La fourmi d'Argentine (Linepithema humile) est une des espèces invasives parmi les plus nuisibles au monde. Dans le cadre des invasions biologiques, les résistances biotiques sont souvent les dernières barrières des écosystèmes. Une hypothèse, jamais testé in natura, de résistance de la part d'une fourmi du genre Tapinoma face à L. humile a été émise. Pour le démontrer, nous avons choisi d'expérimenter en laboratoire et in natura. Nos terrains d'études privilégiés ont été, outres des sites du littoral méditerranéen français, 4 îles situées en face du littoral envahi par la fourmi d'Argentine. Parmi celles-ci, deux contiennent à la fois la fourmi d'Argentine et des espèces du genre Tapinoma. L'identification difficile des espèces du genre Tapinoma étant sujette à une controverse scientifique, nous avons dû différencier de façon certaine cinq d'entre elles, par leurs morphologies et leurs signatures chimiques. En Provence, trois espèces ont été observées : T. erraticum, T. madeirense et T. nigerrimum. Sur l'île de Ratonneau, un suivi sur 2 ans de la vitesse d'invasion de L. humile en milieu naturel, avec ou sans T. nigerrimum, met en évidence une vitesse d'invasion très faible, voire un recul dans la zone à T. nigerrimum. Les colonies de T. nigerrimum de l'île de Ratonneau semblent faire obstacle à la progression de l'invasion. Des études comportementales préliminaires, conduites en laboratoire, entre fragments de nids de T. nigerrimum et L. humile nous avaient permis de confirmer les capacités de T. nigerrimum à résister face à l'invasive. Ainsi, les ouvrières T. nigerrimum défendent mieux leurs territoires, allant jusqu'à accaparer celui des L. humile. / The Argentine ant (Linepithema humile) is one of the world's worst invasive species. We used various analyses to determine its invasion pattern on the Provence coast, confirming the presence of a second supercolony. Chemical and behavioral analyses of worker interactions on the supercolony border identified a peaceful border zone. When biological invasion occurs, biotic resistance is often ecosystems' last defense. Could a dominant ant from Tapinoma genus resist L. humile invasion? To demonstrate this possibility, we conducted both laboratory and in natura experiements. Besides the invaded Mediterranean coast, we selected four nearby islands, two of which were found to contain both L. humile and Tapinoma spp. Identification of Mediterranean Tapinoma being controversial, we used both morphological and chemical analyses to ensure reliable discrimination. On the coast, we found T. erraticum, T. madeirense and T. nigerrimum. In natura, on Ratonneau Island, two-year field monitoring showed a slow rate of Argentine ant invasion and even retreat, faced with T. nigerrimum. T. nigerrimum colonies seem to block L. humile invasion. Laboratory behavioral studies between nests of T. nigerrimum and L. humile confirm T. nigerrimum's ability to stand up to Argentine ants: T. nigerrimum workers protect and defend their territories better, even taking over Argentine ant nests.

Notre équipe de recherche étudie l'action des hormones gibbérellines (GA) et cytokinines (CK) dans les processus de développement chez la plante modèle Arabidopsis thaliana. En recherchant des régulateurs de l'expression d'un gène impliqué dans la différenciation des cellules épidermiques et dont l'expression est contrôlée par ces deux hormones, une nouvelle famille de quatre protéines nommées GeBP (GL1 enhancer Binding Protein), GPL1 (GeBP Protein Like 1), GPL2 et GPL3 a été identifiée au laboratoire. Le but de ce travail de thèse était de caractériser moléculairement et fonctionnellement les membres de cette nouvelle famille multigénique.<br /> Nous avons tout d'abord vérifié l'adressage nucléaire des protéines GeBP/GPL et démontré leur capacité à former des dimères in planta via un motif Leucine-Zipper non canonique. L'analyse fonctionnelle a été abordée par l'étude de lignées simples et multiples mutantes gebp/gpl. Différentes données physiologiques et moléculaires convergentes ont démontré un rôle redondant des gènes GeBP/GPL dans le contrôle de la réponse aux CK. Enfin, une analyse globale des transcriptomes d'une lignée surexpresseur de GPL2 et du quadruple mutant gebp/gpl, nous a permis d'établir un lien entre les GeBP/GPL et CPR5, un gène impliqué dans la réponse aux pathogènes, et le contrôle du cycle cellulaire. Ce lien a été conforté expérimentalement par des mesures de ploïdies des noyaux des cellules foliaires montrant une dérégulation du cycle cellulaire chez la lignée quadruple mutant et la lignée surexpresseur de GPL2.<br />Les futurs travaux auront pour but de poursuivre l'étude de la fonction des GeBP/GPL et de confirmer le lien avec CPR5.

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L’urbanisation est reconnue comme la cause principale de l’homogénéisation biotique à grande échelle. L’objectif de ce mémoire de maîtrise est de comprendre cette relation à une échelle locale dans une perspective d’assemblage des communautés. Des inventaires floristiques ont été effectués dans quatre microhabitats (haies, bases de mur, clôtures entretenues et non entretenues) et un mesohabitat (friches) répartis le long de trois niveaux locaux d’urbanisation dans les villes de Montréal et Québec. La richesse taxonomique et fonctionnelle ainsi que la diversité bêta taxonomique et fonctionnelle ont été comparées parmi les traitements (villes, niveaux locaux d’urbanisation, habitats). Nos résultats indiquent que l’urbanisation ne mène pas à l’homogénéisation régionale ou locale des communautés, et ce, dans la mesure où il n’y avait ni convergence dans la composition taxonomique entre les deux villes ni changement de diversité bêta le long du gradient d’urbanisation. Cependant, la ville la plus urbanisée (Montréal) présentait une diversité bêta inférieure à la ville la moins urbanisée (Québec), tandis que les habitats avec un niveau d’entretien faible étaient habituellement moins homogènes que les habitats avec un niveau d’entretien élevé. Finalement, nos résultats soulignent la nécessité d'établir des stratégies de conservation de la flore indigène dans les habitats semi-naturels en milieu urbain, puisque les espèces indigènes étaient fonctionnellement plus diversifiées entre les villes et au sein de celles-ci que l’étaient les espèces exotiques. / Urbanization is recognized as an important driver of broad scale biotic homogenization. This study aim is to understand this relation at local scale while integrating concepts of community assembly. Species plant composition was surveyed along three levels of local urbanization in four microhabitats (hedgerows, wall bases, maintained and unmaintained fences) and in one mesohabitat (wastelands) within Montréal and Québec cities. We compared species and functional richness as well as taxonomic and functional beta diversity among treatments (cities, local levels of urbanization, habitats). Our results did not support homogenization associated with urbanization at either large or local scales, as we did not find any convergence in plant composition between cities nor any change of beta diversity along the urbanization gradient within cities. However, the overall most urbanized city (Montréal) had lower beta diversity than the less urbanized one (Québec) while highly managed habitats were usually more homogeneous than the less managed ones. Finally, our results stress the need to establish conservation strategies of native flora in semi-natural habitats in urban areas since we demonstrated that native species in wastelands were functionally more diverse between cities than exotic species.

La compréhension des mécanismes de défense mis en place lors de la résistance des plantes vis-à-vis d'agents pathogènes a pour objectif de proposer des alternatives à l'utilisation de produits phytosanitaires utilisés en agriculture. Dans une première partie, nous avons étudié les mécanismes moléculaires impliqués dans la résistance induite aux pathogènes par l'acide β-aminobutyrique (BABA) chez la vigne. En effet, cet acide aminé non protéique favorise un état physiologique particulier, appelé potentialisation, dans lequel la plante est capable de mobiliser plus rapidement et/ou plus intensément ses réactions de défense en réponse à un stress. Contrairement aux éliciteurs comme les oligogalacturonates (OG), nous avons montré que le BABA seul n’induisait pas les événements précoces de signalisation sur suspensions cellulaires de vigne, tels que les variations de la concentration en calcium cytosolique libre ([Ca2+]cyt), la production de monoxyde d’azote (NO), la production d’H2O2, la phosphorylation de MAPkinases, ni l’expression de gènes de défense. Seules la production d’H2O2 et l’expression plus intense du gène RbohD codant une NADPH oxydase sont potentialisées par le BABA dans les suspensions cellulaires élicitées par les OG. In planta, le BABA potentialise également une production d’H2O2 en réponse à l’infection par l’oomycète Plasmopara viticola. L’utilisation d’un inhibiteur de NADPH oxydase abolit complètement cette production d’H2O2 et bloque partiellement la résistance induite par le BABA. Nous montrons donc que la potentialisation de la production d’H2O2 dépendante d’une NADPH oxydase contribue à l’établissement de la résistance induite par le BABA chez la vigne. Une deuxième partie a permis d’appréhender les événements cellulaires impliqués dans la résistance des plantes en se focalisant sur le mutant pad2 (phytoalexin deficient) d’Arabidopsis thaliana. Ce mutant présente une sensibilité accrue à différents pathogènes et contient un taux de glutathion de l’ordre de 20 % par rapport à l’écotype sauvage. Nous avons tout d’abord montré que le faible taux de glutathion dépendait d’une quantité réduite de la première enzyme de sa biosynthèse, la glutamate-cystéine ligase. Le glutathion étant impliqué dans la mise en place des réactions de défense, nous avons tenté de définir le lien entre la déficience en glutathion et la sensibilité de pad2 aux pathogènes. Nous avons tout d’abord montré que pad2 possédait un état redox du glutathion plus oxydé que le sauvage. Une analyse transcriptomique à l’état basal a révélé que la plupart des gènes différentiellement exprimés étaient réprimés chez pad2. Parmi ces gènes, certains codent des protéines impliquées dans les flux d’ions qui pourraient déréguler la dépolarisation membranaire. Nous avons ainsi confirmé que la dépolarisation de la membrane plasmique est amoindrie chez pad2 en réponse aux OG. De plus, des événements en aval tels que la production d’H2O2 et la production de NO sont également plus faibles chez le mutant par rapport au sauvage. Cette absence de la production d’H2O2 a également été spécifiquement observée sur plantes pad2 infectées par l’oomycète Phytophthora brassicae. Il en résulte un développement accru du pathogène corrélé à une absence de réponse hypersensible, une mort cellulaire localisée normalement observée dans le cas du sauvage résistant. En réponse aux OG ou à l’infection par P. brassicae, les analyses transcriptomiques font ressortir un fort enrichissement de gènes relatifs à la dégradation des protéines chez pad2. De manière globale, nos résultats suggèrent que la déficience en glutathion chez pad2 pourrait profondément modifier le turn-over des protéines, perturbant ainsi la signalisation cellulaire et les réponses biologiques associées. / Alternative strategies are required to reduce pesticide input into the environment for effective and sustainable plant protection. One solution is the activation of plant basal resistance that relies on the application of resistance inducer molecules. In the first part of this study, we analyzed the mode of action of β-aminobutyric acid (BABA), a non-protein amino acid, in the grapevine induced resistance. BABA confers a physiological state, called priming, during which plants are able to mobilize better and/or more rapidly defense responses to biotic or abiotic stress. Unlike oligogalacturonides (OG), we showed that BABA did not induce early signaling events in grapevine cells such as variations of cytosolic free calcium concentration, H2O2 and nitric oxide production, MAPkinase phosphorylation, nor the expression of defense-related genes. Among them, only H2O2 production and the expression of RbohD gene, which encodes a NADPH oxidase, are primed by BABA in OG-treated cells. Moreover, BABA-treated plants display a stronger accumulation of H2O2 in response to the oomycete Plasmopara viticola. Application of an NADPH oxidase inhibitor completely abolishes this H2O2 production and leads to a reduction of BABA-induced resistance against P. viticola. These data suggest that the priming of an NADPH oxidase-dependent H2O2 production contributes to BABA-induced resistance in grapevine. The second part consisted to analyze molecular events involved in plant resistance by using the pad2 (phytoalexin deficient) mutant of Arabidopsis thaliana which is susceptible to a broad range of pathogens. We showed that the glutathione depletion depends on the low amount of glutamate-cysteine ligase protein, the first enzyme involved in its biosynthesis. We studied molecular events, which are involved in defense mechanisms, to understand the impact of the glutathione content on pad2 susceptibility. Our results show that the redox state of glutathione is more oxidized in pad2 than in wild type Col-0. Since cellular redox state change is known to regulate gene expression, a basal transcriptome analysis has been performed in pad2 and wild type plants. Interestingly, most of the identified genes in pad2 are down-regulated, some of them encoding proteins involved in ion fluxes. As expected, the plasma membrane depolarization and events downstream like H2O2 and NO production are impaired in pad2 in response to OG. During infection with Phytophthora brassicae, the lack of H2O2 production is concomitant with an absence of the hypersensitive response, a localize cell death observed in the resistant wild type. After OG treatment or P. brassicae infection, microarray analysis brings out genes related to protein machinery including degradation in pad2. Taken together, these data suggest that the depletion of glutathione has an impact on protein turn-over which disturbs cell signaling events and related biological responses.

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La hausse de l’urbanisation et la hausse d’introduction des espèces exotiques qui l’accompagne sont parmi les plus grands risques pour la biodiversité. Les espèces exotiques peuvent non seulement affecter la diversité alpha et réduire les populations d’espèces indigènes, mais également entrainer des changements de la biodiversité bêta. Toutefois, ces phénomènes sont complexes et la littérature sur le sujet présente des résultats variés. C’est pourquoi le but de cette recherche est d’étudier l’influence des espèces exotiques et envahissantes sur la diversité alpha et bêta de 61 boisés urbains de la grande région de Montréal. Nos résultats ont montré que les espèces envahissantes ont un effet plus grand que les espèces non envahissantes sur la diversité alpha. Elles sont toutes deux associées à une hausse de la richesse totale et de la diversité alpha. Toutefois, une hausse du couvert des espèces envahissantes est associée à une diminution de la richesse et du couvert des espèces indigènes. Nos résultats ont également montré qu’un grand couvert en espèces envahissantes provoque des changements significatifs de la diversité bêta en réduisant la différence entre les sites. À l’opposé, lorsque la richesse en espèces exotiques est grande, nous avons observé une différenciation en espèces indigènes qui serait expliquée par la diminution de leur richesse. Pour finir, nous avons constaté que les espèces exotiques et envahissantes sont associées à un changement significatif de la composition en espèces. Nos résultats suggèrent que les espèces exotiques, tout particulièrement les espèces envahissantes, sont associées à des changements importants de la diversité des boisés urbains. Toutefois, des études supplémentaires sont nécessaires pour confirmer si elles sont responsables de ces changements ou simplement le symptôme de perturbations sous-jacentes. / Urbanization and exotic species introduction associated with it are among the most important causes of the current biodiversity crisis. These disturbances are associated with a decrease in native species alpha diversity and with changes in beta diversity worldwide. However, those changes are complex, and studies on this subject show mixed results. Consequently, the impact of exotic species on native flora is still up for debate. In this context, we aimed to study the relationship between exotic and invasive species on the diversity of 61 forest patches in the Metropolitan region of Montreal. Our analysis showed that invasive species had slightly more impact on native diversity than non-invasive ones. However, the effects of invasive and non-invasive species were similar. They both added to the total richness, and their richness was associated with an increase of alpha diversity. They were also associated with a decrease in native species cover and the invasive species with a reduction of native richness. We also found that a high cover in exotic species, especially invasive ones induced homogenization in urban forest patches. However, at high richness, they tend to induce differentiation in native species beta diversity, caused by a decrease in native species richness. Finally, we found that exotic species induce significant changes to the species composition of the forest patches. Our results suggest that exotic species, especially invasive ones, are associated with significant changes in urban forest diversity. However, further research is needed to verify if they are direct actors in those changes or symptoms of underlying disturbances.

L'urbanisation représente une menace majeure pour la biodiversité. Ce mémoire de maîtrise vise à comprendre ses effets sur la composition fonctionnelle et l'homogénéisation biotique dans les forêts riveraines. Des inventaires floristiques ont été réalisés dans 57 forêts riveraines de la région de Montréal. Afin d'étudier la variation de la composition fonctionnelle avec l'urbanisation, des moyennes pondérées de traits par communauté ont été calculées pour les arbres, arbustes et herbacées. Chaque forêt a été caractérisée par des variables relatives au paysage urbain environnant, aux conditions locales des forêts et aux processus spatiaux. Les conditions locales, notamment les inondations, exerçaient une pression de sélection dominante sur les traits. L'effet du paysage était indirect, agissant via l'altération des régimes hydrologiques. La dispersion le long des rivières était aussi un processus important dans la structuration des forêts riveraines. Les changements dans la diversité β taxonomique et fonctionnelle des herbacées ont été étudiés entre trois niveaux d'urbanisation et d'inondation. Alors que l'urbanisation a favorisé une différenciation taxonomique, les inondations ont favorisé une homogénéisation taxonomique, sans influencer la diversité β fonctionnelle. L'urbanisation était l'élément déclencheur des changements de la diversité β, directement, en causant un gain en espèces exotiques et une diminution de la richesse totale dans les forêts très urbanisées, et, indirectement, en entraînant un important turnover d'espèces par l'altération des régimes hydrologiques. Globalement, ces résultats suggèrent que la modification des processus naturels par les activités anthropiques est le principal moteur de changements dans les communautés riveraines urbaines. / Urbanization is a major threat to biodiversity worldwide. This thesis aims at understanding its effects on plant functional composition and biotic homogenization in riparian forests. Floristic inventories were carried out in 57 riparian forests of the Montreal area. To investigate changes in functional composition with urbanization, community weighted means were computed for trees, shrubs and herbs using eight functional traits. Each forest was characterized by variables related to the surrounding urban landscape, local forest conditions and spatial processes. The relative importance of these three subsets on the functional composition was quantified by variation partitioning using redundancy analyses. Local conditions, especially flood intensity, exerted an overriding selection pressure on riparian functional communities. The effect of the landscape was suspected to be indirect, acting on trait patterns likely through alteration of hydrological disturbances in riparian forests. In addition to environmental filtering, dispersal along rivers was also an important process structuring riparian forests. Changes in taxonomic and functional β-diversity for herb species were studied between three urbanization and flood levels. While urbanization led to taxonomic differentiation, flood intensity fostered taxonomic homogenization, both without influence on functional β-diversity. Urbanization was the main trigger for all β-diversity changes, as it directly caused a gain in exotic species and a net species loss in highly urban forests, and indirectly fostered an important species turnover through alteration of the hydrological regime. Overall, these results suggest that the alteration and interruption of natural landscape-scale processes by human activities are major mechanisms underlying changes in urban riparian communities.

L’urbanisation transforme et fragmente le paysage en plus de changer son climat et d’induire une homogénéisation biotique mondiale, c’est-à-dire une perte de biodiversité inter-habitats. Qu’elles soient historiques ou contemporaines, naturelles ou humaines, les nombreuses perturbations au sein d’une ville compliquent l’étude des relations entre les plantes et leur environnement, mais l’originalité de cette thèse est de les décortiquer soigneusement à diverses échelles de temps et d’espace. Mes recherches visent à comprendre l’effet de l’urbanisation sur la diversité floristique et fonctionnelle des boisés. L’étude se déroule à Montréal et sur trois îles environnantes, au cœur de la région la plus peuplée du Québec. J’examine d’abord les changements temporels des communautés végétales d’un boisé, et identifie les processus en cause. La comparaison d’inventaires effectués au Bois-de-Saraguay (96 ha), avec ceux d’une étude similaire menée 30 ans plus tôt, a permis d’atteindre cet objectif. Je regarde ensuite s’il est possible de recourir aux ptéridophytes pour estimer l’intégrité forestière urbaine. À cette fin, la diversité ptéridologique a été répertoriée au sein de 82 boisés (paysage) et de 225 quadrats (microhabitats). Des variables révélatrices des perturbations ont servi à définir les niveaux d’intégrité. En troisième lieu, j’identifie les rôles des contraintes (filtres) associées à l’urbanisation et des processus sous-jacents dans l’assemblage des communautés de sous-bois. Pour ce faire, la diversité des plantes vasculaires de sous-bois a été recensée dans 50 boisés et 431 quadrats. Avec ces données, 18 aspects de la diversité taxinomique et fonctionnelle ont été examinés. Des filtres de grande (paysage) et fine (habitat) échelles ont été définis à partir de variables environnementales et spatiales. Mon dernier objectif consiste à dresser le portrait de la flore de l’aire d’étude. Mon analyse des communautés du Bois-de-Saraguay révèle qu’une homogénéisation fonctionnelle du sous-bois s’y est produite. Celle-ci résulte d’une réorganisation spatiale des populations dans laquelle des espèces similaires — comprenant les plantes ligneuses à fruits charnus et clonales — sont devenues dominantes. Selon mes résultats, ces changements ont commencé grâce à des événements de dissémination des espèces, puis en suivant les perturbations anthropiques en place. Mon analyse de la diversité ptéridologique montre qu’elle diminue dans les boisés perturbés par l’effet d’îlots de chaleur et par l’effet de lisières. Des niveaux d’intégrité du paysage forestier et des microhabitats peuvent donc être indiqués par les ptéridophytes. Mon analyse de la flore de sous-bois montre que les caractéristiques contemporaines des forêts, de la matrice urbaine et des habitats locaux représentent les trois catégories de filtres qui façonnent le plus d’aspects de la diversité végétale. L’histoire forestière influence peu d’aspects, hormis la présence de plantes exotiques par exemple. L’assemblage des communautés est principalement contrôlé par l’environnement et très secondairement par des processus spatiaux tels que la dissémination végétale. L’analyse des filtres révèle que les grands boisés sont riches en espèces, alors que les petits ou ceux de formes allongées favorisent les plantes clonales ou de grande taille. Les plantes se disséminant sans assistance se rencontrent davantage dans les boisés des zones faiblement urbanisées, les arbustes exotiques dans les zones résidentielles et les espèces à fruits adhésifs dans les zones fortement bâties. Les îlots de chaleur font chuter la diversité de traits fonctionnels. À petite échelle, la couverture arborée et arbustive influence fortement le type de diversité des sous-bois. De plus, mes inventaires dévoilent que les boisés étudiés sont très riches en plantes indigènes, qu’ils recèlent encore de nouvelles espèces pour le Québec, et ne comptent pas moins de 20 % de la flore provinciale. En somme, ma thèse milite en faveur de la conservation de l’ensemble des boisés urbains, même ceux de petite taille. / Urbanization transforms and fragments the landscape. It also changes its climate and induces a global biotic homogenization, namely a loss of between-habitat biodiversity. Whether historical or contemporary, natural or human, the numerous disturbances within a city make it difficult to study the relationships between plants and their environment. The originality of this thesis is to dissect them at various scales of time and space carefully. In this context, my main aim is to understand the effect of urbanization on the floristic and functional diversity of woodlands. My study takes place in Montreal and on three surrounding islands of the most populated region of Quebec. I first examine the temporal changes of communities in a forest park and identify the processes involved. The comparison of inventories carried out in the Bois-de-Saraguay (96 ha), with similar surveys conducted 30 years ago, made it possible to achieve this objective. Second, I consider the possibility of using pteridophytes to estimate the urban forest integrity. To this end, I recorded pteridological diversity among 82 woodlands (landscape) and 225 quadrats (microhabitats). I used metrics of disturbances to define the integrity levels. Third, I identify the roles of constraints (filters) associated with urbanization and underlying processes in the assembly of understorey communities. To this aim, I identified the diversity of understorey vascular plants in 50 woodlands and 431 quadrats. From these data, I examined 18 taxonomic and functional diversity aspects. I defined large (landscape) and fine (habitat) scale filters based on environmental and spatial variables. My final objective is to describe the flora of the study area. My analyses reveal that a functional homogenization occurred in the understorey communities of the Bois-de-Saraguay. This homogenization results from a spatial reorganization of communities in which species with similar traits — including woody plants with fleshy fruits and clonality — became dominant. According to my results, these changes began through species dispersal events, then following anthropogenic disturbances in place. Pteridological diversity decreases in woodlands disturbed by the heat island effect and by the edge effect, suggesting that this group of species is a good surrogate for urban forest integrity. My analyses of the understorey flora show that the contemporary features of forests, urban matrix and local habitats represent the three categories of filters that shape the most aspects of plant diversity. Forest history influences few aspects, apart from the presence of exotic plants for example. The assembly of communities is mainly controlled by the environment and secondarily by spatial processes such as plant dispersal. Analysis of the filters reveals that large woodlands are species rich, while small or elongated ones favor tall or clonal plants. Plants with unassisted dispersal are more common in forests located in weakly urbanized areas, exotic shrubs in residential areas, and adhesive-fruit species in highly built-up areas. Urban heat islands significantly reduced the diversity of functional traits. At the fine scale, tree and shrub cover strongly influences the type of understorey diversity. Finally, my inventories reveal that the studied forests are very rich in native plants. They still harbor unrecorded species for Québec and account for no less than 20% of the provincial flora. Overall, my thesis argues for the preservation of all the urban forests, even small ones.