La compréhension des mécanismes déterminant le succès des espèces invasives est une étape essentielle dans la gestion des invasions biologiques actuelles et la prédiction des futurs risques d’invasion. En adoptant un cadre d’étude conceptuel intégrant les processus écologiques et évolutifs, l’objectif de ce travail était d’analyser les déterminants de la colonisation de l’ambroisie à feuilles d’armoise en France. Tout d’abord, l’étude des interactions biotiques et abiotiques a permis de montrer la capacité de tolérance de l’ambroisie à l’herbivorie et au stress hydrique. L’ambroisie est capable de tolérer la défoliation grâce à une croissance compensatoire efficace, sans que sa reproduction en soit affectée. Cette forte tolérance à l’herbivorie est maintenue chez les populations introduites, malgré la faible pression des ennemis naturels dans la zone d’introduction. En condition de stress hydrique, l’ambroisie produit une biomasse racinaire supérieure aux espèces présentes dans les communautés qu’elle envahit. De plus, les différences dans les valeurs moyennes pour les traits mesurés suggèrent une occupation différente par l’ambroisie des niches écologiques disponibles. La comparaison en jardins communs de populations de l’aire d’origine avec des populations de l’aire d’introduction isolées et issues du foyer central d’invasion a montré que l’adaptation de l’ambroisie à son environnement reposait principalement sur la plasticité phénotypique plutôt que sur la différenciation des traits. Les études de génétiques quantitatives ont mis en évidence un potentiel évolutif élevé pour les traits liés à la germination. Les traits liés à la morphologie, à la phénologie et à la physiologie de la plante montrent une variance additive et une héritabilité plus faibles et donc un potentiel évolutif moindre. En revanche, la variation dans les normes de réaction indique un potentiel évolutif important de la plasticité phénotypique. La tolérance au stress hydrique et à l’herbivorie sont des facteurs qui potentiellement augmentent la capacité de l’ambroisie à coloniser une large gamme d’habitat. De plus, la plasticité phénotypique et le potentiel évolutif important peuvent favoriser une augmentation ou un déplacement de la niche écologique de l’espèce et ainsi favoriser l’expansion de son aire de répartition / Understanding of the mechanisms behind the success of the invasive species is essential to manage current biological invasions and to prevent the risks of the futures ones. Using a conceptual framework integrating ecological and evolutionary processes, this work aimed to analyse the factors of the common ragweed colonization in France. First of all, the study of biotic and abiotic interactions has shown the ability of common ragweed to tolerate herbivory and water stress. Common ragweed is able to buffer defoliation through an efficient compensatory growth with no consequence on the reproduction. Herbivory tolerance has been maintained in introduced populations even if herbivory pressure is low in the introduction area. Under water stress conditions, common ragweed displayed higher root biomass than the other species present in the communities it invades. In addition, differences in mean trait values suggest different niche occupation by common ragweed compared with its companion species. Common garden experiments comparing native populations vs. invasive isolated and invasive core populations have shown that adaptation ability is mainly due to phenotypic plasticity rather than trait differentiations. Quantitative genetic studies suggest a high evolutionary potential for germination traits. Morphological, phenological and physiological traits exhibit lower standard genetic variation and lower heritability and thus a lower evolutionary potential. However, variation in reaction norms suggests a high evolutionary potential for phenotypic plasticity. Herbivory and water stress tolerance are factors that potentially increase the ability to colonize à large range of habitats. Furthermore, phenotypic plasticity and evolutionary potential may also favour an increase or a shift in species ecological niche and hence may favour the distribution range expansion

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Red alder (Alnus rubra Bong.) is the only tree in British Columbia and the Northwest US to engage in actinorhizal symbiosis to fix atmospheric nitrogen. This study was conducted to explore the plasticity in growth and physiology among 58 17-year-old red alder families in response to variation in climate in two common garden plots, one at Bowser, BC and one at Terrace, BC. Physiological assessments included height and diameter growth, bud flush, water use efficiency as measured by δ13C, cold hardiness as measured by controlled freezing and electrolyte leakage, autumn leaf senescence, and instantaneous and seasonally integrated rates of nitrogen fixation as measured by acetylene reduction and natural abundance δ15N isotope analysis, respectively. Significant differences were identified among families for growth (height and diameter), bud burst stage, leaf senescence, cold hardiness, and bud nitrogen content. No significant differences among families were identified for water use efficiency as measured by δ13C, or for rates of nitrogen fixation as measured by either acetylene reduction or natural abundance δ15N. This study identified possible adaptive differences among red alder genotypes, especially in traits such as bud flush timing, cold hardiness, or nitrogen fixation and their respective contributions to growth. These differences often reflected a tradeoff between growth and the ability to tolerate an extreme environment. Cold hardiness results indicate that red alder families are well adapted to their climate of origin, and may not be able to acclimate sufficiently to a northward assisted migration of genotypes. Nitrogen fixation results demonstrated gaps in our current knowledge of Frankia distribution and impact on the actinorhizal symbiosis in British Columbia. / Graduate

Les plantes sont des organismes immobiles qui doivent répondre et s’adapter à des contraintes abiotiques et biotiques. Parmi les stress biotiques, les maladies virales, établies ou émergentes, peuvent être responsables de pertes de rendement majeures aux conséquences économiques importantes. Face aux phytovirus la lutte génétique constitue le moyen de lutte le plus efficace, le plus respectueux de l’environnement et du consommateur. Comprendre l’interaction entre les plantes et les virus reste indispensable pour rechercher de nouvelles sources de résistances. Ce travail de thèse s’intéresse à l’étude du pathosystème naturel Arabidopis thaliana/Turnip mosaic virus (TuMV). Les essais ont été menés majoritairement en conditions extérieures permettant une analyse de l’interaction dans un environnement multistress. La réponse d’A. thaliana a été explorée par l’étude de traits liés à la maladie et par la variation en métabolites primaires et secondaires. Ce travail a permis i) de caractériser de façon fine la réponse d’A. thaliana au TuMV en conditionsmultistress en exploitant la diversité naturelle d’une population mondiale et française ii) de déterminer l’architecture génétique de cette interaction par des approches de génétique d’association et de QTL mapping. Plusieurs nouveaux loci potentiellement impliqués dans la réponse ont été identifiés iii) de montrer l’intérêt du phénotypage métabolique pour discriminer les accessions en fonction de leur sensibilité au TuMV. La multidisciplinarité des approches constitue la richesse de ce travail de thèse qui contribue à une meilleure caractérisation et compréhension de la réponse des plantes lors d’une infection virale. / Plants are immobile organisms which have to adapt to abiotic and biotic constraints. Among bioticstress, established or emerging viral diseases, may be responsible for major yield losses withsignificant consequences. Genetic control is the most effective, environmentally and consumerfriendlyway to control viral infections. Understanding plant/virus interactions remains essential tosearch for new sources of resistance. This work, focuses on the study of the natural pathosystemArabidopsis thaliana/Turnip mosaic virus (TuMV). Most of the trials were conducted in commongarden conditions allowing the analysis of the interaction in a multistress environment. A. thaliana’sresponse was explored through the study of disease-related traits and the variations in primary andsecondary metabolites. This work allows i) the fine characterization of A. thaliana’s response toTuMV in multistress conditions through the exploration of the natural diversity of a world and Frenchpopulation ii) to determine the genetic architecture of this interaction by genome wide associationsand QTL mapping. Several new loci potentially involved in the response have been identified iii) tohighlight the interest of metabolic phenotyping to discriminate accessions according to theirsusceptibility to TuMV. The multidisciplinary approaches contribute to a better characterization andunderstanding of plant-virus interaction.

Le brachypode rameux (Brachypodium retusum) est une espèce herbacée pérenne qui domine les pelouses sèches de Méditerranée occidentale. Dans notre zone d’étude du Sud de la France, la recolonisation spontanée est très faible après perturbation du sol. Cette observation ne correspond pas aux résultats d'études menées dans d'autres régions montrant une capacité de colonisation élevée. L'objectif principal de cette thèse était donc de tester les différentes hypothèses pouvant expliquer les différents patrons de colonisation.Dans un premier chapitre, nous avons testé si ces différents patrons de colonisation résultent d'une différenciation génétique entre les populations. Des marqueurs AFLP ont été utilisés pour analyser la structure génétique de 17 populations de Méditerranée occidentale dont la différenciation neutre entre populations. Dans un sous-échantillon de 13 populations françaises, la différenciation de traits phénotypiques sous sélection a été testée dans un jardin commun et comparée à la différenciation neutre. Dans le deuxième chapitre, nous présentons une étude sur la différenciation adaptative des traits phénotypiques et avons testé une potentielle réponse différentielle à la manipulation de facteurs environnementaux clés. Les deux derniers chapitres de la thèse ont analysé les facteurs environnementaux qui limitent la recolonisation in situ, indépendamment du génotype ou de la population. Dans le troisième chapitre, nous avons testé l’effet du pâturage et du feu sur le recouvrement végétatif ainsi que sur la reproduction sexuée de B. retusum installé. Enfin, dans le quatrième chapitre, nous avons mesuré l’effet de l’arrosage initial et du pâturage sur l’installation de plantules transplantées initialement germées en serre et de plantules issues de semis in situ. Nos résultats ont montré que les populations de B. retusum sont génétiquement différenciées pour les marqueurs neutres mais également pour les traits phénotypiques. Cette différenciation est supérieure à la dérive seule et suggère une adaptation aux conditions environnementales, en particulier aux températures estivales et à la fréquence du gel en hiver. Une réponse différentielle à la manipulation expérimentale de facteurs environnementaux (sol, pâturage, humidité du sol) a confirmé le caractère adaptatif de la différenciation génétique. Les expériences in situ ont montré que le feu a un effet positif sur la reproduction de B. retusum et sur la communauté végétale associée, alors que son recouvrement végétatif n’était pas supérieur à la moyenne de la communauté. L'exclusion du pâturage pendant deux saisons n'a eu d'incidence sur aucun des paramètres mesurés chez les populations adultes. L'arrosage initial a affecté l’installation des plantules au cours de la première saison. Au cours de la deuxième saison, l'effet seul de l’arrosage n'était pas significatif, cependant son effet est resté positif sur la survie uniquement dans les parcelles pâturées. Le pâturage, au début du cycle de vie de B. retusum, a eu un effet négatif sur le recrutement et la croissance des plantules. En conclusion, la différenciation adaptative entre les populations peut avoir contribué aux différences régionales en termes de capacité de colonisation et doit être prise en compte lors du ciblage des populations sources pour l'introduction de plantes en restauration écologique. La réponse positive de B. retusum a indiqué que le feu était une force sélective importante dans le passé qui pourrait être utilisée pour favoriser l'espèce et la communauté végétale associée dans des opérations de conservation et de restauration. L'exclusion du pâturage à court terme est tolérée par les populations adultes de B. retusum, mais l'abandon à long terme entraîne une diminution de son recouvrement par rapport aux graminées pérennes à croissance rapide. / Ramose false brome (Brachypodium retusum) is a perennial herbaceous species that dominates dry grasslands of the Western Mediterranean. In our southern French study area, spontaneous re-colonisation is very low after soil disturbance. This observation does not correspond to the results of studies from other regions showing a high colonisation capacity. The major objective of this PhD thesis was to test different hypotheses potentially explaining the different colonisation patterns.In the first chapter, we tested whether these different colonisation patterns are the result of genetic differentiation among populations. AFLP markers were used to analyse genetic structure including neutral population differentiation in 17 Western Mediterranean populations. In a sub-sample of 13 French populations, differentiation in phenotypic traits under selection was tested in a common garden and compared to neutral differentiation. In the second chapter, we present a study on adaptive differentiation in phenotypic traits testing a potentially differential response to the manipulation of key environmental factors. The last two chapters of the PhD analysed environmental factors that limit re-colonisation in the field independent of genotype or population. In the third chapter, we tested the effect of grazing and fire on vegetative recovery as well as on sexual reproduction of established B. retusum and in the fourth chapter we measured the effect of initial watering and grazing on the establishment of transplanted seedlings pre-grown in a greenhouse and of field-sown seedlings.Our results showed that populations of B. retusum are genetically differentiated in neutral markers but also in phenotypic traits. This differentiation is superior to drift alone and suggests adaptation to environmental conditions, particularly to summer temperature and winter frost frequency. A differential response to experimental manipulation of environmental factors (soil, pasture, soil moisture) confirmed the adaptive character of genetic differentiation. The field experiments showed that fire has a positive effect on B. retusum reproduction and on the associated community whereas vegetative recovery was not higher than community average. Two seasons of grazing exclosure did not affect any of the measured parameters in adult populations. Initial watering affected seedling establishment in the first season. In the second season, the watering main effect was not significant but interestingly the effect remained positive on survival in grazed plots whereas no such effect was observed in exclosures. Grazing in early life cycle stages of B. retusum had a negative effect on seedling recruitment and growth.In conclusion, adaptive differentiation between populations may have contributed to regional differences in colonisation capacity and needs to be taken into account in targeting source populations for plant introduction in ecological restoration. The positive response of B. retusum indicated that fire was an important selective force in the past which may be used to favour the species and its associated plant community in current conservation and restoration management. Short-term grazing exclosure is tolerated by mature B. retusum populations but long-term abandonment results in a decrease of cover relative to high-growing perennial grasses. In early stages of seedling establishment grazing should be avoided to guarantee introduction success - or grazing stress needs to be compensated by watering.