Les larves de Lymantria dispar asiatica (la spongieuse Asiatique) sont des insectes polyphages envahissants qui se nourrissent de plus de 600 espèces végétales. Elles ont pour cibles des espèces de feuillus comme le chêne (Quercus spp.) ou encore les saules (Salix spp), qui sont reconnus comme ses hôtes préférés. Toutefois, dans la forêt boréale du Canada, certaines espèces de conifères sont des espèces à risque face au développement des larves de la spongieuse Asiatique. Généralement, les conifères répondent aux attaques des bio-attaqueurs, par la formation de canaux de résines et de cellules parenchymateuses poly-phénoliques qui sont des structures anatomiques spécialisées dans la production et le stockage des composés de défenses. Ainsi, il est bien établi que dans une population d'arbres, certains individus de résistance apparente vont avoir une différence dans la composition de composé de défenses de leur feuille ou aiguille par rapport aux individus plus fréquemment attaqués par des pathogènes ou insectes. Au travers de tests d'alimentations des larves de la spongieuse, plusieurs études ont déjà permis la catégorisation d'espèces végétales en trois catégories différentes : favorable, intermédiaire et non favorable. Certaines espèces de conifères sont donc plus susceptibles aux attaques de la spongieuse Européenne et Asiatique et les attaques de la spongieuse ont alors un effet important sur la valeur économique des espèces de conifères dans l'industrie du bois. L'étude du profilage métabolique permettrait donc la découverte de métabolites spécifiques qui agiraient chez les conifères comme prédicteurs d'espèces à risque contre de potentiels stress biotiques et abiotiques. Au niveau des peuplements naturels, l'étude des différences entre les profils métaboliques d'individus de résistance apparente et d'individus plus vulnérables permettrait de favoriser les croisements entre parents porteur des gènes responsable du phénotype de résistance à l'herbivorie. Ainsi, l'objectif de ce projet de Maîtrise était d'établir un lien entre le rôle que jouent les métabolites secondaires constitutifs dans la susceptibilité d'une espèce de conifère dans le développement des larves de spongieuse Asiatique. Nous avons donc étudié le développement des larves de la spongieuse Asiatique sur dix espèces de conifères à l'aide d'une expérience d'alimentation artificielle. Nous avons également effectué des extractions de métabolites secondaires en utilisant deux protocoles différents pour les extractions de terpènes et d'acides phénoliques, en utilisant une technique de chromatographie à phase gazeuse et liquide couplé à un spectromètre de masse (respectivement GC et LC-MS). Nos résultats démontraient que parmi les conifères, deux espèces, Pseudotsuga menziesii var. menziesii et Pinus contorta sont des espèces favorables au développement des larves de spongieuse pour deux sous-populations traitées, Beijing et Harbin. Sur quelques espèces de conifères, les sous-populations de Harbin ont un gain de masse et un stade larvaire plus élevés que les sous-populations de Beijing. Cela suggère que les sous-populations de Harbin sont mieux adaptées ou démontrent une meilleure utilisation des espèces nord-américaines. Lors de l'étude des profils de métabolites secondaires, il s'est avéré que les espèces favorables au développement des larves de spongieuse présentaient des différences dans leur profil biochimique à la fois pour les terpènes et les phénols, par rapport aux espèces défavorables telles que Picea abies. Nos résultats devraient aider à fournir les informations nécessaires aux autorités locales de conservation et aux aménagistes forestiers pour déduire de meilleurs plans de contrôle de la propagation de la spongieuse Asiatique en Amérique du Nord. / Lymantria dispar asiatica (Asian gypsy moth) larvae are invasive polyphagous insects that feed on over 600 plant species. Their preferred targets are deciduous species such as oak (Quercus spp.) or willows (Salix spp). However, in Canada's boreal forest, certain conifer species may be at risk for the successful development of Asian gypsy moth larvae. Generally, conifers respond to the attacks of bio-attackers, by the formation of resin channels and poly-phenolic parenchymal cells which are anatomical structures specialized in the production and storage of defense compounds. Thus, it is well established that in a population of trees, certain individuals with apparent resistance will have a difference in the composition of the defense compound of their leaf or needle compared to individuals more frequently attacked by pathogens or insects. Through feeding tests of gypsy moth larvae, several studies have already issued the categorization of plant species into three different categories: favorable, intermediate, and unfavorable. Some conifer species are therefore more susceptible to European and Asian gypsy moth attack and gypsy moth attack then has a significant effect on the economic value of conifer species in the timber industry. The study of metabolic profiling would allow the discovery of specific metabolites which would act in conifers as predictors of species at risk against potential biotic and abiotic stresses. At the level of natural stands, the study of the differences between the metabolic profiles of individuals with apparent resistance and more vulnerable individuals would make it possible to promote crosses between parents carrying the genes responsible for the herbivory resistance phenotype. Thus, the objective of this master's project was to establish a link between the role that constituent secondary metabolites play in the susceptibility of a conifer species in the development of Asian gypsy moth larvae. We therefore studied the development of Asian gypsy moth larvae on ten species of conifers using an artificial feeding experiment. We also performed secondary metabolite extractions using two different protocols for terpene and phenolic acid extractions, using GC and LC-MS, respectively. Our results showed that among conifers, two species, Pseudotsuga menziesii var. menziesii and Pinus contorta are favorable species for the development of gypsy moth larvae from the two studied subpopulations, Beijing and Harbin. Among a few conifer species, Harbin subpopulations have higher mass gain and larval stage than Beijing subpopulations. This suggests that the Harbin subpopulations are better adapted or demonstrate better utilization of North American conifer species. When studying secondary metabolite profiles, it was found that species favorable to the development of gypsy moth larvae had differences in their biochemical profile for both terpenes and phenols, compared to unfavorable species such as Picea abies. Our results should help provide the information needed by local conservation authorities and forest managers to devise better plans for controlling the eventual spread of Asian gypsy moths in North America.

Les analyses transcriptomiques contribuent à la compréhension des fonctions du génome des organismes non modèles comme les conifères, qui ont une importance économique et écologique au Canada. La majorité des études transcriptomiques sur les conifères ont abordé des questions biologiques spécifiques, en se penchant tout particulièrement sur les gènes différentiellement exprimés entre les stades de développement et les conditions biologiques. Ces études sont faites à partir d’un nombre limité de tissus. Notre étude avait des objectifs plus fondamentaux qui étaient d’étudier la structure, la dynamique et l’évolution du transcriptome chez les conifères. Nous avons mené deux études d’expression pour comparer différents tissus (études sur plusieurs tissus), une dont le but était de comparer des espèces et une autre pour analyser la variation temporelle de l’expression de gènes d’un type de tissu au cours d’une saison de croissance. Les données d’expression ont été générées grâce à la méthode d’hybridation utilisant des puces à ADN. Nous avons construit la première puce à oligonucléotide pour les conifères. Comparée aux puces à ADNc utilisées dans d’autres études, notre puce a une plus large couverture du génome avec près de 24 000 gènes de l’épinette blanche (Picea glauca [Moench] Voss.). L’analyse sur plusieurs espèces a montré la conservation des profils d’expression préférentiels aux tissus vasculaires entre des espèces d’épinettes. Nous avons créé la première base de données d’expression tissulaire chez les conifères. Cette base de données, appelée PiceaGenExpress, est issue d’une analyse sur plusieurs tissus qui se base sur des données semi-quantitatives. Pour une autre étude sur plusieurs tissus, nous avons analysé des données quantitatives. Ces analyses ont permis de mettre en évidence l’organisation modulaire du transcriptome et de construire un réseau transcriptionnel du xylème. Dans ce réseau, PgNAC-7 est le gène le mieux connecté et préférentiellement exprimé pendant la formation du bois initial, indiquant ainsi son rôle variable dans le temps. Nos résultats constituent une base des connaissances qui permettent des études sur des sujets indépendants par d’autres auteurs. Nos découvertes sont aussi une base pour le développement de marqueurs pour la sélection génétique des conifères dans une perspective de conservation et d’amélioration. / Transcriptome analyses contribute to the understanding of genome function in non-model organisms such as conifers trees, which are of economic and ecological importance in Canada. Most transcriptome profiling experiments in conifers have addressed specific biological questions, focusing on differential expressed genes between developmental stages or biological conditions and have analysed only a few different tissue types at a time. Our study had more fundamental goals which were to investigate transcriptome structure, dynamics and evolution in conifers. We conducted two gene expression studies comparing different tissues (multi-tissue analysis), as well as an analysis comparing species and another that monitored changes over the course of a growth season within a tissue type. Expression data were generated from microarray hybridizations. We developed the first oligonucleotide microarray in conifers. Compared to the cDNA-based microarrays used in previous studies, it has broader genome coverage with about 24 000 white spruce (Picea glauca [Moench] Voss.) genes. Analysis across species revealed the conservation of vascular tissue preferential expression patterns between spruce species. We built the first gene expression database of tissues in conifers. This database, called PiceaGenExpress, comes from a multi-tissue analysis based on semi-quantitative data. A separate multi-tissue analysis used quantitative data, highlighted the modular organization of transcriptome and, lead to the construction of a xylem transcriptional network. The gene PgNAC-7 was the most connected gene in the network and was preferentially expressed during earlywood formation indicating that its role is temporally variable. Ours results represent a knowledge foundation which has enabled research on several independent topics by other researchers. Our findings are also a basis for the development of genetic selection markers for conifer tree breeding and conservation.

Chez les arbres, la formation du bois dépend de la différenciation d'un tissu vasculaire appelé xylème secondaire. Les parois cellulaires du xylème sont riches en lignines, ce qui leur confère rigidité et imperméabilité indispensables au transport de la sève brute et au maintien du port dressé. La xylogénèse requiert la coordination de l'expression de plusieurs centaines de gènes dans le temps et dans l'espace. Cette coordination est assurée au niveau transcriptionnel par différents médiateurs protéiques, parmi lesquels il y a des facteurs de transcription de la famille MYB-R2R3. Peu de gènes de cette sous famille ont été préalablement caractérisés chez les conifères. Mon travail de thèse a consisté dans un premier temps à identifier plusieurs gènes MYBR2R3 potentiellement impliqués dans la formation du xylème chez les conifères, en particulier chez le pin loblolly (Pinus taeda) et l'épinette blanche (Picea glauca), et à réaliser leur caractérisation moléculaire. Différentes analyses phylogénétiques ont permis de mettre en évidence des similarités et des différences significatives dans la structure de cette famille entre les gymnospermes et les angiospermes. L'expression de ces mêmes gènes a été quantifiée par RT-QPCR, ce qui a révélé que PgMYB2, 4 et 8 sont préférentiellement exprimés dans le xylème secondaire de l'épinette et que leurs transcrits s'accumulent dans le bois de compression. La deuxième partie de mon travail a visé la caractérisation fonctionnelle de deux MYB-R2R3 de pin (PtMYBl et 8) réalisée via leur surexpression constitutive chez des transformants stables d'épinette. Ces deux facteurs MYB induisent une lignification ectopique cependant plus intense avec PfMYB8, qui bloque le développement normal des racines et conduit à la mort des plantules in vitro. L'analyse du transcriptome des plantules transgéniques par biopuces à ADN a dévoilé entre autres, l'augmentation de l'expression des gènes de la synthèse des lignines. La dernière partie de ma thèse est consacrée à la caractérisation fonctionnelle de PtMYBM placé en parallèle sous le contrôle d'un promoteur constitutif et d'un promoteur préférentiel du xylème (gène codant l'alcool cinnamylique deshydrogénase). Les plantules transgéniques ont une synthèse accrue de plusieurs terpènes et produisent de nombreux transcrits potentiellement associés aux mécanismes de défense. / In trees, wood formation depends on the differentiation of a vascular tissue refered to as secondary xylem. Xylem cell walls are rich in lignins, which confer stiffness and impermeability, properties essential for the mechanical support of the tree and for the transport of water and minerals. Xylogenesis requires the coordinated expression of several hundred genes in time and space. The regulation of gene expression is controled at the transcriptional level by different protein mediators, including transcription factors of the R2R3-MYB family. Hitherto, very few genes of this sub-family have been characterized, specially in conifers. The first part of my thesis consists in the identification and molecular characterization of several genes belonging to this family and potentially involved in xylem formation in conifers, particularly in loblolly pine (Pinus taeda) and white spruce (Picea glauca). Phylogenetic analyses highlight the major similarities as well as significant differences in the MYB family structure between gymnosperms (trees) and angiosperms (herbaceous plants and trees). I used qRT-PCR to determine transcript levels of these genes and assess their expression profiles in spruce. The data showed that the spruce transcripts for PgMYB2, 4 and 8 accumulate preferentially in secondary xylem and are upregulated in compression wood. The second part of my work aimed the functional characterization of two pine R2R3-MYB (PtMYBl and 8) via their constitutive overexpression in stable spruce transformants. The overexpression of both of these MYB transcription factors led to ectopic lignification. However, the overexpression of PtMYB8 led to a more intense lignification; it also prevented normal root development leading to the death of the in vitro plantlets. Microarrays analyses of the transgenic plantlets showed that there was a significant upregulation of many lignin biosynthesis genes, among others. The final section of my thesis describes the functional characterization of PtMYB14 based on its overexpression with either a constitutive promoter or a xylem-preferential promoter (gene coding for the cinnanyl alcohol dehydrogenase). Both types of transgenics plantlets accumulated several terpenes compounds and produced numerous transcripts potentially involved in defence mechanisms.

La région méditerranéenne est caractérisée par une biodiversité très élevée. Sur une surface équivalent à moins de 2% de la surface terrestre émergée, elle contient plus de 30 000 espèces de plantes vasculaires, dont 290 arbres, parmi lesquels 70% sont des endémiques strictes ou préférentielles. La biodiversité observée au niveau intraspécifique, est, elle aussi, considérable. Malgré un impact humain pluri-millénaire, les conifères méditerranéens ont une biodiversité génétique intra-population 20% plus élevée et une structuration génétique spatiale 45% plus forte que celle des conifères du reste du monde. Les causes de cette originalité génétique sont à rechercher dans les alternances climatiques Quaternaires, relativement « clémentes » en Méditerranée orientale, et qui ont favorisé l'apparition de nombreux micro-refuges. Des facteurs liés aux contraintes écologiques du climat méditerranéen (sélection), aux barrières géographiques (flux de gènes) et à l'impact humain ont pu modifier, au cours de l'holocène, les structures génétiques issues des refuges glaciaires. Localement, le rôle du système de reproduction reste à analyser. Les conifères méditerranéens sont les espèces « clef de voûte » de nombreux écosystèmes forestiers à tous les étages bioclimatiques. Garantir l'adaptation à long terme de ces écosystèmes, riches mais fragiles, est un enjeu considérable pour la gestion forestière.

Le phénomène grandissant de morcèlement des forêts boréales matures est une source de préoccupation importante pour l'industrie forestière du Québec en raison de l'augmentation des coûts d'approvisionnement qu'il induit. Effectivement, les déplacements de machinerie plus fréquents ainsi que l'augmentation du nombre de chemins à aménager impactent la rentabilité des opérations forestières en forêt morcelée. L'évolution de ce contexte impose la recherche de solutions, incluant l'adaptation des systèmes de récolte utilisés, qui n'ont que très peu été étudiées à ce jour. Le principal objectif de cette maîtrise est d'identifier des systèmes adaptés à la récolte de forêts morcelées, permettant d'amoindrir l'impact financier du morcellement sur l'approvisionnement. Toutes les alternatives possibles se doivent d'être considérées dans la réflexion menant à l'implantation de solutions en forêt. Une approche de sélection employant des analyses successives fut préconisée, de manière à sélectionner itérativement un sous-ensemble de solutions potentielles. Dans un premier temps, une revue exhaustive des systèmes de récolte permit d'en décrire plus de 1 000 différents. De ce nombre, vingt-huit furent retenus pour leur potentiel d'application en forêt morcelée. Ceux-ci furent comparés à l'aide d'un modèle d'évaluation multicritère impliquant des experts. Sept systèmes se démarquèrent des autres, mettant en évidence l'intérêt de considérer l'implantation de systèmes actuellement inexistants au Québec. Une simulation déterministe fut réalisée afin d'estimer les coûts des solutions potentielles et ainsi affiner l'identification de la meilleure alternative. Les résultats démontrent le potentiel du système de bois tronçonnés utilisant des camions auto-chargeurs à grue détachable en contexte de forêt morcelée. L'utilisation du porteur pour charger les camions est également une alternative intéressante, notamment pour la simplicité de son adaptation par rapport au système de bois tronçonnés classique. Il serait à présent intéressant de tester ces systèmes dans un contexte opérationnel contrôlé avant d'en proposer un déploiement à plus grande échelle. / Fragmentation in mature boreal forests is a growing concern for the forest industry of Quebec, due to the increase of wood procurement costs. The more frequent machine relocations and the increasing number of roads to build and maintain compromise the profitability of fragmented operations. This changing reality needs to be addressed, starting with re-evaluating the current operational systems used in fragmented forests, which have received little attention so far. The objective of this master's degree is to identify the most cost-effective harvest systems in fragmented forests. Doing so requires a methodology compatible with the evaluation of a very wide range of potential solutions that can be implemented in these forests. The elaborated approach is based on subsequent analysis gradually reducing the number of alternatives and precising the identification of the best subset. First, an in-depth review of harvest systems resulted in the description of over 1,000 distinct alternatives. Only twenty-eight were considered as conceivable alternatives in the studied context. A multi-criteria evaluation approach involving experts from the forest industry revealed the superiority of seven potential solutions. Lastly, a deterministic simulation model was developed to estimate the harvest costs associated with each system in case studies and narrow down the selection of the best alternative. The results demonstrate the potential of the cross-cut timber system using self-loading trucks with detachable cranes in a fragmented forest context. Of the seven systems, the cut-to-length systems using either removable crane self-loader trucks or forwarders to load trucks presented lower costs in fragmented forest stands. It would now be interesting to test these systems in a controlled operational context before considering large-scale implementation.

Le développement de nouvelles techniques a accéléré l'exploration structurale et fonctionnelle des génomes des conifères et contribué à l’étude de leur physiologie et leur adaptation aux conditions environnementales. Cette thèse s’intéresse à l’évolution des gènes chez les conifères et (i) fait le point sur les facteurs génomiques qui ont influencé la structure des gènes et (ii) analyse une grande famille de gènes impliqués dans la tolérance à la sécheresse, les déhydrines. Notre étude de la structure génique s’est fait à partir de diverses séquences de l’épinette blanche (Picea glauca [Moench] Voss) provenant de clones BAC, de l'assemblage du génome et de l’espace génique obtenu à partir de la technologie de «sequence capture». Par le biais d’analyses comparatives, nous avons observé que les conifères présentent plus de séquences introniques par gène que la plupart des plantes à fleurs (angiospermes) et que la longueur moyenne des introns n'était pas directement corrélée à la taille du génome. Nous avons constaté que les éléments répétitifs qui sont responsables de la très grande taille des génomes des conifères affectent également l'évolution des exons et des introns. Dans la deuxième partie de la thèse, nous avons entrepris la première analyse exhaustive de la famille des gènes des déhydrines chez les conifères. Les analyses phylogénétiques ont indiqué l'apparition d'une série de duplications de gènes dont une duplication qui a provoqué l'expansion de la famille génique spécifiquement au sein du genre Picea. L’analyse démontre que les déhydrines ont une structure modulaire et présentent chez les conifères des agencements variés de différents motifs d'acides aminés. Ces structures sont particulièrement diverses chez l'épinette et sont associées à différents patrons d'expression en réponse à la sècheresse. Dans l’ensemble, nos résultats suggèrent que l'évolution de la structure génique est dynamique chez les conifères alors que l'évolution des chromosomes est largement reconnue comme étant lente chez ceux-ci. Ils indiquent aussi que l'expansion et la diversification des familles de gènes liés à l'adaptation, comme les déhydrines, pourraient conférer de la plasticité phénotypique permettant de répondre aux changements environnementaux au cours du long cycle de vie qui est typique de plusieurs conifères. / Technical advances have accelerated the structural and functional exploration of conifer genomes and opened up new approaches to study their physiology and adaptation to environmental conditions. This thesis focuses on the evolution of conifer genes and explores (i) the genomic factors that have impacted the evolution of gene structure and (ii) the evolution of a large gene family involved in drought tolerance, the dehydrins. The analysis of gene structure was based on white spruce (Picea glauca [Moench] Voss) sequence data from BAC clones, the genome assembly and the gene space obtained from sequence capture. Through comparative analyses, we found that conifers presented more intronic sequence per gene than most flowering plants (angiosperms) and that the average intron length was not directly correlated to genome size. We found that repetitive elements, which are responsible for the very large size of conifer genomes, also affect the evolution of exons and introns. In the second part of the thesis, we undertook the first exhaustive analysis of the dehydrin gene family in conifers. The phylogenetic analyses indicated the occurrence of a series of gene duplications in conifers and a major lineage duplication, which caused the expansion of the dehydrin family in the genus Picea. Conifer dehydrins have an array of modular amino acid structures, and in spruce, these structures are particularly diverse and are associated with different expression patterns in response to dehydration stress. Taken together, our findings suggest that the evolution of gene structure is dynamic in conifers, which contrast with a widely accepted slow rate of chromosome evolution. They further indicate that the expansion and diversification of adaptation-related genes, like the dehydrins in spruce, may confer the phenotypic plasticity to respond to the environmental changes during their long life span.

Le phénomène grandissant de morcèlement des forêts boréales matures est une source de préoccupation importante pour l'industrie forestière du Québec en raison de l'augmentation des coûts d'approvisionnement qu'il induit. Effectivement, les déplacements de machinerie plus fréquents ainsi que l'augmentation du nombre de chemins à aménager impactent la rentabilité des opérations forestières en forêt morcelée. L'évolution de ce contexte impose la recherche de solutions, incluant l'adaptation des systèmes de récolte utilisés, qui n'ont que très peu été étudiées à ce jour. Le principal objectif de cette maîtrise est d'identifier des systèmes adaptés à la récolte de forêts morcelées, permettant d'amoindrir l'impact financier du morcellement sur l'approvisionnement. Toutes les alternatives possibles se doivent d'être considérées dans la réflexion menant à l'implantation de solutions en forêt. Une approche de sélection employant des analyses successives fut préconisée, de manière à sélectionner itérativement un sous-ensemble de solutions potentielles. Dans un premier temps, une revue exhaustive des systèmes de récolte permit d'en décrire plus de 1 000 différents. De ce nombre, vingt-huit furent retenus pour leur potentiel d'application en forêt morcelée. Ceux-ci furent comparés à l'aide d'un modèle d'évaluation multicritère impliquant des experts. Sept systèmes se démarquèrent des autres, mettant en évidence l'intérêt de considérer l'implantation de systèmes actuellement inexistants au Québec. Une simulation déterministe fut réalisée afin d'estimer les coûts des solutions potentielles et ainsi affiner l'identification de la meilleure alternative. Les résultats démontrent le potentiel du système de bois tronçonnés utilisant des camions auto-chargeurs à grue détachable en contexte de forêt morcelée. L'utilisation du porteur pour charger les camions est également une alternative intéressante, notamment pour la simplicité de son adaptation par rapport au système de bois tronçonnés classique. Il serait à présent intéressant de tester ces systèmes dans un contexte opérationnel contrôlé avant d'en proposer un déploiement à plus grande échelle. / Fragmentation in mature boreal forests is a growing concern for the forest industry of Quebec, due to the increase of wood procurement costs. The more frequent machine relocations and the increasing number of roads to build and maintain compromise the profitability of fragmented operations. This changing reality needs to be addressed, starting with re-evaluating the current operational systems used in fragmented forests, which have received little attention so far. The objective of this master's degree is to identify the most cost-effective harvest systems in fragmented forests. Doing so requires a methodology compatible with the evaluation of a very wide range of potential solutions that can be implemented in these forests. The elaborated approach is based on subsequent analysis gradually reducing the number of alternatives and precising the identification of the best subset. First, an in-depth review of harvest systems resulted in the description of over 1,000 distinct alternatives. Only twenty-eight were considered as conceivable alternatives in the studied context. A multi-criteria evaluation approach involving experts from the forest industry revealed the superiority of seven potential solutions. Lastly, a deterministic simulation model was developed to estimate the harvest costs associated with each system in case studies and narrow down the selection of the best alternative. The results demonstrate the potential of the cross-cut timber system using self-loading trucks with detachable cranes in a fragmented forest context. Of the seven systems, the cut-to-length systems using either removable crane self-loader trucks or forwarders to load trucks presented lower costs in fragmented forest stands. It would now be interesting to test these systems in a controlled operational context before considering large-scale implementation.

La production de millions de semis voués à la reforestation est affectée par les problèmes de pourritures racinaires. Afin de développer des agents de biocontrôle adaptés aux pépinières, nous criblons les populations de Pseudomonas spp. des rhizosphères d’épinettes provenant de pépinières et de milieu naturel, pour détecter des gènes de production d’antibiotiques. Nous avons isolé plusieurs souches portant des gènes de production de phloroglucinol, de pyrrolnitrine, de cyanure d’hydrogène et de phénazines. L’analyse de ces gènes montre que pour les producteurs de phloroglucinol, un génotype est dominant dans les pépinières, alors qu’un génotype différent est dominant chez les souches provenant de milieu naturel. Ces dernières possèdent également les gènes de synthèse de la pyrrolnitrine et leur capacité d’inhiber Cylindrocladium floridanum in vitro est supérieur. De plus, en se basant sur la séquence du gène phzC, nous avons isolé trois groupes de producteurs de phénazines, dont deux provenant de milieu naturel et un de pépinière. L’analyse du gène de la portion 16s de l’ARN ribosomal confirme que ces trois groupes appartiennent à différente espèces. / Fluorescent Pseudomonas spp. that produce antibiotics such as 2,4-diacetylphloroglucinol and phenazines show biocontrol activity against many important soil borne fungal pathogens. We isolated several strains of Pseudomonas carrying genes for DAPG and PCA synthesis from the rhizosphere of black spruce (Picea mariana) and white spruce (Picea glauca) in two different conifer nurseries and in one natural stand. Sequence analysis of a portion of the phlD gene revealed that one dominant genotype was present in both nurseries and that a different genotype was dominant in the natural forest. Strains from the natural forestwere also found to have the genes for pyrrolnitrin synthesis but lack pyoluteorin biosynthesis genes. Furthermore, in vitro anitfungal assays against Cylindrocladium floridanum showed a much stronger inhibition by strains isolated from natural forest than from nursery. Analysis of phenazine genes revealed 3 groups of phenazines-producers; one from a nursery and two from natural stand.

Les forêts du monde entier sont menacées de mortalités importantes lors de sécheresses intenses liés au changement climatique. Les conifères en particulier semblent extrêmement vulnérables à la mort par dysfonctionnement hydraulique de leur système vasculaire ou embolie. Le principal objectif de cette thèse est d’étudier la résistance à l’embolie des conifères dans un cadre évolutif. Premièrement, nous avons mis en évidence que la résistance à l’embolie varie d’un facteur neuf sur plus de 250 espèces parmi les 7 familles de conifères, atteignant un nouveau record du monde avec Callitris tuberculata (P50 = -18.8 MPa). Nous avons montré le lien évolutif entre cette résistance et l’anatomie des ponctuations aréolées. En combinant cette base de données unique avec une phylogénie calibrée de plus de 300 espèces, nous avons retracé la diversification des conifères et l’évolution de leur résistance à l’embolie. Nous avons découvert que plusieurs lignées de conifères ont brusquement changé de dynamiques évolutives, avec l’accélération de la spéciation et de l’évolution de résistance à l’embolie. En outre, les conifères plus résistants se sont diversifié plus rapidement, notamment les genres Cupressus, Juniperus et Callitris (Cupressaceae). La diversification de ces derniers s’est accélérée avec l’aridification de l’Australie sur les derniers 30 Millions d’années. Nous montrons que leur xylème a été façonné par la sécheresse, devenant plus résistant à l’embolie mais surtout sans compromettre l’efficience du transport de l’eau ou augmenter son coût de construction. Cette thèse élargit notre compréhension de l’évolution des plantes vasculaire face aux sécheresses intenses. / Forests worldwide are at increased risk of widespread mortality due to intense drought under current and future climate change. In particular, conifer species seem extremely vulnerable to mortality due to hydraulic failure or embolism. The main objective of this thesis was to examine conifer resistance to embolism in an evolutionary framework. Firstly, we uncovered 9-fold variation in resistance to embolism across 250 species from the 7 conifer families, culminating in a new world record in Callitris tuberculata (P50 = -18.8 MPa). We demonstrated the evolutionary relationship between increased embolism resistance and the anatomy of bordered pits. By combining this unprecedented physiological dataset with a time-calibrated phylogeny of over 300 species, we retraced conifer diversification and the evolution of embolism resistance. We discovered multiple evolutionary dynamics with several conifer lineages shifting to higher rates of speciation and trait evolution. We found that conifers with high drought resistance diversified more rapidly, especially crown groups of Cupressaceae composed of the Cupressus-Juniperus clade and the Callitris clade. Within this last group, diversification rates increased over the course of the aridification of Australia over the last 30 million years. We show how their xylem has been shaped by drought, becoming more resistant to embolism, but crucially we found no trade-off with water transport efficiency or construction costs. This work greatly expands our understanding of how vascular plants have evolved to cope with extreme drought.

La présence de nœuds à l'intérieur de la tige est une des caractéristiques internes ayant le plus d'impact sur les propriétés mécaniques du bois. Il existe une grande quantité de modèles décrivant l’impact de la croissance et des stratégies sylvicoles sur le développement des branches et quelques modèles décrivant la géométrie des nœuds. Cependant la difficulté à obtenir des données internes précises explique que très peu d’études se sont intéressées à modéliser les relations entre les caractéristiques morphologiques des nœuds et les caractéristiques externes des branches et de l’arbre. La présente recherche a pour objectif principal d’améliorer nos connaissances de la nature des nœuds (fréquence, répartition, forme et taille) de manière à les intégrer dans des modèles de croissances des arbres. Dans un premier volet, nous avons mis au point un modèle statique de la géométrie des nœuds utilisant seulement 5 paramètres à partir d’une combinaison de deux équations non linéaires. La grande flexibilité de ces équations nous a permis de décrire des nœuds de morphologies très variables. Les paramètres obtenus ont ensuite été exprimés en fonction de caractéristiques externes facilement mesurables, afin d’être intégrables dans un modèle de croissance. Dans un second volet, nous avons analysé le ratio d’allocation de matière entre les nœuds et la tige au cours du développement de l’arbre, puis élaboré un modèle linéaire mixte qui se veut dynamique dans le temps. Ce dernier décrit l’évolution de la morphologie d’un nœud en fonction de la croissance secondaire de la tige. Finalement, par une méthode empirique basée sur deux filtres successifs tenant compte du diamètre des branches et de leur espacement, nous avons pu améliorer le positionnement des unités de croissance le long de tiges d’épinette. Cette délimitation nous a permis de modéliser le nombre de branches dans les unités de croissance ainsi que leurs positions autour et au long du tronc. L’intégration de ces modèles de nœuds couplés à une distribution plus réaliste des nœuds dans le tronc permettra de développer un simulateur de la croissance des arbres capable de représenter la morphogénèse des nœuds à l’intérieur de la tige. / The presence of knots is one of the internal characteristics with the greatest impact on the mechanical properties of wood. Several models describe the impact of tree growth and of silvicultural strategies on the development of branches but fewer models describe the geometry of knots. However, the difficulties to obtain accurate internal data may explain that very few studies have focused on modelling the relationship between the knot morphology and tree and branch characteristics. The main objective of this study was to improve our knowledge of knottiness (frequency, distribution, shape and size) for integration into existing growth models. In a first stage, we developed a static model of knot geometry using only 5 parameters from a combination of two nonlinear equations. The flexibility of these equations allowed us to describe a wide range of knot types. The parameters obtained were then modelled as functions of measurable tree and branch characteristics, to facilitate the integration into a growth model. In a second stage, we analysed the ratio of knot to stem allocation over the tree development, and then developed a mixed effect model that was dynamic in time. The latter describes the evolution of knot morphology as a function of the stem’s secondary growth. Finally, through an empirical method based on two successive filters and using the branches diameter and the distance between them, we were able to improve the positioning of the growth units along black spruce stems. This allowed us to model the number of branches within growth units and their positions along and around the stem. The integration of these knot models coupled to a more realistic distribution of the knots along the trunk will allow the development of a tree growth simulator capable to represent the knot morphogenesis inside the stem.