Le blé tendre ou Triticum aestivum possède un génome hexaploïde (2n=6X=42 chromosomes) de très grande taille (17 Gb) formé de trois génomes diploïdes homéologues. Afin de répondre aux nouvelles contraintes sociétales et environnementales, de nouvelles variétés de blé doivent être créées. L’amélioration des variétés peut se baser sur la variabilité génétique, mais également sur les modifications épigénétiques mises en évidence ces dernières années. La méthylation de l’ADN est l’une de ces modifications, et se retrouve sous forme de 5-méthylcytosine (5mC). Le gène METHYLTRANSFERASE1 (MET1) est bien connu pour son rôle dans le maintien de la méthylation de l’ADN au niveau des 5mC en contexte CpG chez Arabidopsis. Afin d’identifier les orthologues de MET1 chez le blé, la méthode de capture de séquence génomiques sur puce à ADN a été combinée avec des analyses bioinformatiques réalisées sur les récentes données de séquençage du génome du blé. J’ai identifié neufs copies du gène TaMET-1 sur les chromosomes 2, 5 et 7, et ce pour les trois génomes homéologues. Deux évènements de duplications géniques semblent être à l’origine de ces neufs copies. Suite à la seconde duplication, les copies du chromosome groupe 5 (groupe 5) ont évolué plus rapidement pour devenir des pseudogènes, peu ou pas exprimés. L’analyse de données d’expression par RNA-Seq a révélé que les copies des groupes 2 sont 10 à 40 fois plus exprimées que celles du groupe 7. Nous avons montré, pour les régions promotrices des groupes 5 et 7, la relation existant entre un faible niveau d’expression, une forte vitesse évolutive et un enrichissement en CpG, ce dernier étant associé avec une forte méthylation. Plusieurs stratégies ont été envisagées afin de valider les fonctions des gènes TaMET-1 : le crible de population de TILLING (Targeting Induced Local Lesions in Genomes), la construction de lignées RNAi ciblant MET1 et l’utilisation de lignées délétées pour la partie du chromosome portant la copie TaMET-1 la plus exprimée. Aucun mutant de TILLING n’a été identifié. Une analyse par conversion au bisulfite est actuellement en cours sur les lignées RNAi et lignées de délétion afin de valider un effet possible sur la méthylation. Ce travail permettra de conclure sur l’identification de lignées capables de modifier les profils de méthylation et qui pourraient être le point de départ pour induire de la variabilité épigénétique. / Bread wheat or Triticum aestivum possesses a large hexaploid genome (2n=6X=42 chromosomes, 17 Gb) formed by three homeologous diploid genomes. To better respond to new societal and environmental constraints, new wheat varieties have to be created. Breeding can use genetic variability and epigenetics modifications highlighted in recent years. DNA methylation is one of the epigenetic marks and is found as 5-methylcytosine (5mC). The METHYLTRANSFERASE1 gene (MET1) is known to be involve in maintenance of 5mC DNA methylation in CpG context. To identify MET1 genes in wheat, a method based on genomic sequence capture and bioinformatics analyses on data from wheat genome were combined. I identified nine copies of TaMET-1 gene on chromosomes 2, 5 and 7, for the three homeologous genomes. These nine copies seem to originate from two duplication events. After the second one, copies from chromosome 5 (group 5) evolved faster to become pseudogenes, not expressed or at a low level. Analysis of RNASeq expression data revealed that group 2 copies are expressed from 10 to 40 times more than the ones from group 7. For the promoter regions of group 5 and 7, we have shown a relationship between low expression level, high evolution rate and CpG enrichment, which is associated with high DNA methylation level. Several strategies were chosen to validate MET1 gene function : screen of TILLING population, construction of RNAi lines and use of deleted-chromosome line for the most expressed TaMET-1 gene. No TILLING mutants were found. An analysis based on bisulfite conversion is in progress on RNAi lines and deleted lines to validate a putative effect on DNA methylation. This work will permit to identify lines able to modify DNA methylation pattern which will be the starting point to induce epigenetics variability.

Face à un contexte croissant d'incertitude, les systèmes agricoles doivent être performants, non seulement dans des conditions moyennes, mais aussi quand les perturbations sont plus importantes. Récemment, de nombreux concepts ont été développés pour étudier la durabilité des systèmes dans des environnements changeants, dont celui de robustesse. Néanmoins, son transfert aux systèmes de grandes cultures reste limité. L'objectif de la thèse est alors de proposer un cadre d'évaluation de la robustesse qui soit opérationnel en conditions de grandes cultures. Nous nous sommes focalisés sur la culture du blé tendre et avons défini la robustesse comme la capacité d'un système agricole à maintenir ses performances de rendement malgré l'apparition de perturbations. Un modèle économétrique défini à l'échelle du système de culture a été développé pour évaluer cette robustesse face à des conditions météorologiques et des niveaux de pression maladies changeants. Il a été appliqué sur 145 exploitations agricoles françaises et 2300 parcelles de blé enquêtées sur la période 2011-2014. Les résultats montrent que la robustesse aux perturbations abiotiques et biotiques varie d'un système de culture à l'autre. Les systèmes les plus robustes (respectivement, les moins robustes) ont pu être identifiés, en tenant compte des niveaux de rendement atteints en conditions moyennes et de la sensibilité de ces rendements à des variations climatiques. Alors que les situations de rendements "élevés" versus "faibles" s'expliquent surtout par des pratiques agronomiques dites d'intensification, ce sont surtout des variables dites de flexibilité qui expliquent la robustesse versus la sensibilité aux perturbations abiotiques. Au-delà de l'intérêt de cette approche pour mieux appréhender la robustesse des systèmes agricoles, la méthodologie développée présente l'avantage de pouvoir être appliquée à d'autres performances et/ou d'autres aléas. / Given increasing uncertainties surrounding the future of agriculture, farming systems need to perform well both in average conditions and in situations presenting substantial variations. Different concepts have been developed in recent years to assess the sustainability of agricultural systems within a context of global change, including the concept of robustness. But its empirical operationalization remains a challenge, particularly with regard to arable cropping systems. The aim of this thesis is to propose a methodological framework for assessing robustness which is operational for arable conditions. Focusing on wheat production, the robustness is defined as the ability of a cropping system to maintain yield performances despite the presence of perturbations. An econometric model defined at the cropping system level is used to assess yield robustness in the face of changing weather conditions and fungal disease pressures. It is then applied to data from 145 French wheat-growing farms and 2,300 wheat plots surveyed over the period 2011-2014. The results show that yield robustness varies widely from one cropping system to another. Cropping systems showing the most and the least robustness to abiotic perturbations were identified on the basis of yield performances under both normal and changing weather conditions. While several management intensification and crop rotation practices differentiate high versus low wheat yield cropping systems, it appears to be flexibility practices that distinguish robust versus sensitive cropping systems. Beyond the interest of this approach per se to understand and improve the robustness of agricultural systems, this methodological framework could also be used to assess other performances and/or risks.

La texture de l'albumen de blé tendre (Triticum aestivum) est une propriété importante du grain qui affecte son comportement au fractionnement, ainsi que la qualité des produits finis. Elle est définie par la dureté et la vitrosité qui sont deux propriétés différentes du blé. La dureté est reliée à l'adhésion entre les granules d'amidon et la matrice protéique (principaux constituants de l'albumen) qui est contrôlée génétiquement à travers l'état des puroindolines (sauvages ou mutées). La vitrosité est associée à la porosité de l'albumen et varie principalement en fonction des conditions de culture. Le principal objectif de ce travail de recherche est de contribuer à la compréhension du lien entre la texture de l'albumen et le comportement des grains à la mouture, en fonction de la génétique (puroindolines) et des conditions de culture (porosité). Des grains issus de lignées quasi-isogéniques, ne différant que par l'état allélique de la puroindoline b (Pinb-D1a pour les soft et Pinb-D1b pour les hard) et cultivés dans deux endroits différents (grains vitreux et farineux) ont été spécifiquement sélectionnés pour distinguer le rôle respectif des puroindolines et de la porosité sur la microstructure de l'albumen et sur les propriétés mécaniques à l'échelle de l'albumen et d'une population de grains. Cette analyse multi-échelles a permis de préciser que l'effet de la porosité de l'albumen domine sur la microstructure pour les grains farineux, indépendemment de la génétique, et que l'adhésion amidon-protéines est également impliquée dans le cas des grains vitreux. La porosité et l'adhésion entre les constituants de l'albumen sont tous deux responsables des différences observées de propriétés mécaniques, de comportement des grains à la mouture et de propriétés de la farine. A l'échelle nanométrique, nous avons réussi à mesurer les propriétés mécaniques locales de l'amidon et du gluten en associant une méthode originale utilisant la microscopie à force atomique (AFM) avec un modèle de tribologie. Pour la première fois, nous avons montré que la dureté de l'amidon est quatre fois plus élevée que celle du gluten, indépendamment de leur origine génétique. Nous avons aussi montré pour la première fois que les propriétés mécaniques de l'interface entre amidon et protéines étaient dépendantes de l'origine génétique des blés, et plus précisément des puroindolines. Ces résultats confirment que la dureté du grain n'est pas liée aux propriétés mécaniques des constituants du blé mais plutôt à l'interface amidon-protéine. Ces données ont été intégrées par la suite dans un modèle numérique qui permet de prédire le comportement mécanique global des échantillons en fonction du degré d'adhésion entre amidon et protéines, l'assemblage granulaire des particules d'amidon et la teneur en protéines. Ce modèle a permis de mettre en évidence l'effet de l'assemblage des granules d'amidon sur les propriétés mécaniques, qui a été jusqu'ici négligé dans l'évaluation de la vitrosité. / Endosperm texture is one of the most important grain properties for fractionation behaviour and end-use quality of common wheat (Triticum aestivum). Hardness and vitreousness are distinct grain properties that are both responsible of grain texture. Hardness is related to the starch and protein (endosperm main components) adhesion that is genetically controlled depending on the wild or mutated puroindolines. Vitreousness is associated to endosperm porosity and is mainly affected by the growing conditions. The principal aim of this PhD work is to contribute understanding the link between endosperm texture and the grain milling behaviour, depending on the wheat genetic background (puroindolines) and growth conditions (porosity). Near-isogenic lines differing only by the puroindoline b allelic state (Pinb-D1a for soft and Pinb-D1b for hard) and grown in different locations (vitreous and mealy kernels) were specifically selected to analyse the endosperm microstructure and mechanical properties at the kernel and grain population scales. The multi-scale analysis pointed out, in mealy grains, the dominant effect of porosity on the endosperm microstructure whatever the genetic background, and showed that the starch-protein adhesion is also involved in vitreous kernels. Both endosperm porosity and starch-protein adhesion are responsible for the distinct endosperm mechanical properties, milling behaviour and flour properties. At the nanoscale, an original nanoscratching method using Atomic Force Microscopy (AFM) was associated with a tribological model to measure the mechanical properties of wheat endosperm main components. For the first time, the hardness of starch was found four fold higher than that of gluten, whatever the genetic origin. Most importantly, the AFM methodology clearly revealed differences in the mechanical properties of starch-protein interface between hard and soft grains. These results confirm that grain hardness is related to the mechanical properties of the starch-protein interface and that the puroindolines nature is involved in these properties. The nano-mechanical properties of starch and proteins determined by AFM were integrated in the numerical modelling to predict wheat fractionation according to the starch-protein adhesion, the starch particles assembly and the protein content. The numerical model highlighted the effect of the starch granular assembly on wheat grains mechanical properties, which has not been taken into account before to evaluate the effect of vitreousness.

Le blé tendre, Triticum aestivum, est une des céréales les plus cultivées dans le monde. Le changement climatique qui se développe actuellement contraint fortement les cultures et altère leur rendement. La compréhension des mécanismes de réponse du blé tendre aux stress abiotiques est donc une problématique d’actualité. Plusieurs grandes familles de facteurs de transcription, dont la famille NAC,interviennent dans le développement de la plante et dans sa réponse aux stress environnementaux. Cette thèse, structurée en 3 volets, est ciblée sur l’étude de la famille NAC chez le blé tendre : les TaNAC. Dans un premier temps, nous avons étudié la structuration génomique et phylogénétique des 488 membres de la famille TaNAC, recensés à partir de la base de données la plus récente du blé tendre.Nous avons aussi étudié l’histoire évolutive de cette famille, qui a été marquée par des événements de duplication et de rétroposition. Enfin, une analyse de sa diversité allélique a permis d’identifier des gènes qui présentent des SNP montrant une forte association avec des paramètres d’accumulation des protéines de réserve dans le grain. Le deuxième chapitre de cette thèse a porté sur l’étude de l’expression de ces 488 gènes TaNAC dans plusieurs organes et en réponse aux stress thermique et sécheresse. Une analyse globale a été réalisée à partir de données bio-informatiques, suivie d’une étude in planta de l’expression d’une sélection de 23 gènes. Les profils d’expression obtenus ont révélé l’existence de 4 gènes TaNAC, encore jamais décrits dans la littérature et qui interviennent dans le développement du grain de blé tendre mais aussi dans sa réponse adaptative à plusieurs stress abiotiques. Le troisième volet de cette thèse a donc porté sur la caractérisation génétique, moléculaire et physiologique de ces 4 facteurs de transcription TaNAC. Ils appartiennent à un clade rassemblant des séquences présentant des similitudes génomique et structurale. De plus, ils sont localisés dans le noyau et leurs profils d’expression sont similaires, avec toutefois un niveau variable entre gènes et entre homéologues pour chaque gène. En réponse à un stress thermique modéré, ce profil d’expression est accéléré au cours du développement du grain ; le stade 120°Cj étant le stade clé qui montre la plus grande différence d’expression de ces gènes entre les conditions contrôle et stressée. Pour des raisons techniques, la production de plantes transgéniques sur- et sous-exprimant ces gènes n’a pas permis de valider l’implication de ces 4 TaNAC dans le développement du grain et en réponse à la température. Une analyse de génétique d’association a toutefois permis de mettre en évidence un lien entre des marqueurs moléculaires situés dans ces gènes et l’accumulation des protéines de réserve.Globalement, les résultats obtenus ont montré que des membres de la famille TaNAC sont impliqués dans le développement du blé tendre et dans sa réponse aux stress abiotiques. Plus particulièrement, 4 facteurs de transcription TaNAC semblent jouer un rôle clé dans l’accumulation des protéines dans le grain en réponse à un stress thermique modéré. / Bread wheat, Triticum aestivum, is one of the most cultivated cereal in the world. The climate change that is currently developing strongly constrains crops and impairs their yield. Understanding the wheat response mechanisms to abiotic stresses is therefore a current issue. Several major families of transcription factors, including the NAC family, are involved in the plant development and its response to environmental stresses. This thesis, structured in three parts, is focused on the study of the NAC family in bread wheat (TaNAC).First, we studied the genomic and phylogenetic structure of the 488 members of the TaNAC family identified from the latest database of bread wheat. We also studied the evolutionary history of this family, which was marked by duplication and retroposition events. Finally, an analysis of its allelic diversity allows us to identify genes with SNP showing a strong association with storage protein accumulation parameters in the grain. In a second part, we studied the expression of these 488 TaNAC genes in several organs and in response to heat and drought. An overall analysis was performed using bioinformatic data, followed by an in planta study of the expression of a selection of 23 genes. The expression profiles revealed that four TaNAC genes, never described in the literature, are involved in the wheat grain development but also in its adaptive response to several abiotic stresses. In a third part, we focused on the genetic, molecular and physiological characterization of these four TaNAC transcription factors. They belong to a clade gathering sequences with genomic and structural similarities. Moreover, they are localized in the nucleus and their expression profiles are similar, with a variable level between genes and between homeologs for each gene. In response to moderate heat stress, this expression profile is accelerated during grain development and a key stage at 120°Cj was identified, it shows the greatest difference in genes expression level between control and stressed conditions. For technical reasons, the production of transgenic plants over- and under-expressing these genes did not validate the involvement of these 4 TaNAC in grain development and in its temperature response. An association genetic analysis, however, showed a link between molecular markers located in these genes and the storage proteins accumulation. Overall, the results showed that members of the TaNAC family are involved in the bread wheat development and its response to abiotic stresses. In particular, four TaNAC transcription factors appear to play a key role in grain protein accumulation in response to a moderate heat stress.

L’agroécologie a des attentes fortes en termes de recherche sur les concepts et sur les méthodes de sélection et de gestion de la diversité. En effet, la prise en compte de la diversité des environnements et des pratiques spécifiques à chaque système agroécologique appelle des approches plus décentralisées, c’est à dire une meilleure prise en compte des interactions génotype × environnement, et associant les savoirs empiriques des praticiens aux connaissances scientifiques.L’objectif de cette thèse est de développer une méthodologie de la sélection participative pour le blé tendre, basée sur la décentralisation et la co-construction entre paysans, associations du Réseau Semences Paysannes et chercheurs de l’équipe DEAP de l’INRA du Moulon. Cette approche vise à créer des variétés-populations adaptées aux environnements et aux pratiques des paysans, à développer des méthodes et des outils opérationnels pour la gestion et la sélection de la biodiversité cultivée à la ferme et à renforcer l’apprentissage et l’autonomie des paysans en matière de sélection.Ce travail a contribué à atteindre ces objectifs, notamment les deux derniers, en se basant sur une approche interdisciplinaire dans les champs de la statistique, génétique quantitative, génétique des populations, bio-informatique et sociologie.Les objectifs ont été en partie atteints avec la création de méthodes et d’outils : fiches de suivi de la culture, base de données permettant de gérer les relations entre lots de semences dans un large réseau d’acteurs, dispositifs expérimentaux à la ferme et méthodes statistiques permettant de prendre en compte le déséquilibre des essais à la ferme, en profitant du large réseau d’expérimentation, afin de réaliser des comparaisons de moyennes dans les fermes et d’analyser les interactions génotype × environnement dans le réseau de fermes, programme informatique qui permet de créer un dossier avec des résultats personnalisés pour chaque paysan, livret technique sur la sélection participative.Une analyse moléculaire et phénotypique montre que le programme de sélection participative s’insère dans la gestion in-situ des ressources génétiques par la création de nouvelles variétés-populations et par leur gestion dans un large réseau de fermes regroupant une grande diversité d’environnements et de pratiques.Les paysans ont renforcé leur apprentissage et leur autonomie. Ils étaient acteurs du programme et leurs pratiques ont évolué avec, par exemple, un nombre croissant de populations évaluées sur le réseau, de sélections et d’échanges de semences entre paysans au fur et à mesure que le projet avançait.Deux innovations émergent de ce projet : organisationnelle et génétique. L’innovation organisationnelle correspond au mode de fonctionnement du projet, basé sur la décentralisation de la sélection directement dans les fermes et la co-construction entre les acteurs et leur mise en réseau. Les innovations génétiques découlent de ce mode d’organisation : une large diversité génétique et phénotypique a été créée, est maintenue et évaluée dans les fermes et de nouvelles variétés populations, issues du programme, sont utilisées par des paysans dans leurs fermes.La méthodologie que nous avons développée est évolutive, flexible et adaptable. Elle place les paysans au coeur de la sélection et de la gestion des ressources génétiques. Ce projet participe à la transition vers un nouveau système semencier adapté à l’agroécologie / Taking into account the diversity of environment and practices to each agroecological system needs decentralized approaches, which means taking into account genotype environment interactions, and associate empirical knowledge from practitioners to scientific knowledge from researchers.The objectives of this PhD is to develop a participatory plant breeding methodology on bread wheat, based on decentralization and co-construction between farmers, NGOs and reasearch team DEAP from INRA Le Moulon.This approach aims to create population-varieties adapted to environments and farmers' practices, to develop methods and tools for breeding and cultivated biodiversity management and to reinforce learning and autonomy of farmers for breeding.This work contributed to reach these objectives, especially the last two, based on an interdisciplinary approach in statistics, quantitative genetic, populations genetic, bio-informatic and sociology.Objectives were partly reach with creation of methods and tools : monitoring sheet of the crop, data base which manage relation between seed lots in a large network of actors, experimental design on farm and statistical methods that take into account the disequilibrium of trials on farm, taking advantage of the large network, in order to make mean comparisons on farm and analyse genotype x environments interactions in the network of farms, software which create a folder with personalised results for each farmer, technical booklet on participatory plan t breeding.A phenotypic and molecular analysis shows that the programme takes part in in-situ management of genetic resources by creating new population-varieties and their management in a broad network of farms.Moreover, farmers reinforce their learning and their autonomy. They were actors of the programme and their practices evolved with, for example, an increasing number of populations evaluated on the network, of selection, of seed exchange between farmers as the project go on.Two innovations emerged from this project : organisational and genetic. The organisational innovation correspond to the way the project worked, based on decentralisation of the selection directly on farms and co-construction between actors and their networked. Genetic innovations are the consequence of this organisation : a brad genetic and phenotypic diversity has been created, and maintain and evaluated on farms and new population-varieties, coming from the project, are used by farmers on their farms.The methodology that we developed is evolutive, flexible and adaptable. It put farmers in the heart of selection and biodiversity management. This project contribute to a transition toward a new seed system adapted to agroecology.

L’amélioration génétique du blé tendre (Triticum aestivum L.), une des trois céréales les plus cultivées, représente un intérêt stratégique pour la sécurité alimentaire de la population mondiale. Cette amélioration génétique va nécessiter une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires et physiologiques mis en jeu, et va aussi réclamer une efficacité accrue dans notre capacité à intervenir finement sur le génome. Les avancées majeures réalisées dans le domaine des biotechnologies ces dernières années permettent d’envisager de nouveaux champs d’action pour appréhender le fonctionnement des caractères d’intérêt agronomique du blé tendre, ainsi que pour son amélioration génétique, et fournissent également de nouveaux outils pour innover dans le domaine de l’édition des génomes. Nous avons cherché dans le cadre de cette thèse à développer des innovations chez blé tendre à partir de trois nouveaux outils issus des biotechnologies. Nous avons tout d’abord montré que l’extinction du gène pds par une stratégie de micro ARN artificiel à partir d’un micro ARN de riz permettait d’obtenir le phénotype attendu, et que l’expression du micro ARN artificiel était reliée à ce phénotype. Nous avons commencé à explorer la possibilité d’utiliser des microARN de blé pour réaliser la même extinction, sans résultat pour l’instant. Nous avons ensuite montré que des coupures spécifiques d’une séquence donnée peuvent être obtenues in vivo chez le blé tendre à l’aide d’une méganucléase, et que lorsque les sites de coupure encadrent une séquence donnée, une délétion du fragment encadré peut être obtenue. Nous avons enfin réalisé les premiers essais du système CRISPR-Cas9 au laboratoire et généré une lignée exprimant le transgène Cas9 de façon constitutive. Des résultats inattendus obtenus dans le cadre de ces expérimentations nous ont de plus permis d’améliorer le procédé de transformation génétique du blé tendre utilisé au laboratoire. Les applications de nos résultats pourront être utilisées pour des expérimentations de validation de gènes et de compréhension des mécanismes moléculaires associés, mais aussi à l’avenir pour intervenir directement et de plus en plus finement sur le génome du blé. Les choix stratégiques en termes de développement technologique et d’innovation dans le domaine des biotechnologies et dans le cadre des objectifs d’un laboratoire public sont discutés. / The genetic improvement of common wheat (Triticum aestivum L.), one of the three most cultivated cereals, is of strategic interest to the food security of the world's population. This genetic improvement will require a better understanding of the molecular and physiological mechanisms involved, and will also require increased efficiency in our ability to modify finely the genome. In recent years, the major advances in biotechnology have made it possible to envisage new fields of action for a deeply understanding of agronomic traits of wheat as well as for genetic improvement, and also provide new tools for innovate in the field of genome editing. In this PhD manuscript, we sought to develop innovations for wheat improvement using three new biotechnology tools. We first demonstrated that the extinction of the pds gene by a strategy of artificial micro RNA succeeded in the obtaining of the expected phenotype and that the expression of the artificial RNA was related to this phenotype. We have begun to explore the possibility of using wheat microRNAs to achieve the same extinction, with no results at this time. We have then shown that specific cuts of a given sequence can be obtained in vivo in wheat using a meganuclease, and that when the cleavage sites frame a given sequence a deletion of the framed fragment may be obtained. We finally carried out the first tests of the CRISPR-Cas9 system in the laboratory and generated a line expressing the Cas9 transgene constitutively. Unexpected results obtained during these experiments have also made it possible to improve the process of genetic transformation of soft wheat used in the laboratory. The applications of our results can be used for gene validation experiments and a better understanding of the molecular mechanisms involved, but also in the future for wheat genome editing. Strategic choices in terms of technological development and innovation in the field of biotechnology and within the framework of the objectives of a public laboratory are discussed.

Des systèmes de culture innovants doivent être proposés pour répondre aux nouveaux objectifs de l'agriculture qui devront allier productivité, respect de l'environnement et rentabilité économique. Les systèmes de culture en semis direct sous couvert végétal (SCV) avec cultures associées permettraient d'atteindre ces objectifs. Si ces systèmes ont en effet montré des intérêts en climat tropical, ils sont presque inexistants en climat tempéré.<br />Cette thèse se propose d'accroître les connaissances scientifiques sur ces systèmes particuliers pour faciliter leur conception et leur évaluation en climat tempéré. Le travail repose sur un dispositif expérimental mis en place à Grignon (Yvelines, France) en 2002 pour trois campagnes culturales. Du blé tendre d'hiver (Triticum aestivum L.) est semé (i) dans un sol labouré, (ii) directement dans les résidus de la culture précédente et, (iii) directement dans six plantes de couverture différentes. En combinant sur ce dispositif une double approche, systémique et analytique, les objectifs de la thèse sont de comprendre, selon l'espèce de couverture, (i) l'impact des différents SCV avec cultures associées sur le rendement de la culture de vente en mettant en évidence les phases de sensibilité aux stress de cette culture, (ii) les relations de compétition et/ou de facilitation pour l'azote et la lumière entre les espèces associées et, (iii) l'évolution, à court terme, de la structure du sol et de ses propriétés hydriques.<br />Ce travail montre que la présence d'une plante de couverture peut réduire, parfois fortement, le rendement de la culture de vente, différemment selon l'espèce de couverture, sa conduite technique et les conditions climatiques ; les phases d'élaboration du rendement qui sont perturbées dans ces situations culturales dépendent aussi de ces trois facteurs. De plus, l'étude met en évidence que la compétition pour le rayonnement lumineux entre les espèces associées est le processus le plus défavorable au rendement du blé.<br />A court terme, il n'apparaît pas de différences marquées entre la structure d'un sol non travaillé sans plante de couverture et celle d'un sol non travaillé avec une plante de couverture. Toutefois, l'étude révèle que les propriétés hydriques peuvent être modifiées selon l'absence ou la présence d'une plante de couverture sur un sol non travaillé sans démontrer de variations importantes de ces propriétés selon l'espèce de couverture.<br />La thèse fournit des informations scientifiques et techniques sur le fonctionnement, en climat tempéré, de peuplements associant sur un sol non travaillé, une culture de vente à différentes plantes de couverture. Elle montre la faisabilité mais aussi les risques des SCV avec cultures associées ; elle permet d'identifier des axes de recherche pour compléter les connaissances et fournir des références pour réduire ces risques.

La septoriose foliaire du blé est la maladie la plus nuisible au nord de l'Europe, entrainant des pertes de rendement et de qualité importantes. L'objectif de ce travail est de comprendre la réponse du métabolisme et des flux N à une manipulation des sources chez des plantes saines, l'influence du champignon sur la sénescence de la plante, en distinguant l'effet localisé autour des symptômes de ceux à distance à l'apex des feuilles atteintes, en condition d'infection naturelle, la réponse du métabolisme et des flux N dans la plante et dans les feuilles malades. Une diminution de disponibilité N se traduit par un ralentissement du remplissage N sans compensation par les autres organes. L'augmentation de disponibilité N ne modifie pas la vitesse de remplissage N des grains, en raison d'un stockage temporaire dans les tiges ou les graines. La perte de surface verte provient i) des symptômes de la septoriose ii) de la sénescence locale induite autour de ces nécroses et iii) de la sénescence apicale qui est liée à la remobilisation N chez les plantes saines. Les résultats suggèrent que la sénescence apicale n'est pas ou peu affectée par la septoriose. L'effet de la maladie sur divers marqueurs biochimiques du métabolisme N de la feuille malade et ses répercussions sur le remplissage N des grains ont été étudiés sous des conduites agricoles contrastées. La cinématique N des organes non infectés n'est jamais modifiée par la maladie des feuilles. Dans les feuilles malades le métabolisme d'assimilation est prématurément remplacé par un métabolisme de remobilisation.

L'agroécologie a des attentes fortes en termes de recherche sur les concepts et sur les méthodes de sélection et de gestion de la diversité. En effet, la prise en compte de la diversité des environnements et des pratiques spécifiques à chaque système agroécologique appelle des approches plus décentralisées, c'est à dire une meilleure prise en compte des interactions génotype × environnement, et associant les savoirs empiriques des praticiens aux connaissances scientifiques.L'objectif de cette thèse est de développer une méthodologie de la sélection participative pour le blé tendre, basée sur la décentralisation et la co-construction entre paysans, associations du Réseau Semences Paysannes et chercheurs de l'équipe DEAP de l'INRA du Moulon. Cette approche vise à créer des variétés-populations adaptées aux environnements et aux pratiques des paysans, à développer des méthodes et des outils opérationnels pour la gestion et la sélection de la biodiversité cultivée à la ferme et à renforcer l'apprentissage et l'autonomie des paysans en matière de sélection.Ce travail a contribué à atteindre ces objectifs, notamment les deux derniers, en se basant sur une approche interdisciplinaire dans les champs de la statistique, génétique quantitative, génétique des populations, bio-informatique et sociologie.Les objectifs ont été en partie atteints avec la création de méthodes et d'outils : fiches de suivi de la culture, base de données permettant de gérer les relations entre lots de semences dans un large réseau d'acteurs, dispositifs expérimentaux à la ferme et méthodes statistiques permettant de prendre en compte le déséquilibre des essais à la ferme, en profitant du large réseau d'expérimentation, afin de réaliser des comparaisons de moyennes dans les fermes et d'analyser les interactions génotype × environnement dans le réseau de fermes, programme informatique qui permet de créer un dossier avec des résultats personnalisés pour chaque paysan, livret technique sur la sélection participative.Une analyse moléculaire et phénotypique montre que le programme de sélection participative s'insère dans la gestion in-situ des ressources génétiques par la création de nouvelles variétés-populations et par leur gestion dans un large réseau de fermes regroupant une grande diversité d'environnements et de pratiques.Les paysans ont renforcé leur apprentissage et leur autonomie. Ils étaient acteurs du programme et leurs pratiques ont évolué avec, par exemple, un nombre croissant de populations évaluées sur le réseau, de sélections et d'échanges de semences entre paysans au fur et à mesure que le projet avançait.Deux innovations émergent de ce projet : organisationnelle et génétique. L'innovation organisationnelle correspond au mode de fonctionnement du projet, basé sur la décentralisation de la sélection directement dans les fermes et la co-construction entre les acteurs et leur mise en réseau. Les innovations génétiques découlent de ce mode d'organisation : une large diversité génétique et phénotypique a été créée, est maintenue et évaluée dans les fermes et de nouvelles variétés populations, issues du programme, sont utilisées par des paysans dans leurs fermes.La méthodologie que nous avons développée est évolutive, flexible et adaptable. Elle place les paysans au coeur de la sélection et de la gestion des ressources génétiques. Ce projet participe à la transition vers un nouveau système semencier adapté à l'agroécologie

Le blé tendre, Triticum aestivum, est une des céréales les plus cultivées au monde et est d'une importance considérable pour l'alimentation humaine, fournissant environ un cinquième des calories consommées par l'Homme. Le rendement en grain chez les céréales dépend majoritairement du nombre et de la taille des grains. Chez le riz (Oryza sativa), le gène GW2 a été isolé dans un locus à effet quantitatif majeur pour la taille et le poids du grain. Ce gène code pour une enzyme E3 ligase de type RING, qui régule négativement la taille et le poids du grain de riz. L'homologue de GW2 chez le blé tendre, le gène TaGW2, est exprimé par trois copies TaGW2-A,TaGW2-B et TaGW2-D, portées par chacun des génomes homéologues A, B et D. Les trois copies présentent des profils d'expression distincts au cours du développement du grain. TaGW2-A a été cartographié dans une région de QTLs pour le rendement, sur le chromosome 6AS ; et du polymorphisme dans sa séquence promotrice et intronique a été retrouvé associé au poids de 1000-grains dans une core collection mondiale de blé tendre. Afin de rechercher la fonction de TaGW2, l'extinction stable des trois copies TaGW2 a été entreprise par ARN interférence. De manière surprenante, les plantes transgéniques montrent des réductions significatives des dimensions et du poids du grain de blé (- 22,5 et - 30% du volume et de la masse du grain, respectivement), ainsi que du nombre de cellules de l'albumen (- 25%), comparé aux plantes témoins dans nos conditions ; suggérant que TaGW2 est un régulateur positif de la taille finale du grain chez le blé tendre. La protéine TaGW2-A a été caractérisée aux niveaux moléculaire et biochimique : elle est une E3 ubiquitine ligase fonctionnelle in vitro, et s'accumule dans la cellule au niveau du nucléole, du nucléoplasme et du cytoplasme. Sa fonction E3 ligase semble notamment influencer sa localisation subcellulaire. Afin de déterminer la ou les voie(s) de signalisation dans la(es)quelle(s) intervient TaGW2, une banque ADNc de grains de blé a été construite et criblée par double-hybride avec 320 acides aminés de la protéine TaGW2-A. Les premiers interacteurs potentiels identifiés suggèrent d'une part un rôle de TaGW2 dans la régulation de la division cellulaire, et d'autre part une fonction E3 Nedd8 ligase, en plus de son activité E3 ligase.