della mutant showed a JA burst in response to herbivory. This was reflected in increased transcript levels of the JA-dependent gene markers, such as AtPDF1.2, AtLOX2 and AtVSP2. A caterpillar saliva-specific pattern of JA hormone levels (JA, JA-isoleucine, OPDA) were observed in the wild-type background but not in the quad-della mutant, suggesting that DELLAs are involved in plant response to caterpillar saliva, probably by mediating the crosstalk between JA- and salicylic acid (SA)-dependent pathways. Additionally, high constitutive expression of the SA pathway marker gene AtPR1 was observed in the quad-della mutant but not in wild-type Arabidopsis, which indicates that DELLAs play a role in maintaining the homeostasis of SA signalling by repressing its constitutive induction. / Les Jasmonates (JAs) font une partie importante dans la défense des plantes contre les herbivores. Certaines espèces de chenilles utilisent des effecteurs dans leur salive labiale pour supprimer l'induction de réponses de défense induites par les JAs. En revanche, l'activation de défense de la plante est associée au ralentissement de la croissance des plantes. La croissance des plantes est contrôlée par les gibbérellines (GA) et les répresseurs de la croissance, les protéines DELLA. Des études récentes ont montré que les protéines DELLA font partie de la réponse des plantes au stress et participent à la diaphonie entre les voies métaboliques du JA et GA. Cependant, le rôle des protéines DELLA reste incertain. Dans cette étude, Arabidopsis type sauvage, Arabidopsis type sauvage traités avec une pulvérisation du GA, et le mutant quadruple-della (quad-della) souffert des attaques par le herbivore Spodoptera exigua. Les chenilles sont normales ou avec les facultés affaiblies dans les glandes salivaires. Les trois groupes des plantes ont montré une explosion du JA en réponse aux herbivores. Cette réponse a été reflétée dans les niveaux de transcription des gènes dépendant de JA, comme AtPDF1.2, AtLOX2 et AtVSP2. Un motif spécifique à la salive des niveaux des hormones JA (JA, JA-isoleucine, OPDA) a été observé dans le type sauvage mais pas dans les mutants. Ce résultat suggère que DELLAs sont impliquées dans la réponse de la plante à la salive probablement par la médiation de la diaphonie entre les voies métaboliques du JA et du acide salicylique (SA). Ailleurs, une forte expression du gène AtPR1, qui est partie de la voie d'SA, a été observé dans le mutant quad-della. Ce résultat suggère que DELLAs sont impliquées dans l'homéostasie de la signalisation de SA en réprimant son expression constitutive.

Soybean contains a range of compounds with putative health benefits including isoflavones and tocopherols. A study was conducted to determine the effects on these compounds of high temperature stress imposed at specific development stages. Isoflavones and tocopherols response was the greatest when stress occurred during the R5-8 development stages (seed formation) and less during all other stages. Stress imposed at the R5-8 stages reduced total isoflavones concentration by an average of 85% compared to the control, while increasing α-tocopherol by as much as 752%. Another study was conducted to determine the effects of high temperature stress during the R5-8 plant development stages on the expression of four key genes (i.e., CHS7, CHS8, IFS1 & IFS2) involved in isoflavone synthesis. High temperature stress had a large effect on the expression of all genes in both seeds and pods; however, there was no correlation between gene expression and isoflavones concentration. / Le soja contient plusieurs composés ayant des effets bénéfiques sur la sante humaine. Une première étude a été réalisée afin de déterminer les effets d'un stress de haute température imposé à des stades de développement spécifiques sur ces composés. La réponse des isoflavones et des tocopherols a été maximale lorsque que le stress a été imposé durant les stades R5-8 (stades formation des grains) et durant tout les stades de développement, ces traitements réduisant la concentration en isoflavone total par 85% en moyenne lorsque comparé à un traitement contrôle, et augmentant la α-tocopherol par autant que 752%. Une deuxième étude a été réalisée afin de déterminer les effets d'un stress de haute température durant les stades R5-8 sur l'expression de quatre gènes clefs (i.e., CHS7, CHS8, IFS1 & IFS2) impliques dans la synthèse des isoflavones. Le traitement de stress a eu un important effet sur tous les gènes dans les gousses et les grains ; cependant il n'y avait pas de corrélation entre l'expression génique et les concentrations en isoflavones.

The second half of the 20th century saw widespread deployment of green-revolution agricultural technologies, some of which eventually proved to be environmentally problematic. To further improve crop yields more subtle interventions are now needed. Thuricin 17 (Th17) is a small protein produced by a rhizobacterium; it improves crop growth, particularly under stressful conditions. There is still much to learn regarding the commercial potential of Th17. Lipo-chitooligosaccharides (LCOs) cause plant growth promotion activity similar to Th17 and are now in the market place, however, Th17 has some clear advantages over LCOs (generally produces greater responses, faster and cheaper to produce, effective at lower concentrations). Thus, Th17 was compared with LCO application, in an effort to understand the potential of Th17 in crop production systems. A mix of controlled environment and field experiments were conducted on soybean and potato, and provided a clearer indication of the applied potential of Th17. Germination assays were conducted on soybean under growth chamber conditions, while both greenhouse and field trials were conducted on soybean and potato. Soybean germination assays conducted under both moderately- and severely-stressful low temperature conditions confirmed that the early growth enhancement response of both Th17 and LCO are greater under severely-low than moderately-low temperature stress conditions. Data were collected on growth and development variables of soybean; such as height, number of tri-foliate leaves, leaf area, dry weight of shoots, and number and dry weight of nodules. Besides this, data on number of pods and seeds per plant were also collected to determine effects on yield components. Greenhouse experiments showed that LCO treatment increased root biomass and Th17 treatment increased nodule weight. For potato, data were collected on yield (total number and for specific grades of tubers, including below market size, market size and above market size tubers). Both Th17 and LCO treatments had positive effects on the proportional increase in total and marketable yield under greenhouse and field condition. Collectively, these studies showed the potential to expand our understanding of the relatively recent and unexpected finding that Th17 and LCO effects interact with crop stress levels, and to apply this finding to allow increased production of soybean, potato, and eventually a wider range of crops, through the use of novel low-input technologies. / La seconde moitié du 20e siècle a été le siège d'un large déploiement de techniques issues de la révolution verte, à la longue certaines se sont révélées être problématiques pour l'environnement. Des changements plus subtils sont maintenant nécessaires pour continuer d'améliorer le rendement des cultures. La thuricine 17 (Th17) est une petite protéine produite par une rhizobactérie; elle améliore la croissance des cultures, particulièrement en conditions de stress. Il reste beaucoup à apprendre sur le potentiel commercial de la Th17. Les lipo-chitooligosaccharides (LCO) promeuvent la croissance des plantes d'une manière similaire à la Th17 et sont en vente sur le marché, par contre, la Th17 possède des avantages clairs en comparaison aux LCO (généralement plus efficace et à des concentrations plus faibles, plus rapide et moins coûteuse à produire). Donc, l'efficacité de la Th17 et des LCO ont été comparées, pour comprendre le potentiel de la Th17 en production agricole. Un mélange d'expériences en environnement contrôlé et en champ ont été réalisées sur la fève soya et la pomme de terre, et ont clarifiés le potentiel appliqué de la Th17. Des essais de germination ont été réalisés sur des fèves soya en chambre de culture, et des essais en serre et en champs ont été réalisés sur des fèves soya et des pommes de terre. Les essais de germination réalisés sous conditions de stress modéré et sévère de froid ont confirmé que l'amélioration du début de la croissance par la Th17 et les LCO est plus élevée sous stress sévère que modéré. Des données ont été récoltées sur des variables de croissance et de développement du soya telles que; la hauteur, le nombre de feuilles trifoliées, l'aire foliaire, le poids sec des pousses et le nombre et poids sec des nodules. De plus, des données sur le nombre de cosses et fèves ont été récoltées pour déterminer l'effet sur le rendement. Les expériences en serre ont montré que le traitement aux LCO augmente la biomasse des racines et que la Th17 augmente le poids des nodules. Pour la pomme de terre, des données de rendement ont été récoltées (nombre total de tubercules, de poids commercial mais aussi celles en dessous ou le dépassant). Les traitements de Th17 et LCO ont eu des effets positifs sur le rendement total de tubercules et sur celles de poids commercial, et ce, en serre comme en champs. Ensemble, ces études montrent le potentiel d'étendre nos connaissances au sujet de la découverte récente et surprenante que les effets de la Th17 et des LCO interagissent avec les niveaux de stress des cultures, et d'appliquer cette découverte pour permettre l'augmentation du rendement du soya, de la pomme de terre et plus tard d'une gamme plus large de cultures, via l'utilisation de technologies nouvelles à faible apport.

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Long exposure to low non-freezing temperatures accelerates flowering and triggers cold acclimation in winter wheat and barley. Cold tolerance is a complex but important trait that influences yield considerably. Brachypodium distachyon is an annual temperate wild grass species and is a powerful model to study grass biology, but the capacity of this plant to tolerate freezing is unknown. An integrated approach involving double ridge formation, final leaf number, and osmoprotectant content was used to confirm the growth habit and freezing tolerance ability of seven diploid Brachypodium distachyon accessions. In addition, expression analyses of orthologs of the major vernalization regulator VRN1 and COR genes including an antifreeze protein and a temperature-induced lipocalin (TIL) were conducted. Our results demonstrate that formerly classified spring accessions behaved more like facultative accessions by showing increased osmoprotectants and COR transcripts accumulation upon cold exposure. The confirmed winter accessions acquired vernalization saturation after 49 days and accumulated COR transcripts to higher levels although no significant difference was observed between the osmoprotectant content of spring and winter accessions. Transgenic lines overexpressing a TIL were also generated to increase the freezing tolerance capacity of the spring accession Bd21. This study validates Brachypodium distachyon as a valuable model system to study freezing tolerance in temperate cereals. / Les basses températures au-dessus de zéro accélèrent la floraison et déclenchent l'acclimatation au froid chez le blé et l'orge d'hiver. La tolérance au gel est un trait complexe et important qui influence les rendements considérablement. Brachypodium distachyon (Brachypodium) est une céréale annuelle de climat tempéré et un puissant modèle pour étudier la biologie des monocotylédones, mais les capacités de tolérance au gel de cette plante sont inconnues. Une approche intégrée impliquant la formation de la ride double, le nombre de feuilles final et la concentration d'osmoprotectants a été utilisée afin de confirmer l'habitude de croissance (de printemps ou d'hiver) et les capacités de tolérance au gel de sept cultivars diploïdes de Brachypodium. En parallèle, nous avons analysé l'expression des orthologues du principal régulateur de vernalisation VRN1 et des COR gènes incluant une protéine antigel et une lipocaline induite par la température (TIL). Nos résultats démontrent que les cultivars de printemps se comportent plutôt comme des cultivars facultatifs puisque leur contenu en osmoprotectants ainsi que les transcrits COR s'accumulent au froid. Les cultivars d'hiver ont atteint la vernalisation maximale après 49 jours au froid et ont accumulé plus de transcrits COR. Toutefois, aucune différence n'a été observée dans le contenu en osmoprotectants des cultivars de printemps et d'hiver. Afin d'augmenter la tolérance au gel du cultivar de printemps Bd21, des lignées transgéniques surexprimant une TIL ont été générées. Cette étude valide l'utilisation de Brachypodium comme modèle pour l'étude de la tolérance au gel chez les céréales de climat tempéré.

T-DNA and chemically mutagenized rice lines were used in a reverse genetic approach to investigate the role(s) of small RNA in rice, Oryza sativa L. T-DNA tagged lines of the RNA-dependent RNA polymerase 6 (Osrdr6) were homozygous lethal. However, a T-DNA line with disrupted expression of the gene encoding Suppressor of Gene Silencing3 (SGS3) and, also, a chemically mutagenized line with a single nucleotide polymorphism (SNP) in the intronic 2 region of this gene were characterized. Homozygous Ossgs3 mutant lines showed abnormal leaf curling. This suggests that these lines are hyperresponsive to auxin since they do not produce ta-siRNA, which is involved in the targeting and degradation of the Auxin Response Factor, leading to changes in leaf morphology. The homozygous Ossgs3 SNP mutant shows an increased sensitivity to the rice blast strain BNIII. This finding suggests that small RNA's, also, target and degrade fungal mRNA transcripts, decreasing pathogen virulence. / L'ADN-T ainsi que des lignées de riz chimiquement muté ont servi dans une approche de génétique inverse qui cherchait à élucider le(s) rôle(s) des petits ARNs du riz (Oriza sativa L.). La forme homozygote de l'ARN polymérase ARN-dépendante 6 (Osrdr6), étiquetée par ADN-T s'est avérée mortelle pour les lignées. Cependant, une lignée d'ADN-T avec une expression perturbée du gène encodant le «suppresseur du silençage génique» (SGS3) ainsi qu'une lignée chimiquement mutée avec un polymorphisme d'un seul nucléotide (SNP) dans la région intronique 2 de ce gène ont été caractérisées. Les lignées homozygotes Ossgs3 présentaient des feuilles anormalement bouclées. Le mutant homozygote SNP d'Ossgs3 présentait une sensibilité augmentée à la lignée BNIII du champignon pathogène du riz.

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