L’objectif de cette étude a été d’étudier le développement du système racinaire du clone d’Eucalyptus 1-41 au Congo. L’architecture du système racinaire a été abordée dans une chronoséquence. Elle a permis de définir une typologie composée de cinq catégories de racines assurant trois fonctions essentielles : l’exploration grâce aux racines latérales et pivotantes, l’exploitation du milieu assurée par un réseau de racines fines et la réexploitation du milieu, qui se fait par la mise en place tardive d’un système racinaire traçant. Tous ces types racinaires se mettent en place au cours du temps, grâce à une stratégie réitérative, qui permet au système racinaire de se déployer dans un volume important de sol. L’étude de la respiration racinaire a permis de paramétrer un modèle décomposant la respiration totale en des termes dépendants de la croissance, de l’entretien et de l’absorption minérale. Les paramètres de ce modèle ont ensuite été appliqués sur des données de biomasse et minéralomasse au champ afin d’estimer la respiration des racines fines à l’échelle du peuplement. Les résultats obtenus se rangent bien dans la gamme des mesures in situ au champ. L’étude de la production des racines fines a permis de mettre en évidence une forte variation des estimations en fonction des méthodes de prélèvement utilisées. Cependant l’estimation la plus réaliste donne un turnover racinaire de l’ordre de 4 an-1, impliquant un important retour d’éléments minéraux et de carbone dans le sol. Les résultats de cette étude offrent de bonne perspective pour développer un modèle architectural utile pour l’établissement des bilans de carbone, d’eau et de nutriments des plantations d’Eucalyptus au Congo. / The aim of this study was to study the development of the root system of the 1-41 clone of Eucalyptus in Congo. Root architecture was studied in an age serie stands. A root typology was proposed with five classes of roots and three main functions: soil exploration with both lateral and vertical roots, soil exploitation with a network of fine roots and re exploitation of the soil zone by late emitted roots. All of these root types appeared at all the studied stages because of reiterations that allow the root system to explore a large soil volume. The results of root respiration study were used to parameterize a root respiration model with root respiration partitioned between a growth component, a maintenance component and a nutrient absorption component. The model was then applied using field data of fine root biomass and nitrogen content of whole tree biomass to estimate fine root respiration of a Eucalyptus stand. The simulated value fits reasonably well with independent estimates of root respiration in this site. Estimations of fine root production and turnover were highly variable depending of the methods used. The more realistic one predicts a turnover of 4 year-1, i.e. a high recycling of carbon and nutrient by belowground litter. Results of this study offer promising perspective for developing an architectural model of root development and its use to establish carbon, water and nutrient budget in Congolese Eucalypt plantation.

Plus de la moitié des pertes de bois dans les forêts européennes sont dues aux tempêtes. Une connaissance des mécanismes impliqués dans la stabilité mécanique des arbres est alors capitale. L’ancrage de l’arbre dans le sol constitue l’une des composantes principales du maintien mécanique de l’arbre. Il est principalement déterminé par l’architecture du système racinaire et son interaction mécanique avec le sol. Au cours de son développement, l’arbre modifie ses dimensions et se complexifie. Plus particulièrement, le système racinaire semble s’acclimater (ex : croissance en diamètre plus importante) aux déformations engendrées par le vent. L’ensemble de ces modifications conduit à une évolution des mécanismes à l’origine de l’ancrage au cours du développement de l’arbre. L’étude expérimentale de cette fonction est compliquée car les racines sont difficilement mesurables en continu dans le sol. Nous avons alors mis au point une approche numérique pour décrire la croissance du système racinaire et la distribution des déformations dues au vent. Une grande base de données structurée en chronoséquence de systèmes racinaires numérisés (Pinus pinaster) a été mobilisée. Comme l’étude de la structure et des fonctions des racines est plus efficiente quand la différentiation entre racines est prise en compte, nous avons d’abord formalisé les types racinaires du système racinaire du pin maritime à partir d’une technique de classification (« k-means clustering ») réalisée avec quatre variables. La classification des racines latérales du pin maritime nous a permis d’identifier 5 types racinaires au cours du développement du pin maritime. Ce regroupement explique 70% de la variabilité de notre base de données. Chaque système racinaire est caractérisé par trois grosses racines horizontales émises par la souche. Les racines montrent une forte différentiation pour leur tropisme, avec une direction de croissance soit horizontale soit verticale. La structure de la partie centrale du système racinaire est pratiquement complète dès l'âge de 4 ans. Sur la base des types racinaires identifiés, nous avons calibré un modèle architectural (RootTyp ; Pagès et al. 2004) pour le pin maritime. Treize paramètres pour chaque type racinaire ont été estimés par l’intermédiaire de la base de données, d’informations issues de la littérature et d’une procédure d'optimisation. Une modélisation réaliste du système racinaire jusqu'à 50 ans n’a pu être obtenue qu'en implémentant au modèle RootTyp de nouveaux processus biologiques : la diminution de la ramification avec la croissance de la racine et la diminution de la vigueur des racines avec l'ordre de ramification. Malgré ces améliorations, les systèmes racinaires de la base de données présentent des diamètres plus importants à proximité de la souche par rapport aux systèmes racinaires simulés. Ce biais systématique est principalement attribué à l’acclimatation des racines au vent dominant. Les altérations de croissance dues aux contraintes pédologiques ont également été implémentées grâce à l’amélioration du module de sol du modèle architectural.Enfin, pour comprendre les mécanismes à l’origine de l’acclimatation des racines nous avons combiné plusieurs modèles pour prédire la distribution spatiale des déformations dans des maquettes simplifiées de systèmes racinaires à 4, 6 et 13 ans, pour trois régimes de vent spécifiques à la région étudiée. D’après les simulations, les déformations des racines sous l'effet du vent diminuent avec l’âge, en raison de l’augmentation de la rigidité des racines. Cela suggère une plus forte réponse thigmomorphogénétique aux stades jeunes. Les modifications structurelles et anatomiques du système racinaire par acclimatation au vent s’expliquent principalement par les distributions des déformations et des contraintes dans les racines. / Storms cause more than 50% of the timber loss in European forests. However, forest tree anchorage mechanisms throughout their lifespan are not fully understood, especially the strong acclimation of root systems to common winds. This lack of knowledge is mainly due to technical difficulties: neither the root structure nor the mechanical contribution of the roots could be characterized continually. Thus we set up a numerical approach to model the development of the root system and to describe the strains resulting from common winds. This generic approach has been developed using Pinus pinaster grown in sandy soils as model species.Seven datasets of excavated root systems from 0 to 50 years were employed. The assessment of root structure and functions is more powerful if the differentiation of root system in several root types is considered. We first proposed an automatic classification of roots with the k-means clustering algorithm. Four root traits were chosen as classifiers, including three geometric architectural traits, which can be precisely assessed whatever the tree/root age. Clustering yielded similar five groups of laterals roots at all ages, explaining 70% of the variability. The three largest lateral roots per tree were all horizontal roots branching from stump and the other lateral roots show a large differentiation for tropism: nearly all the roots were horizontal or vertical roots. The framework of the central part of the root system can be almost completed in 4-year-old trees (3.5 cm collar diameter). We then calibrated the existing RootTyp (Pagès et al. 2004) architectural model for P. pinaster for each of the root types defined by the cluster analysis. We used the database combined with a literature review and an optimization method to get accurate values for 13 parameters by root types. We devoted effort to validate our model calibration. In order to model architecture of the root system, damping properties had to be implemented to yield realistic outputs up to the mature stage. Branching varied as a function of distance from the root base, and growth capacity decreased with branching order. Nevertheless, the root diameters of simulated root systems were generally underestimated. This was certainly due to root growth plasticity to the prevailing wind, an acclimation facet not taken into account at this calibration step. Growth alterations due to a cemented horizon were reproduced using the new calibrated soil module. Then, the wind acclimation of roots was numerically investigated by examining the root mechanical stimuli due to wind. A chain of biomechanical models was used to predict the spatial distribution of stress and strain in simplified root systems at 4, 6 and 13-year-old as a result of three levels of usual winds. According to simulations, the strain amplitude decreased with tree growth due to the increasing root system stiffness. This suggests larger thigmomorphogenetic responses at young stages. The modifications of the structural and wood root properties related to wind acclimation were largely explained by the stress and strain distribution in the root system.

La culture de Légumineuses présente le double intérêt de permettre une production de graines à haute valeur nutritionnelle sans nécessité d’un apport d’engrais azoté. La nutrition azotée des légumineuses dépend en effet majoritairement de la fixation symbiotique de l’azote atmosphérique réalisée par des bactéries du sol, les rhizobia, au sein des nodosités, et dans une moindre mesure, de l’assimilation de l’azote minéral du sol par les racines.Une meilleure compréhension a été acquise sur le contrôle génétique de la mise en place des racines et des nodosités et sur leur impact sur la nutrition azotée. Une grande variabilité génétique pour ces caractères a été mise en évidence, ainsi que l’existence de corrélations génétiques entre eux. Une approche de génétique quantitative a permis d’identifier des régions génomiques pouvant être impliquées dans leurs variations. Deux pistes d’amélioration de la nutrition azotée ont aussi été étudiées : l’amélioration de l’acquisition d’azote par les racines à partir d’une étude détaillée d’un mutant de développement racinaire, et l’amélioration de la symbiose via l’étude de la capacité des pois à favoriser les associations symbiotiques avec les rhizobia les plus performants.Les résultats obtenus apportent des bases de réflexion concernant la conception d’un idéotype de nutrition azotée. Au-delà de la complémentarité indispensable entre les deux voies d’acquisition d’azote, il convient d’optimiser l’interaction entre les deux partenaires symbiotiques, mécanisme complexe mettant en jeu la formation et le fonctionnement des nodosités, en lien avec une signalétique et des interactions trophiques entre partenaires et intra-plante. / Grain legume pulse crops are of great interest to allow a production of seeds high nutritional value without any contribution of nitrate fertilizer. The nitrogen nutrition of legumes depends indeed mainly on the fixation in nodules of atmospheric dinitrogen through the plant-rhizobium symbiosis, and to a lesser extent, absorption by roots of soil mineral nitrogen.A better understanding has been obtained on the genetic control of the development of roots and nodules and on their impact on nitrogen nutrition. High genetic variability of these characters has been detected, and the existence of genetic correlations between them demonstrated. A quantitative genetic approach has identified several genomic regions that may be involved in their variations. The two different ways to improve nitrogen nutrition were also studied: the improvement of nitrogen acquisition by roots through a detailed study of a root architecture mutant, and the improvement of symbiosis via the study of the ability of peas to promote symbiotic associations with the most effective rhizobia.The results provide interesting bases for the design of a pea nitrogen-nutrition ‘ideotype’. Beyond the essential complementarity between the two pathways of nitrogen acquisition, it is necessary to optimize the interaction between the two symbiotic partners, which is a complex mechanism involving nodules formation and functioning in connection with complex signaling and trophic interactions between the partners and intra-plant.

Les peuplements mélangés font l'objet d'un intérêt croissant de la part des gestionnaires forestiers, résultant d'une part de la diversité de leurs fonctions, et d'autre part, de l'idée générale selon laquelle les forêts mélangées seraient plus résistantes et résilientes aux événements extrêmes. Dans ce contexte, l'objectif principal de ce travail est de caractériser la diversité fonctionnelle de la gestion de l'eau d'un jeune peuplement mélangé, notamment en condition de sécheresse. L'étude s'est orientée sur (i) la description de la réponse des arbres à la sécheresse à l'aide de mesures de flux de sève et potentiels hydriques de base, (ii) la caractérisation de l'absorption de l'eau au travers d'études de morphologie racinaire et d'expérimentations de marquages isotopiques (deutérium et 18O) et (iii) la vulnérabilité à la cavitation des différentes espèces et son contrôle par les stomates. L'étude de la croissance radiale des arbres, de leur phénologie ainsi que celle de l'efficience d'utilisation de l'eau ont également été abordées. L'ensemble de ces mesures a permis, grâce à une analyse en composantes principales, de mettre en évidence un partage spatial (enracinement plus ou moins profond) et temporel (phénologies décalées dans la saison) de la ressource en eau et de définir différentes stratégies d'utilisation de l'eau au sein du peuplement. A l'échelle du peuplement, cette diversité fonctionnelle se traduit par une complémentarité de l'utilisation des ressources hydriques du sol et par des mécanismes de facilitation (« ascenseur hydraulique ») avec un avantage certain pour les peuplements mixtes par rapport aux peuplements monospécifiques. / In regard to the various functions of forests and considering the general idea that mixed stands would be more resistant and resilient to disturbances, those stands are more and more promoted than pure stands. In such a context, characterize co-occurring species behaviour and define the possible interaction between them appeared to be necessary. The main objective of this work was to characterize the functional diversity in water uptake and regulation in a young broad leaved mixed forest, particularly under drought conditions. The study was focused on (i) drought response of the species from sap flow and predawn leaf water potential measurements, (ii) water absorption through two-dimensional root distribution and labeling experiments (using deuterium and 18O) and (iii) vulnerability to cavitation of the different species and its protection through stomatal regulation. Radial growth, phenology and water use efficiency were also taken into account in this analysis. A principal component analysis highlights a spatial and temporal partitioning of water resource and underlines contrasted tree water use strategies among co-occurring species. At stand level, this functional diversity results in complementarity soil water use and facilitation mechanism (hydraulic lift) that benefits to mixed in comparison to pure forest stands.

Le genre Chenopodium comprend environ 150 espèces réparties sur l'ensemble du globe et établies dans une large gamme de milieux. En Amérique du Sud, différentes espèces, cultivées comme C. quinoa Willd. et C. pallidicaule Aellen, ou sauvages comme C. hircinum Schrader, sont distribuées sur des gradients pédoclimatiques allant du niveau de la mer au Chili, jusqu'à plus de 4000 m d'altitude sur l'altiplano boliviano-péruvien, sur des sols plus ou moins profonds et riches en nutriments, et sous des climats allant du tropical humide jusqu'au froid aride. Ces espèces sont phylogénétiquement apparentées, et on admet généralement que C. quinoa a été domestiqué à partir de C. hircinum et qu'une partie de son génome proviendrait de C. pallidicaule. Leur large distribution dans des écosystèmes naturels ou agricoles et leur plus ou moins grande tolérance aux contraintes du milieu, font de ce groupe d'espèces un modèle intéressant pour examiner la diversité des réponses des plantes, notamment face à la faible disponibilité en eau dans le sol. La totalité de l'eau nécessaire à la vie de ces plantes passant par le système racinaire, nous nous sommes intéressés aux variations intra- et interspécifiques de l'architecture et de la croissance des racines et à leurs réponses au déficit hydrique, en faisant l'hypothèse que les plantes provenant d'un milieu aride ou d'un système de culture à faible usage d'intrants, ont développé des traits racinaires qui leurs permettent d'accroître l'acquisition des ressources du sol. Pour tester cette hypothèse nous avons comparé la croissance et le développement racinaire de plantes de deux écotypes de C. quinoa de régions plus ou moins arides, et de populations de C. pallidicaule et de C. hircinum, placées dans des conditions de culture contrôlées non limitantes ou déficitaires en eau, en pots et en rhizotrons. Les principaux résultats de ce travail de thèse montrent que, malgré de grandes différences dans la production de biomasse et la morphologie aérienne, les populations étudiées présentent toutes la même typologie racinaire. Elles diffèrent entre elles par plusieurs traits d'architecture et de morphologie racinaire qui déterminent la capacité d'exploration et d'exploitation des ressources du sol. Certains de ces traits, comme la vitesse d'élongation de la racine principale, présentent une grande plasticité de réponse au déficit hydrique. D'autres traits, comme la longueur spécifique des racines, sont moins plastiques mais présentent des différences interspécifiques importantes. Ces variations de l'architecture des plantes forment des syndromes adaptatifs favorisant la survie des plantes dans les milieux les plus contraignants. Mots clés : Chenopodium quinoa, Chenopodium hircinum, Chenopodium pallidicaule, système racinaire, architecture racinaire, topologie racinaire, ontogénie, rhizotron, élongation racinaire, analyses de croissance, espèces cultivées, espèces sauvages, croissance racinaire, morphologie racinaire. / The genus Chenopodium comprises about 150 species distributed all around the world and over a wide range of environments. In South America, differents species, either cultivated as C. quinoa Willd. and C. pallidicaule Aellen, or wild as C. hircinum Schrader, are distributed over pedoclimatic gradients from the sea level in Chile, up to an altitude of 4000 m in the altiplano of Bolivia and Peru, on soils more or less thick and rich in nutrients, and under climates from tropical humid to arid and cold. These species are phylogenetically related, and it is generally admitted that C. quinoa was domesticated from C. hircinum and that part of its genome comes from C. pallidicaule. Their wide distribution in natural and crop ecosystems and their more or less strong tolerance to environmental constraints, make this group of species an interesting model for examining the diversity of responses of the plants, in particular facing a low disponibility of resources in the soil. As all the water necessary for the life of the pass through the root system, we focused our interest in the intra- and interspecific variations in the root growth and architecture, and their responses to the water deficit, with the hypothesis that plants from arid habitats or from low-input agrosystems, developed root traits that allowed them to increase the acquisition of resources in the soil. To test this hypothesis we compared the root growth and development in plants of two ecotypes of C. quinoa from more or less arid regions, and of populations of C. pallidicaule and C. hircinum, placed under non-limiting or water deficit growth conditions, in pots and in rhizotrons. The main results of this research show that, despite large differences in biomass production and morphology of the aerial plant part, the studied populations showed the same root typology. They differed by several traits of root architecture and morphology which control the capacity of the plant to explore and exploit the soil resources. Some of these traits, such as the taproot elongation rate, showed a high plasticity in response to the water deficit. Other traits, like the specific root length, were less plastic but showed large interspecific differences. These variations in plant root architecture conforms adaptive syndromes that favor the plant survival in the most limiting environments. Key words : Chenopodium quinoa, Chenopodium hircinum, Chenopodium pallidicaule, root system, root architecture, topological index, ontogeny, rhizotron, root elongation, plant growth analysis, cultivated species, wild species, root growth, root morphology.

Le cadmium (Cd) est naturellement présent dans les sols qui sont aussi enrichis par l'activité humaine. Le Cd contamine les produits végétaux alimentaires car il est absorbé par les racines des plantes. Elément toxique pour les organismes vivants, les concentrations dans les produits consommés sont soumises aux règlementations pour l’alimentation humaine et animale. Il est donc nécessaire de comprendre le transfert sol-organe consommé du Cd, spécialement pour le tournesol (Helianthus annuus L.), notre plante modèle, pouvant accumuler plus de Cd que d’autre plantes cultivées. Ce travail a testé l'hypothèse que la quantité de Cd absorbée par le système racinaire du tournesol était liée à l'architecture de ce dernier. Nous avons caractérisé au niveau des racines individuelles une variation longitudinale de l’influx d'absorption du Cd2+ en lien avec le milieu de culture, l'ordre et l'âge des racines. Ces variations ont été attribuées à la dynamique de développement des barrières apoplasmiques (dépôts de cellulose lignine et subérine) qui limitent l'internalisation du Cd2+ dans le cytoplasme cellulaire. Par simulation, il a été montré que ces variations pouvaient théoriquement impacter l'absorption totale de Cd2+ en fonction de l'architecture racinaire en hydroponie mais beaucoup moins sur substrat solide (sable). En outre, une comparaison de 14 cultivars de tournesol cultivé en hydroponie a montré que la variabilité des teneurs en Cd dans les parties aériennes était plutôt liée à des différences d'absorption indépendantes de l'architecture racinaire et à des variations de répartition dans la plante. Les variations longitudinales d'absorption du Cd peuvent alors être considérées comme mineures face à des variations inter-cultivars dont l'origine reste à élucider. Dans une optique de modélisation du prélèvement total en conditions de sol, il serait alors possible de ne considérer qu’un influx moyen de Cd pour la totalité du système racinaire indépendamment de son architecture / Cadmium (Cd) is naturally occurring in soils that are also enriched by human activity. Cd contaminates food crops because of its absorption by plant roots. Because it is a toxic element for living organisms, its concentrations in food and feed plant products are subjected to regulatory limits. Therefore, it is necessary to understand the transfer of this metal from the soil to the edible plant part, especially for sunflower (Helianthus annuus L.), our model plant that can accumulate more Cd than other crop species. This study tested the hypothesis that the amount of Cd absorbed by sunflower was related to the root architecture. We characterized, at the individual roots level, a longitudinal variation of the influx of Cd2+ absorption in relation with the culture medium, the order and the age of roots. These variations were attributed to the development of apoplastic barriers (cellulose, lignin and suberin deposition) that restrict the absorption of Cd2+ into the cytosol. By simulation, it has been shown that these variations could theoritically impact the total absorption of Cd2+ in hydroponics depending on the root architecture while in solid substrate (sand) the impact was much more limited. Furthermore, a comparison of 14 sunflower cultivars showed that the variability in Cd concentrations in shoots was rather due to differences in absorption independent of root architecture and in variations in the root to shoot distribution. The longitudinal variation in the Cd root influx can then be considered of minor importance compared to the between cultivar variability in Cd uptake, the origin of which remains to be determined. In the perspective of modelling the total uptake of Cd in soil conditions, it could then be possible to assume a global mean influx of Cd independent of the root architecture

Le système racinaire des arbres peut établir des symbioses ectomycorhiziennes (ECM) avec des champignons rhizosphériques. La mise en place de la symbiose est accompagnée d'une stimulation de la formation des racines latérales (RLs), et d'une modification de la croissance racinaire. Ces processus développementaux conduisent à la formation de racines courtes typiques des ECMs. Il a été montré que l'auxine est une phytohormone clef dans la formation des RLs ainsi que dans la croissance racinaire. Notre projet s'est focalisé sur l'étude de la régulation des voies de l'auxine dans la racine de peuplier en réponse à L. bicolor. Dans cette étude, nous avons mis en évidence un arrêt de croissance des RLs et des racines adventives du peuplier Populus tremula x P. alba, après deux semaines de co-culture avec L. bicolor. De plus, nous avons aussi montré que cet arrêt n'est pas conditionné par la présence du réseau de Hartig. Une analyse de l'expression globale des gènes de peuplier dans la mycorhize a été réalisée au cours de la formation de la mycorhize. Cette analyse, couplée à des observations du gradient auxinique via le patron d'expression du promoteur DR5, montre que la signalisation auxinique est affectée dans l'organe symbiotique. La quantification de l'auxine (acide indole 3-acétique, AIA) et des métabolites associés a permis de mettre en évidence un environnement symbiotique riche en auxine dans la mycorhize, qui pourrait expliquer les modifications de la signalisation auxinique. De plus, un changement de la conjugaison et de la dégradation de l'AIA est détecté dans la racine, ainsi qu'une dégradation de l'AIA dans les hyphes de L. bicolor. En parallèle, une analyse fonctionnelle de PtaPIN9, un orthologue de AtPIN2, responsable du transport basipète de l'auxine à l'apex racinaire chez Arabidopsis thaliana, a été réalisée au cours de la mycorhization avec L. bicolor. L'immunolocalisation de PtPIN9 dans les racines de peuplier a montré une localisation similaire à AtPIN2, dans les cellules épidermiques. Les lignées transgéniques ayant une modification de l'expression de ce gène ne répondent pas à L. bicolor en terme de stimulation de RLs. Dans les racines mycorhizées, PtaPIN9 n'est plus observée, mais les modifications de l'expression de PtaPIN9 ne modifient ni l'arrêt de croissance racinaire, ni la formation du réseau de Hartig. Ces résultats montrent des modifications majeures des voies de l'auxine du peuplier par le champignon symbiotique L. bicolor. Cette étude ouvre des perspectives sur la compréhension du rôle de l'auxine dans le développement racinaire ainsi que dans le contexte des interactions plantes-microorganismes / Root systems of host trees are known to establish the ectomycorrhizal (ECM) symbiosis with rhizospheric fungi. This mutualistic association leads to modifications of root development that including a stimulation of lateral host roots, and a modification in root growth. The phytohormone auxin (Indole-3-acetic acid, IAA) is known to regulate LRs formation and root growth. Our research focussed on auxin pathways in poplar root in response to L. bicolor. In this study, our data showed that the poplar-Laccaria bicolor interaction leads to the arrest of LRs and adventitious root growth after two weeks of interaction. We also showed that this arrest is not regulated by the Hartig net. Differential auxin responses were analyzed by using an auxin-responsive DR5::GUS marker line and revealed a loss of auxin response in ECM roots. An oligoarray-based transcript profiling of poplar roots in contact with L. bicolor highlights a differential expression of auxin asociated genes in ECM. Measurement of auxin metabolite in ECM and in the free living partners revealed an IAA accumulation, an activation of the IPyA (Indol-3-Pyruvic Acid) dependant IAA biosynthesis pathway in both partners, as well as changes in IAA conjugation pathways in poplar and in IAA degradation pathways in L. bicolor. Our findings illustrate the impact of L. bicolor colonization on root auxin metabolism and response, and also suggest a role of auxin as a signal in the formation of ECM and in the regulation of ECM function. In parallel, PtaPIN9 function analysis in response to L. bicolor has been performed. PtaPIN9 immunolocalization in poplar roots showed similar localization to AtPIN2 in epidermis cells. Transgenic lines having a modification in PtaPIN9 expression, did not formed new LRs in respond to L. bicolor. In ECM roots, the loss of PtaPIN9 signal is observed but modifications of PtaPIN9 expression did not modify the root growth arrest and the Hartig net formation. These results show major changes in auxin associate pathways in poplar root by the symbiotic fungus L. bicolor, during the formation of the mycorrhiza root. Our results offer perspectives on the role of auxin in root development and in the context plants-microbes interactions

Les tempêtes sont responsables de la moitié des dégâts dans les forêts européennes. Lemassif landais a été touché par deux tempêtes. L’ancrage racinaire est une composante majeure de la stabilité des arbres. L'ancrage du pin adulte est dépendant du développement des racines au stade jeune puisqu’elles ne fourchent pas spontanément et ne possèdent pas d’axes à développement retardé. Notre but était de mettre en relation architecture racinaire, stabilité et itinéraire sylvicole. Nous avons mesuré et analysé de façon innovante l'architecture racinaire d'arbres âgés de 3 à 5 ans et de 13 ans ayant subi une tempête. Le pivot des arbres de 13 ans ne représente que 12% de la biomasse racinaire mais reste le composant majeur de la stabilité. Un ancrage efficace est assuré par un pivot vertical unique, petit et large ou long et fin, par le volume des racines profondes et par la rigidité des racines traçantes. Le maintien du tronc est uniquement lié à la rigidité de la partie centrale du système racinaire. La fonction d’haubanage des racines traçantes est faible. La taille du plus grand secteur sans racine traçante auvent et sous le vent tout comme une microtopographie importante au vent n’interviennent pas dans la stabilité. Au stade jeune, les arbres plantés présentent de nombreuses déformations des racines traçantes,déformations qui les redistribuent au hasard tout autour de la souche avant d’être rapidement incluses par la souche en croissance. Le développement du pivot est en général correct. Les différents types de labour n’impactent pas l’architecture racinaire. Les racines traçantes suivent la surface du sol et peuvent être coupées lors des entretiens de la strate basse. / Storms account for half of the damages in European forests; the Landes forest has beenheavily damaged by two major storms. Root anchorage is a major element in tree stability. The root anchorage of mature pine is strongly linked with the root development in seedlings as this species donot spontaneously fork and do not grow delayed branches. The aim of our research was to link rootarchitecture, stability and stand management practices. We measured and analyzed in an innovative way the root architecture of 3-5-year-old trees as well as 13-year-old trees from stands damaged by astorm.The 13-year-old trees, taproot only represented 12% of root biomass but still remained the maincomponent of stability. An efficient anchorage was provided by a unique vertical taproot, short andlarge or long and thin, together with a larger deep root volume. Windward shallow roots stiffness alsocontributed to stability. Stem leaning was solely prevented by the stiffness of the central part of theroot system. The guying of shallow roots did not contribute to stability. The size of the largest anglebetween shallow roots windward and leeward was not related to stem leaning. Similarly, a largerfurrow leeward did not weaken tree stability.Planted seedling show large deformations of their shallow lateral roots, randomly distributed around the stump before being later included in the growing stump. The taproot growth was generally correct. Root architecture of trees after strip ploughing was not different from those of full ploughing. Theshallow roots follow the soil surface and can be cut during mechanical weed control.

La Chine est actuellement confrontée à de sérieux problèmes environnementaux et est listée parmi les pays qui contribuent le plus à la pollution et à la destruction de l'environnement mondial. En particulier, la Chine du Sud est une zone naturellement sujette aux glissements de terrain à cause de conditions tectoniques, climatiques et anthropiques particulièrement défavorables. Depuis la fin des années 1990, l'Etat chinois a mis en place des politiques de reforestation de grande envergure. mais il existe des lacunes de connaissances qu'il convient de combler. En particulier, le choix des espèces les plus adaptées n'est pas aisé parce que les processus par lesquels les plantes stabilisent les pentes ont besoin d'être mieux compris.En introduction, afin de mieux préciser les périmètres qui cadrent cette thèse, sont présentées la situation de la Chine du Sud au regard des glissements de terrain, la discipline d'éco-ingénierie et les solutions qu'elle peut apporter. Ainsi, ce travail (i) se concentre sur des espèces végétales locales, (ii) se limite aux glissements de terrain superficiels, et (iii) concerne à la fois les processus mécaniques et hydriques entre le sol et les racines. A l'intérieur de ces cadres, la thèse a pour objectif de répondre à la question scientifique : quels sont les propriétés racinaires qui influencent la stabilisation des pentes ? La réflexion est ensuite appliquée aux plantes de Chine du Sud afin d'identifier les meilleures espèces-outils. Pour répondre à cette question, à la fois les données de terrain (en Chine du Sud), les expériences de laboratoire (en France) et la formulation de concepts sont mobilisées. Les résultats sont organisés en deux chapitres. Le premier pose la question de l'efficacité de la présence de racines pour stabiliser les pentes, tous d'abord sous l'angle des processus mécaniques, puis sous l'angle des processus hydriques. Le deuxième chapitre permet d'identifier un panel de traits pertinents et non redondants évaluant l'efficacité d'une espèce pour la stabilisation des pentes puis s'appuie sur ce panel afin de sélectionner les espèces chinoises les plus efficaces. Enfin, la discussion aborde les limites de ce travail et propose de nouvelles pistes de recherche.Du point de vue mécanique comme du point de vue hydrique, c'est la conjonction des effets des racines de structure et des racines fines qui importe. Les racines de structure sanas racines fines ne sont pas optimales et peuvent même faire apparaître des lignes de fragilité. Plus précisément, les racines de structure sont particulièrement bienvenues vers l'aval de la pente pour des raisons à la fois mécaniques et hydriques. Les racines fines seules ne sont pas optimales non plus, elles peuvent faire apparaître localement des zones de faiblesse qui, si elles sont proches, participeront au déclenchement d'un glissement de terrain. Des ramifications racinaires denses améliorent la stabilité mécanique. Orientées vers l'aval de la pente, elles améliorent la stabilité hydrique. Les autres traits racinaires pertinents pour évaluer l'efficacité des racines à stabiliser le sol sont la contrainte et la déformation maximale en tension, la concentration en azote et la concentration en sucres solubles.

Les bactéries rhizosphériques stimulatrices de croissance (PGPR) du genre Azospirillum sont utilisées commercialement pour leur capacité à stimuler la croissance et à augmenter le rendement des céréales via une relation associative complexe et peu comprise. L'objectif de cette étude a été d'utiliser les outils modernes de la métabolomique pour caractériser les mécanismes biochimiques activés par la souche A. lipoferum CRT1 chez son hôte, le maïs.L'analyse des contenus phytochimiques des racines, feuilles et sève ascendante a suggéré pour la première fois l'importance de la communication racine-feuille et des sucres simples dans l’augmentation de croissance et du potentiel de conversion photochimique de jeunes plantules par A. lipoferum CRT1. Une analyse transcriptomique a révélé un impact modéré au niveau des racines et des modifications de nombreux nœuds régulateurs des processus biologiques cellulaires des feuilles, dont ceux contrôlés par les auxines et l’acide abscissique. Des essais agronomiques conduits deux années consécutives sur quatre sites ont indiqué que l'augmentation de rendement par A. lipoferum CRT1 dérivait d’une sécurisation de la germination lors de stress environnementaux précoces et non de modifications des métabolomes (dont ceux liés à la nutrition azotée et phosphorée), de la croissance et du potentiel photosynthétique des plantules, des modifications qui étaient par contre liées aux contextes pédo-climatiques. La sécurisation de la germination était due à une accélération de la sortie de la radicule et de la consommation des sucres simples, et molécules apparentées, de la graine / Plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR) of the genus Azospirillum are used commercially for their capacity to stimulate the growth and enhance the yield of cereal crops via an intricate, complex and poorly understood associative relationship. The aim of this study was to use modern metabolomics tools to decipher the biochemical mechanisms activated by A. lipoferum CRT1 in its maize host.The analysis of the phytochemical contents of roots, leaves and ascending sap revealed for the first time the importance of root-to-shoot communication and of simple sugars in the enhancement of growth and photochemical conversion potential of young plantlets by A. lipoferum CRT1. A transcriptomic analysis showed moderate impact on roots and a coordinate modulation of several regulatory nodes of cellular biological processes, including some mediated by auxins and abscissic acid. Agronomic field trials conducted two consecutive years in four sites correlated yield enhancement by A. lipoferum CRT1 to the securing of seed germination during environmental stresses. No correlation was found with modifications of plantlets metabolomes (including those linked to nitrogen and phosphorus nutrition), growth and photochemical conversion potential which were found to depend on additional soil and climate cues. Germination securing was due to a speeding of radicule emergence and of seed simple sugars consumption