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.

Le blé est la seconde céréale la plus cultivée dans le monde et constitue un apport majeur de l’alimentation quotidienne. L’effort consenti à continuellement améliorer les qualités meunière et boulangère du blé tendre, s’est fait au détriment du caractère nutritionnel du grain. Ainsi la plupart des produits industriels dérivés des grains de blé sont produits à partir de farines blanches raffinées qui ne contiennent ni le germe ni les sons. Cependant, dans ces différents tissus qui sont éliminés et qui servent essentiellement à nourrir les animaux, se concentrent les principaux micronutriments tels que les vitamines, les minéraux, les fibres et des substances phytochimiques. Les différentes enquêtes épidémiologiques ont bien mis en évidence les conséquences négatives de la déplétion en micronutriments des produits céréaliers raffinés. Dans l’objectif d’une alimentation plus saine voir même préventive, la consommation d’aliments enrichis en micronutriments naturellement présents dans le grain de blé tendre semble être une démarche efficace. Dans cette optique, ce travail de thèse a permis de consolider et d’accroitre les connaissances concernant les voies d’amélioration des teneurs en vitamines des grains de blés tendres ainsi que des produits industriels qui en sont dérivés. En premier, nous nous sommes intéressés au développement d’une méthode simple et rapide basée sur la spectrométrie de masse couplée à la chromatographie liquide pour la détermination simultanée de sept vitamines hydrosolubles dans divers matériels végétaux. Les vitamines présentes dans les différents matériels végétaux furent séparées en moins de 15 min grâce à l’utilisation d’une colonne C18 en phase inverse, et analysées en mode ElectroSpray positif et MRM. La réponse pour toutes les vitamines a été linéaire sur l’ensemble des concentrations étudiées (0.05 to 9 μg/mL) avec des coefficients de corrélation compris entre 0.991 et 1. Les limites de quantification de la méthode analytique ont été évaluées entre 0.09 et 3.5 μg/g. Les précisions intra-journalière et inter-journalière étaient satisfaisantes. La deuxième partie de nos travaux a concerné l’impact des procédés de transformation du grain (production d’une nouvelle fraction de mouture et grillage) sur la teneur en vitamines. Afin de réaliser cette objectif, la méthode développée a été appliquée pour l’analyse simultanée des concentrations en vitamines hydrosolubles contenues dans différentes farines semi-complètes ainsi que dans les pâtons, pains et pains grillés qui en sont dérivés. En parallèle, les concentrations endogènes des vitamines E, de la Lutéine et du β-sitostérol ont également été évaluées dans le même matériel. Nous avons mis en évidence que les concentrations en acide nicotinique, pyridoxale, pyridoxine et acide pantothénique étaient significativement plus élevées dans les gros sons que dans les autres fractions de moutures, alors que les concentrations en β-sitostérol, lutéine, α-tocotriénol, α-tocophérol et thiamine (20.87 μg/g DM)étaient plus importantes dans la fraction de mouture enrichie. L’étape de grillage induit une augmentation significative en α-tocophérol (+216%), β-γ-tocophérol (+52%), α-tocotriénol (+83%), β-γ-tocotriénol (+32%), acide nicotinique (+55%), nicotinamide (+97%) et en pyridoxine (+77%). L’ensemble de ces résultats nous a permis de montrer qu’un enrichissement de farine blanche par la fraction de mouture dite enrichie pourrait potentiellement permettre d’accroître les produits qui en dérive en vitamine E. De plus le grillage pourrait libérer des composés bioactifs, augmentant ainsi leur biodisponibilité et la valeur nutritionnelle des pains. (...) / Wheat is the second largest crop cultivated around the world and constitutes a major part of the daily diet in Europe. During the course of improving the baking quality of wheat cultivar, most of the nutritional attributes have been underestimated. It is therefore unfortunate that most of wheat-based food products are mostly produced from refined white flour from which peripheral tissues (germ and envelopes) are removed. However, these tissues, which are eliminated and serve mainly for animal feeding, contain most of the vitamins, minerals, fiber and phytochemicals of the grain. It is becoming evident that many of the health benefits associated with the consumption of whole grain cereal products, relate to the enhanced intake of micronutrients, phytochemicals and dietary fiber. In the context of consuming wheat derived foods with enhanced nutritional value, as part of a healthy diet, this thesis provide results which strengthen the knowledge of vitamins accumulation in common wheat and in wheat-based food products. Firstly, we have developed a simple and rapid method based on liquid chromatography tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) for the simultaneous screening of seven water soluble vitamins in various wheat-based food materials. The vitamins present in the test materials were separated in less than 15 min by using a reverse-phase C18 column, and analyzed by positive ion electrospray selected reaction monitoring MS/MS. The MS response for all the vitamins was linear over the working range (0.05 to 9 μg/mL) with correlation coefficients ranging between 0.991 and 1. Limits of quantification in the different food materials ranged from 0.09 to 3.5 μg/g. Intra-day and inter-day precision was found satisfactory. The second part of our research, have focused on monitoring the levels of vitamins upon the wheat-based foods processing operations, such as production of new wheat milling fraction (consisting in enriched fraction) and breadmaking toasted bread. In order to achieve this goal, the developed method was applied for the simultaneous analysis of the water-soluble vitamin natural content of different semi-coarse wheat flours and in their corresponding baking products. In addition the vitamin E, Lutein and β-sitosterol natural content was also measured in the same materials. It was shown that the concentration of nicotinic acid, pyridoxal, pyridoxine, pantothenic acid were significantly higher in the coarse bran than in the other milling fractions, while the concentration of β-sitosterol, lutein, α-tocotrienol, α-tocopherol and thiamin (20.87 μg/g DM) were the highest in the enriched fraction. The toasting step induced a significant increased of α-tocopherol (+216%), β-γ-tocopherol (+52%), α-tocotrienol (+83%), β-γ-tocotrienol (+32%), nicotinic acid (+55%), nicotinamide (+97%) and of pyridoxine (+77%). Furthermore, it was demonstrated that the enriched fraction could be a functional ingredient in order to enrich wheat-based products in fat soluble vitamins and that the toasting process could release bound bioactive compounds and led to enhance the nutritional quality of bread. (...)

Le blé dur (Triticum durum Desf, BD), tout comme le blé tendre (Triticum aestivum L. em Thell, BT), est une céréale très touchée par la septoriose, une maladie foliaire causée par le champignon hémibiotrophe Zymoseptoria tritici. D'une part, ce présent travail a permis d'étudier l'interaction compatible du blé-Z. tritici. L'étude de l'interaction compatible chez les pathosystèmes BD/St-08-46 et BT/TO1193 a révélé l'induction des mêmes voies de défense chez les deux pathosystèmes étudiés mais avec différentes intensités. Ensuite, l'étude de l'interaction de Z. tritici avec un cultivar résistant de blé dur a mis en évidence l'association de résistance au champignon est liée à l'inhibition de la pénétration directe, la sporulation et l'activité des enzymes fongiques de dégradation des parois cellulaires de la plante (endo-β-1,4-xylanase, endo-β-1,3-glucanase et protéase). Ces derniers sembleraient être fortement liés à la sévérité de Z. tritici aussi bien chez le dur que le blé tendre. En plus, on a pu démontrer moyennant des analyses qRT-PCR l'intervention de plusieurs gènes dans la résistance du blé dur à la septoriose à savoir les gènes PR2 (β-1,3-glucanase), Chi 4 precursor (précurseur de chitinase de la classe IV), Pox (peroxydase), Msr (méthionine sulfoxide réductase) et Bsil1 (inhibiteur de protéases). D'autre part, le potentiel des stimulateurs de défenses naturelles de plantes (SDPs) à protéger aussi bien le blé dur que le blé tendre contre les maladies fongiques a été évalué. Trois extraits naturels dont les matières actives sont l'acide ascorbique (AA), des oligosaccharides de parois cellulaires de plantes (Oligos) et algue brune (Ascophyllum nodosum, A. nod) ont été testés pour la première fois sur le blé. Leur effet antifongique (direct) ainsi que l'effet inducteur des mécanismes de défense du blé (indirecte) ont été bien caractérisés moyennant des analyses moléculaires, biochimiques et cytologiques. En effet, seul l'AA a montré un effet direct sur la germination des spores et la croissance mycélienne du Z. tritici associé à l'induction des mécanismes de défense du blé. Par contre, les protections obtenues par l'Oligos et l'A. nod semblent être exclusivement liées à leurs propriétés inductrices de la défense qui ont permis de ralentir le développement du champignon ainsi que d'inhiber l'activité des CWDEs fongiques et la sporulation. D'ailleurs, il s'est avéré que les SDPs testés sembleraient agir sur les mêmes mécanismes de défense chez les deux espèces de blé. Ils pourraient induire l'activation (i) des protéines PR, (ii) les enzymes antioxidants (peroxydase et catalase), (iii) les protéines PAL et LOX (enzymes clés de la voie des phénylpropanoides et la voie des octadécanoides, respectivement) et (iv) l'accumulation des H₂O₂ et le dépôt des polyphénols au niveau des sites de pénétration du champignon, ont été mis en évidence. Egalement, ils pourraient emprunter les mêmes voies utilisées par le cultivar résistant Salim en réponse à l'infection par le champignon et pourraient même induire une réponse plus importante des gènes de défense du blé dur tels que les gènes PR2, Pox, Msr, ATPase et Bsil. De même, deux applications (préventif et curatif) des SDPs testés a révélé une protection intéressante contre la maladie associée, dans le cas de l'A. nod et des AA, à une augmentation de la teneur en chlorophylle et l'amélioration de la quantité et de la qualité du rendement du cultivar sensible Karim. Par contre, pour le cultivar résistant Salim l'application des SDPs semble être inutile. En conclusion, l'application des SDPs au bon stade et avec les bonnes concentrations sur des cultivars sensibles pourraient aboutir à des résultats d'efficacité et rendement similaires à celles des cultivars résistants. Ainsi, elle pourrait remplacer l'utilisation des cultivars résistants, surtout avec l'absence de cultivars complètement résistants disponibles pour l'agriculteur en Tunisie. / The durum wheat (Triticum durum Desf, DW) as well as the bread wheat (Triticum aestivum L. em Thell, BW) is strongly affected by septoria leaf blotch (STB) caused by the hemibiotrophic fungus Zymoseptoria tritici. First, the present work was used to study of the compatible interaction wheat-Z-tritici. The study of the compatible interaction among pathosystems BD/St-08-46 Z-tritici strain an BT/TO1193 Z-tritici strain revealed the induction of defense pathways in both studied pathosystems, but with slight differences. Then, the study of the interaction of Z. tritici with a resistant durum wheat cultivar showed the fungus resistance of association is related to the inhibition of the direct penetration, sporulation and the avtivity of the fungal enzymes degrading plant cell walls (endo-β-1,4-xylanase, endo-β-1,3-glucanase and protease). They seem to be strongly related to the severity of Z. tritici in both BW and DW. In addition, this study revealed the involvement of several genes in the resistance of DW against Z. tritici such as PR2 genes (β-1,3-glucanase), Chi 4 precursor (precursor of Class IV chitinase), Pox (peroxidase), Msr (methionine sulfoxide reductase) and Bsil (protease inhibitor). On the other hand, the potential of resistance inducers (RIs) to protect BW and DW against STB disease was evaluated. Three natural extracts based on ascorbic acid (AA), plant cell wall oligosaccharides (Oligos) and brown algae (Ascophyllum nodosum, A. nod.) were tested for the first time on wheat. Their antifungal effect (direct) and the effect of inducing wheat defense mechanisms (indirect) have been well characterized through molecular, biochemical and cytological. We recorded that only AA exhibited a direct effect on spore germination and hyphal growth of Z. tritici associated to the induction of wheat defense mechanisms. However, conferred protection by Oligos and A. nod appears to be exclusively related to their plant defense inducing properties witch promoted the decrease of fungal CWDE activities and sporulation. Moreover, tested SDPs seem to enhance same defense pathways in both wheat species. They could induce the activation of (i) PR proteins, (ii) the antioxidant enzymes (catalase and peroxidase), (iii) the protein PAL and LOX (key enzymes of the phenylpropanoid and octadecanoid pathways, respectively) and (iv) the cytological accumulation of H₂O₂ and polyphenols, were highlighted. Also, they seem to use same pathways involved in durum wheat resistance mecanisms and may even induce a higher response of defense-related genes as PR2, Pox, Msr, ATPase, and Bsil. In general, protection conferred by tested RIs seems to be dependent on their composition, but it remains constant whatever of the wheat species. Similarly, in filed tested RIs conferred as interesting protection against STB associated, in the case of the A. nod and AA, with increased chlorophyll content and improving yield quantity and quality of the susceptible cultivar Karim, while in the resistant cultivar Salim, the application of RIs seems to be useless. In conclusion, protection conferred by tested RIs seems to be dependent on their composition, but it remains constant whatever of the wheat species. The use of RIs may improve the resistance level and yield of susceptible cultivars in order to obtain similar results to the resistant cultivars. Thus, it could replace the use of resistant cultivars especially with the lack of completely resistant cultivars available to farmers in Tunisia.

Mieux connaitre les facteurs qui gouvernent l’apparition des évènements de recombinaison (crossing-overs ; CO) chez le blé tendre (Triticum aestivum L.) est primordial car ce processus est l’outil principal du sélectionneur pour permettre le brassage de la diversité génétique et l’introgression de régions d’intérêt dans des variétés agronomiques. L’utilisation de techniques de cytogénétique développées sur l’orge a permis de comparer la mise en place de la synapse lors de la méiose chez des lignées de blé tendre délétées de tout ou partie du bras long du chromosome 3B et qui avaient été préalablement montrées comme présentant un nombre de chiasmas réduit par rapport à la variété euploïde. Les analyses cytogénétiques couplées à des études bioinformatiques de la séquence montrent que le synapsis a lieu quasiment normalement chez les mutants et que la délétion de certains gènes connus comme impactant le déroulement de la méiose pourrait expliquer le phénotype observé. De plus, le développement de ressources génomiques (SNP, séquence) à destination des sélectionneurs a permis la réalisation de cartes génétiques haute densité des 21 chromosomes ancrées sur la séquence du génome. Tous les chromosomes montrent le même profil de recombinaison avec un accroissement dans les parties distales et une réduction drastique dans les parties centromériques et péri-centromériques. L’exploitation de plus de 250 CO localisés dans des fenêtres de moins de 25 kb sur le chromosome 3B utilisé comme modèle pour l’étude de l’impact de la séquence sur la recombinaison, montre que les profils de recombinaison ancestrale et actuelle sont conservés et que les CO ont lieu préférentiellement dans les parties promotrices des gènes exprimés en méiose ce qui suggère que la conformation chromatinienne influence la recombinaison. Finalement, ces données ont aussi été l’opportunité de détecter des motifs liés à la recombinaison qui présentent des similarités avec celui ciblé par la protéine PRDM9 qui conduit à la recombinaison chez l’humain. Cela suggère que les mécanismes de contrôle de la recombinaison sont conservés chez les eucaryotes. / Better knowledge of the factors that drive recombination (crossovers; COs) in bread wheat (Triticum aestivum L.) is of main interest since this process is the main tool allowing breeders to admix the genetic diversity and to introgress regions of interest in agronomic varieties. We used cytogenetic techniques previously developed on barley to compare the establishment of synapsis during meiosis in deletion lines missing part or whole of the long arm of chromosome 3B of bread wheat and which were previously shown as having a reduced chiasmata number compared to euploid varieties. Cytogenetic analysis combined with bioinformatics studies showed that the synapsis occurs almost normally in mutants and that deletion of some genes known to impact meiosis behavior may explain the observed phenotype. In addition, development of genomic resources (SNPs, sequence) for wheat breeders allowed simultaneous elaboration of high density genetic maps for the 21 chromosomes anchored on genome sequence. All chromosomes present the same recombination pattern with an increase of recombination in the distal parts and reduction in centromeric/pericentromeric regions of the chromosomes. Analysis of more than 250 COs mapped in windows lower than 25kb located on chromosome 3B used as model to study the impact of sequence features on recombination showed that current and ancestral recombination patterns are conserved and that COs preferentially occur in the promoter part of gene expressed in meiosis suggesting that chromatin conformation impacts recombination. Finally, these data were the opportunity to detect recombination-associated motif which presents similarities with the motif targeted by the PRDM9 protein driving recombination in human. This suggests that the control of recombination mechanisms is conserved among eukaryotes.

Triticum aestivum (bread wheat), one of the most globally important cereal crops, is vulnerable to fusarium head blight (FHB). The disease is mainly associated with the pathogen Fusarium graminearum and generates yield losses and mycotoxin contaminated grains with low quality. One possible solution to overcome this problem is the production of FHB resistant wheat varieties by crossing with strongly resistant germplasm from either wheat or closely related species. Thinopyrum elongatum is a wild grass that carries genetic resistance to FHB on the long arm of its chromosome 7E (7EL). In the first part of this research project, five Th. elongatum accessions were characterized for their response to F. graminearum infection. In the second part, BC1F4 progeny derived from the cross CS-ph1b × CS-7E(7D) were characterized to better define the 7E fragments introgressed into the 7D chromosome. Progeny were screened with a series of known 7E-specific genetic markers and for their FHB resistance. Among the 43 wheat plants tested, twelve FHB resistant progeny were shown to carry a similar, smaller 7EL introgressed fragment based on genetic marker screening. To characterize further the introgressed 7EL fragments, additional 7EL-specific markers as well as 7DL-specific markers for homoeologous wheat sequences were designed. As neither wheat nor Th. elongatum genomes were fully sequenced at the time, this made the designing procedure challenging; a cross-walking strategy between wheat and Th. elongatum draft genomic sequences was used. Twelve pairs of markers for homoeologous sequence regions of 7EL and 7DL chromosomes plus six individual 7EL- and four 7DL-specific markers were successfully designed. Nine novel 7EL-specific markers were associated with the smallest 7EL fragment carrying FHB resistance. That smallest introgressed 7EL fragment replaced approximately half of the 7DL chromosome, based on the absence of 7DL markers in some progeny. The novel 7EL- and 7DL-specific markers as well as the proposed genetic order for novel and previously designed markers contributed greatly to the characterization of the introgressed 7EL fragments in the 7DL chromosome. Further analysis of progeny from the next generations of these plants and from other families will be required to confirm the results and possibly obtain much smaller 7EL fragments.