Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les plantes à fleurs se caractérisent par une diversification rapide au cours de l’évolution des plantes à graines, en partie grâce à l'émergence de la structure florale. L’étude des phénotypes tératologiques se présente comme un outil important pour mieux comprendre l’apparition et le maintien des innovations florales. Le genre Delphinium L. appartient à la famille des Ranunculaceae, une des premières familles ayant divergé parmi les Eudicotylédones (clade le plus diversifié au sein des Angiospermes) et présentant une grande diversité florale.Dans un premier temps, nous avons réalisé une étude phylogénétique, morpho-anatomique et pollinique de l'espèce Delphinium turcicum (H.Duman, Vural, Aytac & Adiguzel) Espinosa, espèce endémique turque connue depuis plus de 20 ans dans la nature et présentant des déviations par rapport à la fleur typique du genre Delphinium. Cette étude nous a permis de comprendre l'organisation de la fleur de cette espèce ainsi que de mettre en évidence des modifications de symétrie, du type d'organes formant le périanthe, et du développement des éperons. Des anomalies dans le développement des organes floraux, potentiellement liées à des modifications dans l'expression des gènes responsables de l'établissement de l'identité florale, sont à l'origine de ce phénotype particulier. Dans un deuxième temps, nous avons réalisé une étude de la morpho-anatomie florale de cultivars, organismes présentant des variations florales importantes issues d’une sélection artificielle, des genres Delphinium L. et Aquilegia L. (ce dernier appartenant également aux Ranunculaceae et un des genres modèles pour les études évo-dévo). Cette étude nous a permis d'identifier les étapes cruciales du développement floral pendant lesquelles ces variations prennent place. Chez les deux genres nous avons trouvé que la symétrie florale et la phyllotaxie sont conservées, tandis que l'organisation florale et la vascularisation de la fleur sont modifiées par rapport à la morphologie des fleurs typiques. La plupart des déviations morphologiques et anatomiques se situent au niveau du périanthe, et concernent notamment le nombre et l'identité des organes qui le forment. Nous avons émis l'hypothèse que les phénotypes floraux des cultivars d'Aquilegia L. et Delphinium L. résultent d'altérations génétiques affectant la taille du méristème, les frontières entre les organes d'identité différente, l'organogenèse et le développement des structures nectarifères. Dans un troisième temps, une recherche historique sur la taxonomie du genre Delphinium L. a permis de mettre en évidence les possibles ambiguïtés induites par les variations florales au sein du genre. L'inclusion de l'espèce D. turcicum dans le genre Delphinium requiert d’amender la description du genre afin d'inclure les particularités florales de l'espèce.Cete thèse permet de mettre en évidence les étapes cruciales du développement pendant lesquelles les variations morphologiques prennent place, ainsi que de viser les gènes potentiellement à l'origine de ces variations chez une espèce sauvage et chez des variétés issues d’une sélection artificielle. Ces nouvelles informations permettront d'orienter des études en évo-dévo visant la compréhension de l'évolution florale au sein des Angiospermes. / In the evolution of seed plants, flowering plants are characterized by an especially rapid, partly due to the emergence of the floral structure. The study of teratological phenotypes is an interesting tool to better understand the origin and maintenance of floral innovations. The genus Delphinium L. belongs to the family Ranunculaceae, one of the earliest-diverging families among Eudicots and characterized by an outstanding floral.First, we carried out phylogenetic, morphological, anatomical and palynological studies of Delphinium turcicum (H.Duman, Vural, Aytac & Adiguzel) Espinosa, a Turkish endemic species known for more than 20 years in the wild and presenting unusual floral features. This study allowed us to understand the organization of the flower of this species, as well as to characterize the deviations to the typical morphology (modification of symmetry, of the type of organs composing the perianth and of the spur development). Changes in floral organ development, possibly related to changes in the expression of genes involved in floral identity, are responsible for this particular phenotype. Second, I carried out a morphological-anatomical study of cultivars (organisms with major floral variations resulting from artificial selection) of the genera Delphinium L. and Aquilegia L. (the latter belongs to Ranunculaceae and has been proposed as model genus for evo-devo studies). This study allowed me to identify the crucial stages of floral development where morphological variations take place. In both genera, floral symmetry and phyllotaxis were found to be conserved, while flower arrangement and vascularization were altered with respect to the typical flower morphology. Most morphological and anatomical deviations affect the perianth, especially on the number and identity of the organs. We hypothesized that the floral phenotypes of the cultivars of Delphinium L. and Aquilegia L. result from genetic alterations affecting meristem size, boundaries between sets of organs of different identity, organogenesis and development of nectariferous structures. Third, a historical research on the taxonomy of the genus Delphinium L. highlighted the taxonomical ambiguities induced by the floral morphological variations recorded within the genus. The inclusion of the species Delphinium turcicum implies amending the genus description in order to include the floral features of the species.This thesis, through the study of a wild species and of varieties undergoing artificial selection, allowed to highlight the crucial developmental stages during which the morphological floral variations take place, as well as to target the genes possibly responsible for these variations. These results will guide future evo-devo studies aiming at understanding floral evolution within angiosperms, and better understand the evolution of angiosperms as a whole.

L’orme, un arbre très apprécié pour le paysagisme urbain, est menacé par des champignons ophiostomatoïdes causant la maladie hollandaise de l'orme (MHO). Dans le xylème de l’orme, ces champignons se répandent passivement grâce à leurs cellules levuriformes bourgeonnantes et se servent de la forme mycélienne pour progresser dans les vaisseaux non infectés. Ce dimorphisme pourrait faciliter la colonisation de l’hôte, ce qui indique une possible liaison avec la virulence. Plusieurs stimuli affectent le dimorphisme, y compris des inhibiteurs de lipoxygénases. Les lipoxygénases (Lox), ainsi que les cyclooxygénases (Cox) sont des dioxygénases qui catalysent la formation d’oxylipines à partir d’acide gras. Ces molécules modulent le développement fongique et agissent possiblement dans le dimorphisme et la virulence des Ophiostoma. L’objectif de cette thèse est d’analyser le dimorphisme des agents de la MHO et vérifier si cette transition et la pathogénie sont modulées par des gènes qui encodent des enzymes du groupe des dioxygénases. Nous avons examiné l’effet de différents stimuli sur le dimorphisme des souches d’ophiostomatoïdes qui causent la MHO. Nous avons aussi vérifié si l’acide linoléique induit la transition de levure-mycélium et la formation de structures de reproduction chez ces agents. Également, nous avons identifié et caractérisé des gènes qui encodent des dioxygénases chez les génomes d’O. novo-ulmi H327 et d’O. ulmi W9. De plus, nous avons produit une souche Δppo1 d’O. novo-ulmi pour explorer la fonction de ce gène. Cette transition est probablement modulée par différents mécanismes et voies car la réponse à la manipulation de stimuli variait selon la souche analysée. L’acide salicylique, inhibiteur de cyclooxygénases, réduit la production de mycélium chez les souches testées. Néanmoins, l'acide linoléique a stimulé la formation de mycélium ainsi que la production des structures de reproduction. Aucun gène lox mais deux gènes cox sont présents dans les génomes d’O. novo-ulmi H327 et d’O. ulmi W9. Selon nos résultats, un de ces gènes cox (gène ppo1 ou g7173) ne semble pas lié à la virulence ni aux fonctions essentielles du cycle de vie d’O. novo-ulmi. Toutefois, les mutants Δppo1 produisent moins de mycélium que les souches sauvages en milieu liquide contenant de l’arginine. D’après nos résultats, les cyclooxygénases pourraient être liées au dimorphisme des agents de la MHO. / Elm trees, which are valued for urban landscaping, are threatened by ophiostomatoid fungi causing Dutch elm disease (DED). These fungi are transported passively in the elm xylem as yeast-budding cells and switch to the mycelial form to progress in uninfected vessels. This dimorphism may facilitate colonization of the host, which indicates its possible association with fungal virulence. Several stimuli affect dimorphism, among them lipoxygenase inhibitors. Lipoxygenase (Lox) and cyclooxygenase (Cox) are dioxygenases which catalyze oxylipins from fatty acids. These molecules modulate fungal growth and are possibly involved in dimorphism and virulence in Ophiostoma. The objective of this thesis was to analyze dimorphism of DED agents and verify whether this transition and pathogenesis are modulated by genes that encode dioxygenase enzymes. The effect of different stimuli on dimorphism was examined in ophiostomatoid strains that cause DED. I also verified if linoleic acid induced transition from yeast to mycelium and production of reproductive structures in these agents. In addition, I identified and characterized genes that encode dioxygenases in genomes of O. novo-ulmi H327 and O. ulmi W9. Finally, I produced a Δppo1 strain of O. novo-ulmi to determine the function of this gene. This transition is probably modulated by different mechanisms and pathways since the response to the manipulation of stimuli varied according to the strain analyzed. Salicylic acid, a cyclooxygenase inhibitor, reduced mycelial production in the strains tested. However, linoleic acid stimulated the production of mycelia and reproductive structures. No lox gene but two cox genes are present in the genomes of O. novo-ulmi H327 and O. ulmi W9. According to our results, one of these cox genes (gene ppo1 or g7173) does not seem related to the virulence or essential functions of the O. novo-ulmi life cycle. Nonetheless, the Δppo1 mutants produced less mycelia in liquid medium with arginine compared to the wild-type. As observed with these data, cyclooxygenases could be related to dimorphism of DED agents.

Les arbustes éricacées sont réputés pour nuire à la croissance de l’épinette noire (Picea mariana (Mill.) [B.S.P.]) par une forte compétition pour les ressources. L’ouverture de la voûte forestière par la coupe peut intensifier cette compétition et mener à l’envahissement des plantes éricacées. L’objectif de ce projet de recherche était d’expliquer, par l’évaluation de la réponse des traits fonctionnels, le potentiel d’envahissement des éricacées et la stagnation de la croissance de la régénération naturelle d’épinette noire après coupe dans le domaine de la pessière noire à mousses de l’est. Le premier volet de la thèse démontre que le thé du Labrador (Rhododendron groenlandicum [Oeder] Kron & Judd) s’acclimate rapidement à l’augmentation de lumière causée par la coupe, spécialement dans les coupes les plus intenses, par des modifications physiolgiques. De son côté, les traits morphologiques de l’épinette noire n’ont pas répondu au changement d’environement créé par la coupe, indicant soit une absence ou un délai d’acclimatation. La deuxième expérience terrain a permis de constater que la photosynthèse de l’épinette noire était influencée négativement par la présence des plantes éricacées sur le parterre de coupe, et ce, peu importe la qualité de la station étudiée. Cette réduction du taux de photosynthèse serait attribuable à la plus faible disponibilité en azote minéral dans les parcelles témoin résultant d’une forte compétition souterraine des plantes éricacées pour les ressources nutritives du sol. Une troisième expérience en serre a démontré que la masse foliaire par unité de surface (LMA) du Rhododendron et du Kalmia a diminué avec l’ombrage. L’épinette noire a montré une taux d’absorption et un taux d’absorption spécifique supérieurs à des niveaux d’azote plus élevés comparativement aux éricacées. La plasiticité envers la lumière fut supérieure pour le Kalmia (sauf pour la LMA) et celle envers l’addition d’azote fut supérieure pour le Rhododendron et l’épinette suggérant que la plasticité des traits est en accord avec le statut successionnel des espèces. / Ericaceous shrubs are known to impair black spruce (Picea mariana (Mill.) [B.S.P.]) growth by creating a strong competition for below and aboveground resources. Opening of the forest canopy with harvest can intensify this competition and lead to enroachment of ericaceous shrub. Our objective was to explain, through evaluation response of functional traits, ericaceous potential enroachment after logging and stagnant growth of black spruce advance regeneration in the Quebec’s eastern black spruce-feathermoss sub-domain. The first chapter demonstrated the rapid acclimation of bog Labrador tea (Rhododendron groenlandicum [Oeder] Kron & Judd) to higher light availability created by logging, especially in the more intense treatements, through a modification of both physiological leaf traits. On the other hand, black spruce leaf traits did not respond to changes in environement associated with logging; this may indicate either an absence or a delay in acclimation. In a second field experiment, black spruce photosynthetic rate was negatively influenced by ericaceous shrub presence on the cutting area, regardless of the site fertility quality. The lower photosynthesis rate of black spruce, when associated with ericaceous shrubs, could be resulting of a lower mineral soil nitrogen availability created by a greater belowground competition for ressources form the ericaceous shrubs. A third experiment under greenhouse conditions showed that Rhododendron and Kalmia leaf mass per unit of area (LMA) was reduced by shading, but was similar for black spruce. There were few differences in trait response to N addition among species. Black spruce showed higher absorption rate and specific absorption rate at higher N levels, compared to the two ericads. Plasticity to light was higher for Kalmia (except for LMA) and plasticity for nitrogen addition was higher for Rhododendron black spruce suggesting that trait plasticity is in accordance with successional status of these species.

Myrianthus arboreus est une essence de la forêt tropicale d’Afrique dont les tissus contiennent des molécules bioactives intéressantes. Les données ethnopharmacologiques africaines attribuent à l’extrait aqueux d’écorces de racines de M. arboreus des effets thérapeutiques notamment antidiabétique. Le but de cette thèse était de valider ce potentiel à travers trois séries des bioessais cellulaires in vitro, d’identifier les principes actifs et d’élucider les mécanismes d’actions par lesquels la plante exerce son activité sur le diabète. Une étude préliminaire sur les différents extraits et fractions obtenus à partir de solvants de force de polarité croissante (dichlorométhane, éthanol, méthanol, eau) a été menée et a démontré un excellent potentiel antioxydant de l’extrait éthanolique et de sa fraction acétate d’éthyle comparable à celui de l’Oligopin®, un extrait commercial riche en proanthocyanidines. Ces résultats ont corrélé avec les teneurs en acides hydroxicimiques et en proanthocyanidines, deux classes de polyphénols présentes dans l’extrait et la fraction acétate d’éthyle. Ensuite, les résultats des bioessais cellulaires indiquent qu’aucun extrait ou fraction n’a été capable de stimuler le transport de glucose dans les cellules musculaires C2C12. A l’inverse, l’extrait éthanolique, sa fraction hexanique et sa fraction enrichie en alcaloïdes se sont démarqués par leur effet sur le contrôle de l’homéostasie hépatique du glucose. Parallèlement, la fraction acétate d’éthyle a uniquement démontré un profil plus prometteur en diminuant la production de glucose dans le foie. Plus précisément, ces extraits et fractions ont significativement inhibé l’activité du glucose-6-phostaptase (G6Pase) via la stimulation des voies insulino-dépendante (Akt) et – indépendante (AMPK), à l’exception de la fraction EAc qui n’active que l’AMPK. Ce dernier mécanisme est semblable à celui de la metformine, l’hypoglycémiant oral le plus utilisé dans le monde. D’autre part, les extraits et fractions bioactifs ont également augmenté l’activité de la glycogène synthétase (GS) suite à la phosphorylation de la glycogène synthase kinase-3. Le sous-fractionnement de la fraction hexanique guidé par les deux bioessais a conduit à l’isolation de sept composés majeurs, dont quatre nouveaux triterpènes pentacycliques ayant un fragment férulate. L’acide 3β-O-trans-féruloyl-2α, 19α- dihydroxyurs-12-en-28-oïque (H1), l’acide 2α-acetoxy-3-β-0-trans-féruloryl-19α-hydroxyl- 12-en-28-oïque (H3) et l’acide ursolique (H5) sont responsables, en grande partie, de l’activité antidiabétique de la fraction hexanique. Ils ont démontré le même mécanisme d’action que l’extrait éthanolique en diminuant l’activité de la G6Pase et en augmentant celle de la GS ainsi qu’en activant les voies de signalisation impliquées. Le H3 s’est démarqué par son effet le plus puissant et comparable à celui de l’extrait éthanolique et sa fraction hexanique dans toutes les expériences. D’autre part, le sous-fractionnement de la fraction acétate d’éthyle guidé par les même bioessais a permis d’isoler cinq composés phénoliques, dont deux regioisomères Cglycosyl flavone à savoir isoorientine et orientine, ainsi que trois composés phénoliques très connus tels que l’acide chlorogénique, l’acide protocatéchique et l’aldéhyde protocatéchique. Dans tous les bioessais, isoorientine s’est démarqué avec ses effets remarquables en diminuant l’activité de la G6Pase, et augmentant celle de la GS, comparable à la fraction acétate d’éthyle. En conclusion, les résultats de cette thèse soutiennent le potentiel antidiabétique de M. arboreus rapporté dans la médecine traditionnelle africaine. Cette activité implique essentiellement le contrôle de l’homéostasie de glucose au niveau du foie à travers les voies de signalisation médiées par l’Akt, l’AMPK et la GSK-3. Les composés actifs tels que les dérivés féruliques de triterpène (H1 et H3) ainsi que le C-glycoside du flavones l’isoorientine (E1), avec un potentiel anti-diabétique prometteur pourront servir comme nouveaux candidats thérapeutiques des préparations traditionnelles ou pour des fins thérapeutiques ultérieures. Ces molécules bioactives vont représenter les marqueurs importants pour toute homologation future de cet extrait naturel de l’ethnopharmacologie congolaise. / Myrianthus arboreus is a tree of the tropical rainforest of Africa the tissues of which contain promising bioactive compounds. African ethnopharmacological data attribute to the aqueous extract of M. arboreus root bark therapeutic effects including antidiabetic. The aim of this thesis was to validate this potential through three series of cell-bioassays, to identify the principle responsible for this activity and to elucidate the mechanisms of actions by which this plant extract exerts its antidiabetic activity. A preliminary study on different extracts and fractions performed with solvent of increasing polarity (dichloromethane, ethanol, methanol and water) has revealed an excellent antioxidant potential of ethanol extract and of its ethyl acetate fraction comparable to that of Oligopin®, a commercial extract rich in proanthocyanidins. This result was well correlated with the levels of hydroxycinnamic acids and proanthocyanins, two classes of polyphenols present in the extract and its antioxidant fraction. In addition, the results of cell bioassays indicate that no extract or fraction was able to stimulate glucose transport in C2C12 muscle cells. In contrast, the ethanolic extract, its hexane and the alkaloid-enriched fractions stood out by their effect on the control of hepatic glucose homeostasis. Similarly, the ethyl acetate fraction only demonstrated a more promising profile by decreasing glucose production in the liver. Specifically, these extracts and fractions significantly inhibited glucose-6-phostaptase (G6Pase) activity via insulindependent (Akt) and -independent (AMPK) pathway stimulation, except for the ethyl acetate ethanolic fraction which only activated AMPK. The latter mechanism is similar to that of metformin, the most widely used oral hypoglycemic drug in the world. On the other hand, bioactive extracts and fractions also increased the activity of glycogen synthase (GS) through the phosphorylation of glycogen synthase kinase-3. Sub-fractionation of the hexane fraction guided by the two bioassays resulted in the isolation of seven major compounds, including new pentacyclic triterpenes having a ferulate fragment. 3β-O-trans-feruloyl-2α, 19α-dihydroxyurs-12-en-28-oic acid (H1), 2α-acetoxy-3- β-O-trans-feruloryl-19α-hydroxyl-acid 12-en-28- oic acid (H3) and ursolic acid (H5) which are responsible, to a large extent, for the antidiabetic activity of the hexane fraction. The active constituents exhibit the same mechanism of action as the EtOH extract by decreasing the activity of G6Pase, increasing that of GS and activating signaling pathways involved. The H3 stood out for its most powerful effect which was determined to be comparable to that of the ethanolic extract and to its Hexane fraction in all experiments. On the other hand, bioassay-guided fractionation of ethyl acetate fraction led to the isolation of five phenolic compounds, including two regioisomers C-glycosyl flavons namely isoorientin and orientin, along with three well-known phenolic compounds, chlorogenic acid, protocatechuic acid and protoctehuic aldehyde. In all experiments, isoorientin (E1) stood out with its most powerful effects, by decreasing the activity of G6Pase and increasing the GS. Altogether, the results of the present thesis support the antidiabetic potential of M. arboreus reported by African folk medicine, which involves control of glucose homeostasis in the liver via Akt, AMPK and GSK-3 phosphorylation. The bioactive molecules ferulic derivatives of triterpenes (H1 and H3), and C-glycosyl flavone E1 determined in studied extracts and fractions were determined to have a promising anti-diabetic activity, can be used as new therapeutic candidates for traditional preparations or for future therapeutic purposes. These molecules can also be used as markers for future authentifications of the natural products based on Myrianthus arboreus root bark extracts.

Le sapin baumier (Abies balsamea L.), espèce favorite des producteurs d'arbres et de couronnes de Noël dans les provinces de l'Atlantique, est victime de chutes d'aiguilles sévères (abscission prématurée) après la récolte. Une série d'expériences ont été réalisées pour : (i) déterminer le rôle des racines, (ii) identifier la température et le temps d'exposition optimums permettant d'augmenter la durée de rétention des aiguilles (DRA) en post-récolte; (iii) déterminer et caractériser les changements de concentration en phytohormones en réponse à un traitement de basse température (BT); (iv) élucider l'effet interactif des facteurs génotypiques et environnementaux sur la DRA post-récolte; et (v) investiguer les dynamiques temporelles de l'accumulation de l'acide abscissique (ABA) induite par les basses températures et évaluer l'effet de l'ABA sur la DRA. Les semis de sapin baumier soumis à 5°C durant au moins 6 h ont présenté une DRA supérieure de 11 jours et la présence de racines a eu un effet synergique retardant l'abscission des aiguilles. Lorsque soumis à 5°C durant 48 h, la concentration foliaire en ABA des semis a augmenté de 2,5 fois (2007 ng g⁻¹ DW) et l'acide gibbérellique GA₄₄ a diminué de 3,5 fois (9,85 ng g⁻¹ DW). Le traitement BT n'a eu aucun effet sur les phytohormones dans les racines. Parmi les deux génotypes (AB-NSD-184 et AB-NSD-004) étudiés dans le verger Debert en Nouvelle-Ecosse, une corrélation négative fut observée entre la DRA post-récolte des branches échantillonnées et les facteurs climatiques choisis (moyenne des heures de photopériode quotidienne (PP) et moyenne des températures maximales quotidiennes) (R²=0,75; P=0,001) ainsi qu'avec les concentrations foliaires en ABA (R²=0,38; P=0,001) chez le génotype ABNSD- 184 seulement. Une DRA maximale de 180 jours et minimale de 41 jours furent observées respectivement en octobre et juin. Les conditions environnementales ont fortement modulé les effets du traitement BT sur la RDA post-récolte. La déshydratation a accéléré l'abscission des aiguilles, et le traitement BT appliqué sous conditions lumineuses a compensé pour les effets de la déshydratation et a augmenté la RDA de 30 jours. De tels avantages n'ont pas été observés lorsque le traitement fut appliqué dans l'obscurité. Les bénéfices physiologiques découlant du traitement BT ne furent présents que sous un faible déficit de pression de vapeur (DPV; < 0,87 kPa). Sous DPV élevé (> 1,30 kPa), BT a diminué la RDA de 35% (45 jours), réduit de moitié la teneur en eau relative des aiguilles, et augmenté de 4 fois le potentiel hydrique du xylème. Les changements temporels de la concentration foliaire en ABA ont différé entre les génotypes et I l l l'ABA a augmenté avec le temps après récolte. L'apport d'ABA via le xylème à des concentrations > 95 uM a provoqué l'abscission des aiguilles. Cependant, une concentration entre 2,5 et 7,5 uM d'ABA acheminée via le xylème durant 15 jours a prolongé la DRA de 20 jours. Ni les concentrations élevées d'ABA (12,5 uM), ni l'inhibition de la synthèse de l'ABA n'ont augmenté la DRA. Les bénéfices du traitement BT sur la durée de rétention des aiguilles implique des changements de l'ABA foliaire et cette réponse a varié en fonction des génotypes et des conditions environnementales.

L’androgenèse est une biotechnologie végétale utilisée pour fixer le bagage génétique des plantes en une seule génération. Elle repose sur la capacité d’un grain de pollen immature, la microspore, à restaurer sa totipotence cellulaire végétale et se dédifférencier puis s’engager dans la voie de l’embryogenèse. Or, on observe que la capacité de la microspore à s’engager dans l’embryogenèse est génétiquement variable. En dépit des nombreux avantages qu’elle présente, l’androgenèse entraîne souvent une conséquence indésirable, soit une distorsion de la ségrégation (DS) chez les populations issues de cette biotechnologie. Ma thèse porte sur l’étude (i) du transcriptome de la microspore en transition entre la voie de développement du grain de pollen et celle de l’androgenèse et (ii) de la DS pour déterminer quand la DS survient dans le processus et où elle affecte le génome. J’ai utilisé l’orge comme espèce modèle pour mon étude. L’analyse transcriptomique a été réalisée sur la microspore isolée de l’anthère à trois stades, soit avant (jour 0) et immédiatement après (jours 2 et 5) l'application d'un traitement de stress visant à induire la voie de l’androgenèse. Je me suis intéressé à deux catégories de gènes; soit les gènes exprimés exclusivement à un stade précis et les gènes exprimés différemment lors de l’initiation de l’androgenèse. J’ai pu identifier des gènes exprimés exclusivement dans la microspore au jour 0 (11), 2 (34) ou 5 (367). Au jour 5, j’ai constaté l’induction de nombreux gènes codant pour des FT et des gènes impliqués dans la synthèse ou la transduction du signal de nombreux régulateurs de croissance. L’analyse des gènes exprimés différemment m’a permis d’identifier certains processus métaboliques qui sont activés/réprimés lors du passage de la microspore du jour 0 au jour 2 et du jour 2 au jour 5. Les gènes exprimés exclusivement à un stade précis du développement pourraient servir de marqueurs moléculaires indicateurs de la performance en androgenèse pour optimiser les protocoles de culture. Ensuite, la DS a été étudiée par une approche de génotypage à l’échelle génomique. J’ai d’abord développé une méthodologie d’analyse génotypique novatrice, reproductible et précise pour étudier la fréquence allélique sur un échantillon en composite. Cette méthode m’a permis d’étudier la fréquence allélique chez 1) des échantillons de microspores (avant et après l’application d’un stress), 2) des embryons et 3) des plantes régénérées. J’ai montré que la DS survenait à la fois lors du développement des embryons et la régénération des plantes. Aucune DS n’a été observée chez les échantillons de microspores. Mes résultats montrent que la sélection engendrant la DS s’opère au cours de la culture in vitro. Toujours à l’aide de cette méthode de génotypage en composite, j’ai identifié et comparé la fréquence et l’étendue de la DS chez 12 populations de lignées haploïdes doublées (HD). Dans cette seule étude, un plus grand nombre de populations de lignées HD (12) ont été caractérisées que ce qui avait été fait dans la somme de toutes les études antérieures dans la littérature scientifique. Nous avons montré que les régions de distorsion de ségrégation différaient beaucoup quant à leur position, leur étendue et l’amplitude de la distorsion d’un croisement à l’autre. La connaissance de ces allèles permettrait de prédire le potentiel androgénique des génotypes dans un programme de sélection. Mes travaux de thèse élèvent à l’ère des «omics» la recherche chez la microspore d’orge dans le système de l’androgenèse. À une échelle sans précédent, mon étude transcriptomique explore et décrit les changements d’expression génique au cours de la transition développementale de la microspore. Mon étude génomique identifie quand s’exerce la sélection engendrant la distorsion de la ségrégation des allèles dans ce système et décrit quelles régions chromosomiques sont affectées par cette distorsion. À la lumière de mes résultats, dans le dernier chapitre, je propose certaines pistes de recherche pour poursuivre l’étude des mécanismes moléculaires dirigeant la transition développementale de la microspore en androgenèse et pour développer des outils de génotypage afin d’utiliser la DS comme un outil d’amélioration génétique. / Androgenesis is a plant biotechnology used to fix the genetic background of plants in a single generation. This is based on the ability of an immature pollen grain, the microspore, to restore its totipotency, to dedifferentiate and then to engage in the path of embryogenesis. However, it is observed that the ability of the microspore to engage in embryogenesis is genetically variable. Despite the many desirable attributes of androgenesis, an undesirable side - effect is the segregation distortion (SD) encountered in populations resulting from this biotechnology. My thesis focuses on (i) the study of the transcriptome of microspores undergoing a developmental transition from the pollen - grain pathway towards embryogenesis and (ii) to identify when SD arises in the process and in which genomic regions it occurs. I used barley as a model species for my studies. Transcriptomic analysis was performed on microspores isolated from anthers at three stages corresponding to the microspore before (day 0) and immediately after (days 2 and 5) the application of a stress treatment aimed at inducing embryogenesis. I was interested in two categories of genes: those expressed exclusively at a specific stage of microspore development and those that were differentially expressed during the initiation of androgenesis. I was able to identify genes expressed exclusively in the microspore on day 0 (11), 2 (34) or 5 (367). On day 5, I found the induction of many genes encoding transcription factors (T Fs) in addition to genes involved in the synthesis or signal transduction of many growth regulators. The analysis of differentially expressed genes allowed me to identify certain metabolic processes that were activated/repressed during microspore development from day 0 to 2 and from day 2 to 5. Genes expressed exclusively at a specific stage of development could serve as molecular markers indicative of the performance in androgenesis to optimize isolated microspore culture protocols. Then, SD was studied using a whole - genome genotyping approach. I first developed an innovative, reproducible and accurate genotypic analysis methodology to determine allelic frequency on pooled samples. This method was then used to estimate allelic frequencies in samples of microspores (before and after the application of stress), embryos and regenerated plants. I showed that SD arises during both the development of embryos and the regeneration of plants. No SD was observed in samples of microspores. My results show that the selective forces promoting SD act during in vitro culture. Still using the same genotyping method performed on pooled samples, I identified and compared the frequency and extent of SD in 12 populations of doubled haploid lines (DH). A greater number of DH (12) populations were characterized in my study alone than the sum of all previous studies in barley. I showed that segregation distortion regions greatly differ in their position, extent, and magnitude in different DH populations. Knowledge of these alleles would be useful to predict the androgenic potential of a genotype in a breeding program. My dissertation has allowed research into barley microspores, or more widely androgenesis, to enter into the “omics” era. On an unprecedented scale, my transcriptomic study explores and describes the gene expression changes that occur during the developmental transition that the microspore undergoes in the course of androgenesis. My genomic study identifies when the selection (producing SD) arises in this system and describes which chromosomal regions are affected by this distortion. In light of my findings, in the final chapter I propose some lines of research to further study the molecular mechanisms driving the developmental transition from microspores to embryos and to develop genotyping tools to use SD as a genetic improvement tool.

Des expériences au champ ont été réalisées en 2004 et 2005 afin de bien connaître le stade et la méthode de destruction du seigle d'automne (Secale cereale) en vue d'optimiser le contrôle des mauvaises herbes et de minimiser la compétition avec la citrouille (Cucurbita pepo). Le seigle d'automne contrôle les mauvaises herbes par son action combiné d'allélopathie et de barrière physique. Le contrôle des mauvaises herbes est meilleur peu de temps après la destruction de seigle. La biomasse sèche moyenne des mauvaises herbes totales a été réduite de 82% dans les parcelles où le seigle a été laissé intact comparativement aux parcelles sans seigle. Les méthodes de destruction du seigle influencent le contrôle des mauvaises herbes. Selon mes résultats, le seigle d'automne devrait être enfoui avant le semis de citrouille et la largeur de la bande devrait être de 80 cm et plus. Une largeur de 40 cm et moins réduit considérablement la croissance, le développement et le rendement en citrouilles vendables.

Nous avons mené une étude pour identifier les situations où les éricacées et des feuillus causent des problèmes de compétition aux conifères en forêt boréale. Pour ce faire, nous avons lié les données d’un inventaire de régénération réalisé entre 2007 et 2011 à des données portant sur l’hypsométrie, la classification écologique, les sols et les peuplements forestiers avant la récolte. Nous avons analysé cet assemblage de données pour étudier les relations entre la végétation concurrente et les variables associées à la récolte et à l’environnement, puis nous avons estimé la probabilité d'observer une couverture d'espèces concurrentes donnée en fonction de ces variables. De plus, en 2015, nous avons rééchantillonné une partie des sites pour évaluer l'impact temporel de différents niveaux de compétition sur le coefficient de distribution (c.d.), la vigueur et la surface terrière de la régénération résineuse, là où elle était marginale tôt après la coupe. L’analyse des données de l’inventaire de 2007 à 2011 montre, qu’après une coupe avec protection de la régénération et des sols, les éricacées et les feuillus ne sont pas associés aux mêmes types de milieux. Les éricacées se retrouvent surtout dans des milieux moins productifs associés à l’épinette noire et au pin gris. La distinction entre les milieux propices aux feuillus commerciaux intolérants à l’ombre et aux feuillus non commerciaux est moins nette puisqu’ils répondent souvent de façon semblable à une même variable. L’analyse des données de l’inventaire de 2015 montre une amélioration significative du c.d. lorsque les niveaux de compétition des feuillus commerciaux intolérants à l'ombre sont faibles (c.d. 0-40%) et lorsque les niveaux de compétition des éricacées sont modérés (c.d. 26-75%). Les différents types et intensités de compétition ne semblent pas affecter la vigueur ni influencer la surface terrière de la régénération résineuse de 9 à 14 ans après la coupe.

Les arbres doivent s'adapter aux variations climatiques afin de survivre aux changements saisonniers, et ce, de façon multi-annuelle. Plusieurs études ont montré qu'il y a de la variabilité génétique à l'intérieur des espèces et que cette variabilité aide les espèces à survivre et à s'acclimater à différents changements environnementaux. Vingt-quatre gènes potentiellement reliés à l'adaptation ont préalablement été identifiés chez l'épinette noire (Picea mariana [Mill.] B.S.P.). L'objectif de cette étude était d'acquérir des évidences du rôle potentiel de ces gènes dans l'acclimatation et l'adaptation en étudiant leur expression. Pour ce faire, l'expression des gènes sera étudiée au niveau spatio-temporelle (la variation de l'expression selon le stade physiologique la variation de l'expression selon le tissus) et aussi selon les différents génotypes. En général, il a été montré dans cette étude qu'il y avait beaucoup de variabilité dans l'expression des gènes candidats selon les tissus ou l'organe étudié, mais aussi selon le stade physiologique de l'arbre. Les gènes étaient exprimés majoritairement dans des tissus pouvant être reliés plus directement dans l'acclimatation et l'adaptation, par exemple la tige primaire. De plus, pour certains gènes, une interaction entre le génotype et le stade physiologique de l'arbre a été observée, c'est-à-dire que certains génotypes pourraient réagir dans le temps alors que d'autres le feraient moins.