Les pratiques culturales modifient l'architecture des couverts de manière à augmenter ou diminuer le développement des épidémies mais les processus mis en jeu sont complexes ; des modèles mécanistes simulant l'interaction entre plante et pathogène devraient aider à les clarifier. Les modèles de Plantes Virtuelles, qui permettent de décrire explicitement la structure tridimensionnelle de la plante, semblent particulièrement prometteurs pour exprimer les effets de l'architecture de la plante sur le développement des épidémies. L'objectif de cette étude est d'examiner la possibilité de simuler l'effet de l'architecture des plantes sur le développement de la maladie en utilisant un modèle Plante Virtuelle. Dans ce travail, nous nous intéressons au pathosystème blé-Septoria tritici, dans lequel l'architecture joue un rôle important. En effet, les spores de Septoria tritici sont propagées par les éclaboussures de pluie depuis les feuilles infectées du bas du couvert vers les nouvelles feuilles saines. Notre travail s'est appuyé sur un modèle pré-existant d'épidémie de la septoriose, Septo3D. L'architecture du blé a été étudiée pour une gamme de densités et de date de semis. Les différences de phyllochrone entre traitements ont été dans une gamme susceptible de modifier le développement de la septoriose. Ces variations ont été représentées par un modèle descriptif qui tient compte du nombre de feuilles final et de la photopériode. Une description détaillée des variables d'architecture à l'échelle des organes et du couvert a fourni une documentation originale et complète sur la plasticité de l'architecture du blé. Ces données ont été utilisées pour paramétrer la description du blé dans Septo3D. Globalement, les traitements étudiés ont conduit à de fortes différences de la densité de végétation au cours du temps. Les dynamiques de développement de la septoriose ont été suivies pour trois traitements de densités contrastées. Les cinétiques de la maladie simulées par le modèle étaient conformes aux mesures expérimentales. Bien que, l'approche nécessite davantage de validation, les résultats confirment que l'approche Plante Virtuelle apporte un nouvel éclairage sur les processus et les caractéristiques des plantes qui impactent les épidémies. En conclusion, nous proposons quelques perspectives en vue de nouvelles applications et améliorations de l'approche.

Chez les plantes à fleurs, la gynodioécie -- système dans lequel coexistent des individus femelles et des individus hermaphrodites -- est le système de reproduction le plus commun après l'hermaphrodisme. La question de l'évolution et surtout du maintien de la gynodioécie et du polymorphisme génétique sous-jacent a intrigué les chercheurs depuis le 19e siecle. Aujourd'hui, les grands principes de son évolution sont posés mais beaucoup de zones d'ombres persistent. Durant ma thèse, j'ai exploré trois aspects de la gynodioécie en utilisant une approche expérimentale chez l'espèce Silene nutans et une approche théorique. Je me suis en premier lieu intéressée au déterminisme génétique de la gynodioécie grâce à la réalisation de croisements contrôlés qui m'ont permis de montrer que le déterminisme génétique du sexe était cytonucléaire, c'est à dire contrôlé par plusieurs gènes de stérilité mâle cytoplasmique (CMS) et plusieurs restaurateurs nucléaires de fertilité. En parallèle, j'ai porté une attention particulière aux plantes gynomonoïques -- celles où coexistent sur le même pied des fleurs pistillés (femelles) et des fleurs parfaites (hermaphrodites) -- fréquentes chez Silene nutans comme chez d'autres espèces gynodioïques. J'ai montré que les caractéristiques reproductrices et florales de ce troisième phénotype sexuel étaient souvent intermédiaires entre celles des femelles et des hermaphrodites mais pouvaient dépendre de la proportion de fleurs pistillées sur la plante. Par ailleurs et contrairement à ce qui avait été suggéré, la plasticité du phénotype gynomonoïque s'est révélée être relativement réduite, suggérant un déterminisme génétique dont la caractérisation est encore en cours. La troisième partie de ma thèse a été motivée par les preuves récentes d'hétéroplasmie -- coexistence de différents génomes mitochondriaux au sein d'un individu -- et de la transmission occasionnelle du génome mitochondrial par le pollen chez Silene vulgaris. J'ai montré théoriquement que la présence d'un gène de stérilité mâle cytoplasmique favorisait l'évolution de la fuite paternelle de mitochondries. J'ai également vérifié expérimentalement l'hérédité mitochondriale chez Silene nutans par le génotypage des descendances de croisements contrôlés.

L'étude phytochimique des extraits MeOH/H2O (7:3) des fruits de P. rugosa, P. icosandra et C. ruizteranianum, ainsi que de l'écorce de G. giganteum a conduit à l'isolement et à la caractérisation structurale de vingt-trois composés (1-23). Quatre saponines triterpéniques (1-4) dérivées de l'acide serjanique ont été isolées à partir de P. rugosa; ces composés ont précédemment été rapportés pour ce genre, mais ils sont décrits pour cette espèce pour la première fois. L'étude de P. icosandra a permis d'obtenir huit composés parmi lesquels figurent deux acides triterpéniques [l'acide spégulagénique (6) et l'acide épiacétylaleuritolique (5)], deux lignanes (7) et (8) (8, rapporté pour la première fois pour le genre et la famille), un mélange de glycosides stéroïdiens (9 et 9a), deux saponines triterpéniques (10 et 11) dérivées de l'acide serjanique et un composé aromatique (12) appartenant au groupe des peltogynoïdes. L'analyse des fruits de C. ruizteranianum a conduit à l'isolement d'un mélange de triterpènes [incluant les acides ursolique et oléanolique (13)] et sept saponines stéroïdiennes (14-20) de types spirostane (14-15) et furostane (16-20). Tous les composés ont été décrits antérieurement, mais c'est la première fois qu'il sont signalés pour l'espèce et pour le genre Cestrum. Enfin, l'écorce de G. giganteum a fourni trois saponines triterpéniques (21-23) dérivées de l'acide zanhique. L'acide 3-O-(2-O-acétyl--D-glucopyranosyl)-28-O--D-glucopyranosyl-serjanique (10), le 9,10-méthylènedioxy-5-méthoxy-peltogynane (12), l'acide 28-O-{4-O-acétyl--D-fucopyranosyl-[(12)--L-rhamnopyranosyl]-(13)--D-xylopyrano-syl}-3-O--D-gluco-ronopyranosyl-zanhique (21), l'acide 28-O-{4-O-acétyl--D-fucopyranosyl-[(12)--D-glucoronopyranosyl]-(13)--D-xylopyranosyl}-3-O--L-rhamnopyranosyl-zanhique (22) et l'acide 28-O-{4-O-acétyl--D-fuco-pyranosyl-[(12)--D-glucoronopyranosyl]-(13)--D-xylopyranosyl-(12)--D-glucopyrano-syl}-3-O--L-rhamnopyranosyl-zanhique (23) sont décrits pour la première fois comme nouveaux produits naturels.

Les variétés traditionnelles de vigne nécessitent de très nombreux traitements phytosanitaires pour lutter contre les maladies cryptogamiques qui touchent leurs parties herbacées, comme le mildiou et l'oïdium, causés par Plasmopara viticola et Erysiphe necator respectivement. Ces traitements, coûteux et préjudiciables pour l'environnement, pourraient être réduits par l'emploi de variétés résistantes. La vigne cultivée européenne (Vitis vinifera, 2n=38) est très sensible au mildiou et à l'oïdium. En conséquence, la résistance doit être introduite à partir d'autres Vitaceae ayant un niveau de résistance plus élevé à ces maladies. Plusieurs origines de résistance ont déjà été observées et inventoriées, en particulier chez l'espèce d'origine américaine Muscadinia rotundifolia (2n=40). Ces facteurs sont d'un intérêt majeur pour la sélection de variétés résistantes. Cependant, lors du processus d'introgression, des difficultés à obtenir des pépins viables en F1 ainsi que des anomalies phénotypiques dans les descendances en rétrocroisement ont été constatées. Afin d'optimiser la gestion des résistances provenant de cette espèce dans les programmes d'amélioration variétale, il est nécessaire de comprendre l'organisation génétique et génomique de M. rotundifolia, et de compléter la connaissance des facteurs de résistance issus de cette espèce. Dans ce contexte, les objectifs de la thèse sont : (i) de réaliser une analyse comparative des génomes de V. vinifera et M. rotundifolia et (ii) d'identifier de nouveaux facteurs de résistance chez M. rotundifolia utilisables à terme en sélection. Pour cela, une carte génétique de M. rotundifolia a été développée à partir d'une population de 200 individus issue de l'autofécondation de M. rotundifolia cv. Regale. Parallèlement, la même population a été testée pour son niveau de résistance au mildiou et à l'oïdium. Une carte génétique couvrant 950 cM a été réalisée. Elle comprend 191 marqueurs microsatellites répartis sur les 20 chromosomes de M. rotundifolia, et permet de conclure à un niveau de macrosynténie très élevé avec V. vinifera. Le groupe de liaison 20 de M. rotundifolia correspondrait à la partie inférieure du groupe de liaison 7 de V. vinifera. Par ailleurs, un QTL de résistance au mildiou a été détecté sur le groupe de liaison 18 de M. rotundifolia, au niveau d'une région riche en gènes de type NBS-LRR, et un nouveau QTL de résistance majeur à la l'oïdium a été mis en évidence sur le groupe de liaison 14 de M. rotundifolia. Ce QTL, nommé Ren5 pour 'Resistance to Erysiphe necator 5', montre une action précoce dans l'arrêt de la croissance du mycélium du pathogène, dès l'établissement des premiers stades de biotrophie du champignon. De plus, le QTL Ren5 a été confronté à deux souches supplémentaires d'E. necator, appartenant aux deux groupes d'oïdium retrouvés dans vignobles européens, contre lesquelles il reste efficace. Les données de cartographie génétique générées pour M. rotundifolia dans ce travail, ainsi que la mise en évidence de Ren5 et de son mode d'action, permettront d'améliorer la gestion des facteurs de résistance issus de cette espèce pour la sélection de variétés résistantes au mildiou et à l'oïdium.

L'analyse de la composition chimique de deux orchidées de la sous-tribu des Aeridinae, Aerides rosea Lodd. ex. Lindl. & Paxton et Acampe rigida (Buch.-Ham. ex Sm.) P. F. Hunt, a été menée en ayant recours à des techniques de couplages et grâce à une stratégie de déréplication. Dix dérivés phénanthréniques ont ainsi été identifiés dans les tiges d'A. rosea, dont deux nouvellement décrits. Quatre stilbénoïdes, trois dérivés d'acides phénoliques et quatre esters d'acide cinnamique ont été identifiés dans les tiges d'A. rigida. Nous avons également effectué des dosages de traceurs dans différents échantillons de deux représentants de la tribu des Vandeae : Vanda teres (Roxb.) Lindl. et Vanda coerulea Griff. ex. Lindl., afin de mettre en évidence d'éventuelles variations de composition en fonction des facteurs environnementaux et du stade de croissance végétative. Enfin, nous avons mis au point des conditions d'isolement préparatif par chromatographie de partage centrifuge afin de purifier des marqueurs biologiques préalablement identifiés dans les tiges de Vanda teres : trois glucospyranosyloxybenzyl - malates ainsi que leur précurseur biosynthétique.

Chez Arabidopsis thaliana, les protéines SIAMESE-RELATED (SIM/SMR1 à 13) forment une famille plante-spécifique d'Inhibiteurs de Kinase Cycline-dépendante (CKI), homologue des Kip-Related Proteins. SIM et SMR1 sont des régulateurs positifs de la transition du cycle mitotique vers l'endoréplication. L'expression des gènes SIM/SMR est induite en réponse àdes stress. L'un des stress abiotiques majeurs pour les plantes est la sécheresse. Les SIM/SMR pourraient être dégradées par la voie de la protéolyse spécifique de l'Ubiquitin Proteasome System (UPS). Les SIM/SMR sont de bons candidats pour relier l'activité du cycle cellulaire aux stimuli de l'environnement. Ce travail a démontré l'implication de la protéolyse UPS dans le contrôle posttraductionnel de tous membres SIM/SMR testés. Il démontre que SIM, SMR2 et SMR1 sont nécessaires à l'endoréplication des cellules foliaires. Lors d'un stress hydrique, l'expression des gènes SIM, SMR1, SMR3 et SMR5 est induite. Le profil spatio-temporel de ces inductions a mis en évidence deux groupes de gènes avec des fonctions distinctes. Les mutants sim, smr5 et sim.smr1.smr2 sont hypersensibles au stress hydrique.

Les organismes terrestres sont exposés à des faibles doses de radiations ionisantes d'origine naturelle ou anthropique. Les effets majeurs de ces rayonnements sont dus aux dommages sur l'ADN et à la radiolyse de l'eau qui génère un stress oxydant via la production de radicaux libres. De part leur métabolisme secondaire développé, les végétaux sont utilisés pour l'étude des effets des radiations ionisantes et pour la recherche de molécules antioxydantes. Cette thèse financée par la région Bretagne a donc caractérisé la réponse physiologique et moléculaire de la plante modèle Arabidopsis thaliana à des doses faibles (10 Gy) à modérées (40 Gy) de radiations ionisantes, ainsi que le rôle des glucosinolates, composés caractéristiques de la famille des Brassicaceae. Deux études globales en protéomique et en transcriptomique ont révélée : (1) une réponse commune aux deux doses concernant les mécanismes de réparation de l'ADN, la régulation du cycle cellulaire et la protection des structures cellulaires ; (2) Un ajustement du métabolisme énergétique et une activation des voies métaboliques secondaires (i.e. glucosinolates et flavonoïdes) après la dose 10 Gy ; (3) une induction du contrôle enzymatique des ROS, du recyclage des composés cellulaires et de la mort cellulaire programmée après la dose 40 Gy. Le rôle protecteur des glucosinolates a ensuite été exploré. La capacité antioxydante in vitro de certains d'entre eux et de leurs dérivés a été montrée. Leurs effets modulateurs par rapport à l'irradiation ont été testés in vivo sur des marqueurs physiologiques de croissance. L'importance de la teneur en glucosinolates pour avoir un effet positif ou négatif a été mise en évidence.

Les plantes se développent et évoluent en interaction avec les organismes du sol. L'impact des vers de terre sur la croissance des plantes, généralement positif, a été attribué à des modifications physiques, chimiques ou biochimiques du sol, souvent sans démonstration rigoureuse. Dans ce travail, les techniques développées en sciences du végétal (culture in vitro, utilisation de mutants et transcriptomique) ont été utilisées afin de comprendre les mécanismes à l'origine de l'effet des vers de terre sur les plantes. Nos résultats apportent de nouvelles connaissances fondamentales: (1) la production de molécules-signal à l'intérieur des déjections de vers de terre a un impact significatif sur la croissance d'Oryza sativa et Lolium perenne. (2) Ces molécules agissent sur la voie de signalisation fortement liée à l'auxine, comme suggéré par l'effet significatif du ver de terre sur la croissance du double mutant d'A. thaliana aux1-7;axr4-2. (3) L'abondance de ces molécules-signal en présence de vers de terre pourrait être liée à la stimulation de certaines populations bactériennes capables de synthétiser de l'auxine. (4) Le ver de terre induit une accumulation de transcrits pour des gènes sous contrôle de l'acide jasmonique et de l'éthylène. Ces hormones sont notamment impliquées dans un mécanisme de résistance systémique induite (ISR), connu pour être induit par certaines rhizobactéries promotrices de la croissance des plantes. Enfin, (5) le piétin échaudage, maladie due à un champignon pathogène, déclenche chez le blé (Triticum aestivum) une réaction d'hypersensibilité et une modification de la signalisation hormonale, qui sont considérées comme des mécanismes de contrôle du métabolisme de la plante qui facilitent l'infection du pathogène. La sévérité de cette maladie est réduite en présence de vers de terre. La synthèse de ces résultats indique que les vers de terre, comme d'autres organismes du sol, modifient l'équilibre hormonal de la plante. L'homéostasie hormonale apparaît comme un élément incontournable pour prédire l'issue des interactions multiples que les plantes entretiennent avec les organismes du sol

Les plantes n'exploitent pas seules les nutriments du sol, mais dépendent de champignons avec lesquels elles forment des symbioses mycorhiziennes dans leurs racines. C'est en particulier vrai pour les 25 000 espèces d'orchidées actuelles qui dépendent toutes de champignons mycorhiziens pour accomplir leur cycle de vie. Elles produisent des graines microscopiques qui n'ont pas les ressources nutritives pour germer, mais qui dépendent de la présence de partenaires adéquats pour nourrir l'embryon (hétérotrophie) jusqu'à l'apparition des feuilles (autotrophie). Les mycorhiziens restent présents dans les racines des adultes où ils contribuent à la nutrition, ce qui permet d'étudier plus facilement la diversité des symbiotes à l'aide des outils génétiques. Conscients des biais des études en faveur des régions tempérées, nous avons étudié la diversité des mycorhiziens d'orchidées tropicales à La Réunion. Nous avons montré que (1) les orchidées tropicales ont des partenaires semblables aux orchidées tempérées et méditerranéennes (Sebacinales, Ceratobasidiaceae et surtout Tulasnellaceae), et que ces taxons de champignons sont largement représentés dans différents biomes et dans différentes plantes hôtes. Nous avons aussi démontré pour la première fois que (2) les orchidées épiphytes (dont les associations étaient peu connues) ont des cortèges mycorhiziens différents de ceux des orchidées terrestres dans les communautés tropicales. De plus, en développant une approche à l'échelle de réseaux d'interactions (78 espèces de La Réunion), nous avons montré que (3) les espèces tropicales ont tendance à être généralistes et que (4) le réseau mycorhizien des orchidées montre des propriétés semblables à celles des réseaux d'interactions mutualistes (nestedness et asymétrie d'interaction), alors que la nature mutualiste de cette symbiose mycorhiziennes fait débat. Dans un second volet de la thèse, nous avons étudié les partenaires des orchidées non chlorophylliennes (mycohétérotrophes) tropicales. Nous avons montré que (5) les espèces tropicales peuvent s'associer à des champignons saprophytes qui les nourrissent en carbone issu de la décomposition de la litière dans les forêts tropicales humides et que (6) les modèles tropicaux (en n'étant pas spécifiques) remettent en question les idées reçues sur la mycohétérotrophie des plantes. Nous avons confirmé que (7) la mycohétérotrophie dérive d'un régime nutritionnel intermédiaire (mixotrophie) mis en place dans des lignées chlorophylliennes. Dans un dernier volet de la thèse, nous avons posé la question du déterminisme phylogénétique des associations orchidées-champignons. En analysant la force du signal dans les phylogénies des deux partenaires, nous avons vérifié que (8) les associations mycorhiziennes sont peu conservées à l'échelle supra-générique dans la phylogénie des orchidées, et qu'elles (9) peuvent être maintenues à une échelle plus récente (cas de certains clades d'angraecoïdes). Ces résultats soulignent l'empreinte relative des processus écologiques et évolutifs sur les patrons d'associations actuels, et remettent en question l'idée qu'un processus de coévolution pourrait guider le système.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre de la thématique du Laboratoire de Pharmacognosie de l'UFR Pharmacie, au sein de l'Université de Bourgogne. Elle vise essentiellement la recherche de molécules d'origine végétale principalement des saponines biologiquement actives issues de la biodiversité tropicale. Dans ce contexte l'étude de plantes malgaches, Polycarpaea corymbosa Lamk. (CARYOPHYLLACEAE), Pittosporum verticillatum Bojer subsp. verticillatum (PITTOSPORACEAE), Solanum incanum L. et S. heteracanthum Dunal. (SOLANACEAE) a conduit à l'isolement de quinze glycosides naturels par les techniques de chromatographie solide-liquide, de chromatographie liquide à moyenne pression, de flash chromatographie, et de chromatographie liquide sous vide. Les structures ont été élucidées principalement par les techniques spectroscopiques de RMN-1D et -2D, et de spectrométrie de masse. Il s'agit de neuf saponines triterpéniques de type oléanane, parmi lesquelles sept sont des nouveaux composés naturels, ainsi que cinq saponines stéroïdiques de type spirostane et furostane, dont une nouvelle, et un glycoalcaloïde stéroïdique connu. Treize molécules isolées ont été testées en vue d'évaluer leurs activités cytotoxiques sur six lignées cellulaires cancéreuses humaine et animale. Nos résultats montrent que quatre d'entre elles possèdent une cytotoxicité significative sur les lignées HT-29, HCT 116, SW480, DU145, EMT6, et H9c2.