Devant des besoins grandissants en produits biopharmaceutiques pour la santé humaine, les plateformes d'expression végétales proposent une alternative prometteuse aux approches classiques pour la production efficiente de protéines recombinantes. Alors que des études récentes mettaient en lumière l'importance des conditions de culture sur le rendement en protéines dans les plantes, l'impact d'un mode de culture hydroponique sur l'accumulation de ces protéines demeure méconnu, notamment pour l'hôte d'expression Nicotiana benthamiana utilisé couramment pour l'expression de protéines d'intérêt médical. Jusqu'ici, les études s'intéressant à l'impact des conditions de culture ont considéré des plants cultivés en pots alors que l'industrie s'oriente désormais vers des systèmes culturaux hydroponiques mieux adaptés à l'automatisation des procédures et à une utilisation plus rationnelle des ressources du milieu. Dans ce contexte, nous avons testé ici l'hypothèse de recherche selon laquelle un mode de culture hydroponique influence la distribution et l'accumulation d'un vaccin antigrippal, l'hémagglutinine H1, dans N. benthamiana. L'objectif général du projet était de cartographier le patron d'accumulation de l'antigène H1 dans la plante cultivée sous différentes conditions, incluant le mode de culture à proprement parler, différentes densités de culture et des intensités lumineuses variables. En bref, nos résultats indiquent qu'une plante cultivée en gouttières hydroponiques montre une biomasse foliaire redistribuée vers le sommet et un rendement en H1 supérieur comparé aux plantes cultivées en pots. Une densité de culture élevée en mode hydroponique a peu d'incidence sur la production de biomasse foliaire et le rendement en H1 à l'échelle de la plante, y compris lorsqu'exprimé par unité de surface de serre. Enfin, une intensité lumineuse élevée pendant la phase de croissance des plantes en cultures hydroponiques conduit à une biomasse foliaire plus importante avant l'étape d'expression protéique à proprement parler, sans influence marquée toutefois sur le rendement spécifique en antigène H1 dans les feuilles.

La culture de la fraise (Fragaria) est l’une des productions fruitières les plus répandues dans le monde. Ce petit fruit se cultive dans toutes les provinces du Canada et le Québec est considéré comme le leader canadien de cette production. Par contre, la culture fait face à des problèmes récurrents de maladies telluriques qui limitent les rendements. Pour pallier les problèmes phytosanitaires, on explore la possibilité de cultiver les fraisiers dans des systèmes hors-sol. Bien que la culture hors-sol des fraisiers se répande partout à travers le monde, les fruits issus de cette culture sont différents de ceux obtenus en culture au champ du point de vue de la qualité et du goût. L’objectif du présent projet est d’accroître la productivité et d’améliorer la qualité des fruits des fraisiers remontants cultivés hors-sol en optimisant la fertilisation. Nous avons comparé trois solutions nutritives afin de déterminer les rapports K/Ca et K/N favorisant l’obtention d’un meilleur goût des fraises et celle d’un rendement plus élevé. De plus, nous avons étudié l’effet de l’application foliaire de calcium sur le maintien de la texture et sur la durée de conservation des fruits. Les travaux ont porté sur deux sélections génétiques : Seascape de l’Université de la Californie et Charlotte du CIREF en France. De manière générale, la fertilisation potassique provoque une augmentation de la fermeté, sans toutefois influencer l’acidité et la teneur en sucres des fruits. De plus, le nitrate améliore les rendements. Les deux variétés ne répondent pas de la même façon à la fertilisation. De son côté, le Ca foliaire n’a pas eu d’effet sur la fermeté, ni la durée de conservation des fruits.

Le cannabis médical et récréatif (Cannabis sativa L.) est une industrie en pleine expansion au Canada depuis sa légalisation en octobre 2018. Cependant, le peu de connaissance scientifique sur la fertilisation est un enjeu important pour les producteurs afin d'obtenir de meilleurs rendements et d'offrir un produit de qualité. Cela se traduit souvent par une fertilisation excessive ou non adaptée à cette espèce, ce qui impacte la qualité des produits et engendre des coûts plus élevés de production. Le but de cette étude était donc, dans un premier temps, de caractériser les taux de prélèvement des éléments nutritifs du Cannabis sativa lors de la phase de floraison et, dans un second temps, de déterminer pour un génotype l'effet de N, P et K sur la croissance, la productivité et la qualité des inflorescences. Pour ce faire, nous avons réalisé deux expériences. La première expérience s'est déroulée chez un producteur autorisé (IsoCanMed Inc.) utilisant des tours verticales aéroponiques et où deux doses de N (150 et 250 ppm) ont été comparées et l'absorption minérale des plantes caractérisée au cours de la phase de floraison, et ce, pour 2 cycles de production par niveau d'azote. La deuxième expérience s'est tenue dans une serre de l'Université Laval et a permis d'étudier les effets de cinq concentrations de P (25, 50, 100, 150 et 200 ppm) et deux concentrations de K (175 et 250 ppm) pour des plantes cultivées dans un système hydroponique en eau profonde. Nos résultats ont démontré qu'une concentration élevée en N (> 150 ppm) a entrainé une surcroissance des plantes (hauteur des plantes), a diminué la teneur en THC des inflorescences (-9,5%), mais a permis d'augmenter la biomasse florale (+29%) d'un des deux génotypes étudiés. Des concentrations supérieures à 25 ppm de P et 175 ppm de K n'ont toutefois pas amélioré la productivité et la qualité des inflorescences. Les résultats obtenus ainsi que la caractérisation des taux d'absorption des éléments nutritifs au cours du développement de la plante nous ont permis de suggérer une fertilisation de référence en N, P et K pour des plantes en phase de floraison et cultivées dans un système hydroponique. Il serait toutefois intéressant de poursuivre ces travaux avec un plus grand nombre de phénotypes et sous différentes conditions lumineuses. / Drug-type cannabis (Cannabis sativa L.) in a booming industry following its legalization in Canada in 2018. However, few scientific studies on the optimal fertilization is a main challenge for producers who aim to harvest high yields with a high cannabinoid content. Thus, this often results in the overuse of fertilizers or not well adapted fertilization that impact the quality and the cost of production. Thus, the aim of this study was to characterize the nutrient plant uptake during the flowering phase and to determine the impact of N, P and K on growth, productivity, and quality of the inflorescence. The first experiment was done within a plant factory at a licensed producer (IsoCanMed Inc.) who uses vertical aeroponic towers. Two levels of N (150 and 250 ppm) were used in two cycles for each treatment to identify their impact on Cannabis and to characterize the nutrient uptake throughout the flowering phase. The second experiment was conducted in a greenhouse located at Laval University in order to test five (25, 50, 100, 150 and 200 ppm) and two (175 and 250 ppm) concentrations of P and K, respectively, by using a deep-water system. Based on our results, N fertilization above 150 ppm resulted in an overgrowth (plant height), a reduction in THC content in the inflorescences (-9.5%), but an improvement in floral biomass productivity (+29%) for one genotype. Concentrations above 25 ppm P and 175 ppm K, however, did not improve the productivity and the quality of the inflorescences. The results obtained as well as the characterization of the absorption rates of nutrients during the development of the plant allowed us to suggest a reference N, P and K fertilization for flowering plants grown in a hydroponic system. However, it would be interesting to continue this work with a larger number of phenotypes and under different light conditions.

La gesse commune (Lathyrus sativus L.) est une légumineuse cultivée principalement en Inde, au Bangladesh et en Ethiopie qui présente des niveaux de résistance élevés pour de nombreuses contraintes abiotiques, telles que la sécheresse et l'inondation. Dans ce travail, les capacités de tolérance du Lathyrus (lignées locales "Raipur" et "Bangladesh") à une autre contrainte abiotique, la présence de plomb, ont été déterminées des points de vue physiologique et moléculaire. Un système expérimental de culture hydroponique a été mis au point pour ces plantes. Le plomb y est introduit sous forme de nitrate de plomb (Pb(NO3)2). Les teneurs en plomb des différents organes des plantes (racines, tiges, feuilles) ont été déterminées par ICP-OES. Les réponses cellulaires dans ces organes ont été étudiées par RTPCR quantitative (PCR en temps réel). Des amorces spécifiques du Lathyrus ont été dessinées à partir des 11 séquences d'ADN complémentaires (ADNc) isolées pour la première fois et séquencées. L'un des ADNc isolé est complet et code une cystéine protéase (LsCP, 427 aa). Les autres sont des ADNc partiels et correspondent à une aspartique protéase (LsAP, 270 aa), deux ascorbate peroxidases cytosolique (LsAPXc, 195 aa) et peroxisomale (LsAPXp, 226 aa), une protéine de choc thermique ("Heat Shock Protein 70" ; LsHSP70, 287), une homoglutathion synthétase (LshGSHS, 329 aa), une glutathion S-transférase (LsGST, 66 aa), une glutathion réductase (LsGR, 336 aa), une phytochélatine synthétase (LsPCS, 64 aa), une phospholipase D a (LsPLDa, 288 aa), un transporteur membranaire spécifique du Pb (LsCNGC, 136) et une protéine soluble (LsABCt, 331 aa). Les plantes exposées au nitrate de plomb accumulent de grandes quantités de métal dans leurs racines sous forme de plomb fortement lié aux tissus. L'accumulation d'ARN messagers de la LsPLDa suggère que les racines subissent une contrainte cellulaire et s'y adaptent. La stimulation de l'expression des gènes LsGST, LsGR et LsAPX correspondrait à la formation de complexes Pb-glutathion et à une activation du cycle ascorbate-glutathion pour la neutralisation des espaces activées de l'oxygène (ROS) délétères. Dans les feuilles exemptes de plomb, l'augmentation de l'expression des gènes LsCP, LsAP, LsAPXc, LsAPXp, LsHSP70, LsGR et LsPCS semble indiquer l'émission d'un signal racinaire transmis de manière systémique vers le reste de la plante où il déclenche la sur-expression de ces gènes. Ceci pourrait permettre aux tissus épargnés par le polluant de se préparer à son éventuelle arrivée. La chélation du Pb avec de l'EDTA dans le milieu de culture conduit à son transport vers les parties aériennes et à son accumulation dans les feuilles. L'expression du gène LsCNGC chez ces plantes est activée dans les feuilles, suggérant une participation de ce transporteur à l'entrée des complexes Pb-EDTA dans le symplasme. Comme observé chez d'autres espèces végétales, le plomb affecte le métabolisme du glutathion chez la gesse commune. Cependant, la mise en évidence d'une réaction systémique en réponse au plomb à partir des racines ainsi que la surexpression de gènes d'autolyse sont réalisées pour la première fois et pourraient être des éléments contribuant fortement à la tolérance au plomb chez cette espace végétale sous-utilisée. / Grass pea (Lathyrus sativus L.) is a legume plant cultivated mostly in India, Bangladesh and Ethiopia. It possesses high tolerance levels to abiotic stresses like drought and flooding. In the present work, the tolerance of Lathyrus sativus L. (local lines "Raipur" and "Bangladesh") to another abiotic stress: lead, has been determined, using a physiological and a molecular approach. A hydroponic culture system has been set up. Lead was introduced as lead nitrate (Pb(NO3)2). Lead contents in various plant organs (roots, stems, leaves) were determined using ICP-OES. Cell responses in these organs were studied using real-time RT-PCR. Grass pea-specific primers were designed from the 11 complementary DNA sequences that were isolated and sequenced here for the first time. One of the cDNA is full-length and codes a cystein protease (LsCP). The others are partial cDNA and code an aspartic protease (LsAP, 270 aa), two ascorbate peroxidases, a cytosolic (LsAPXc, 195 aa) and a peroxisomal (LsAPXp, 226 aa), a heat shock protein 70 (LsHSP70, 287), a homoglutathione synthetase (LshGSHS, 329 aa), a glutathione-S-transferase (LsGST, 66 aa), a glutathione reductase (LsGR, 336 aa), a phytochelatin synthetase (LsPCS, 64 aa), a phospholipase D a (LsPLDa, 288 aa), a membrane transporter specific of lead (LsCNGC, 136) and a soluble protein (LsABCt, 331 aa). The plants exposed to lead accumulate large amounts of the metal in their roots only and the metal is tightly bound to the tissues. mRNA accumulation for LsPLDa suggest that root tissues are under stress and coping. The increases in LsGST, LsGR and LsAPX transcripts suggest that Pb-glutathione complexes are formed and that the ascorbate-glutathione cycle is stimulated to scavenge deleterious activated oxygen species, in the root tissues. In lead-free leaves, LsCP, LsAP, LsAPXc, LsAPXp, LsHSP70, LsGR et LsPCS genes are overexpressed. This indicates that a root signal is emitted by these leaded tissues and transported systemically to the rest of the plant where it stimulates the expression of the genes mentioned above. This could be a prevention mechanism to prepare leaf tissues for the possibility of lead spreading. Chelation of lead with EDTA in the growth medium facilitates the transport of the pollutant to the leaves where it accumulates. In these tissues, the LsCNGC is over-expressed suggesting that this transporter is involved in the translocation of the Pb-EDTA complexes into the leaf symplasm. As was observed previously in other plant species, lead affects glutathione metabolism in grass pea. However, the observation of a systemic signal originating from the leaves in response to lead and the over-expression of autolytic genes are reported here for the first time and could be contributing elements to lead tolerance in this under-utilized plant species.

Titre de l'écran-titre (visionné le 7 août 2023) / La hernie des crucifères causée par le parasite intracellulaire obligatoire Plasmodiophora brassicae est l'une des maladies les plus dévastatrices affectant l'industrie du canola (Brassica napus) dans le monde entier. Actuellement, l'utilisation de cultivars résistants à la hernie des crucifères est la stratégie la plus efficace pour enrayer la propagation et les pertes économiques liées à la maladie. Cependant, certains isolats de P. brassicae ont réussi à contourner la résistance. De plus, la classification des isolats de P. brassicae en fonction de leur capacité à infecter certains hôtes demeure un défi pour l'industrie. Bien que plusieurs systèmes de classification différentielle aient été développés, leur mise en œuvre s'est avérée difficile, laborieuse, coûteuse et difficilement reproductible en raison du biais associé à l'utilisateur. Les principaux objectifs de ce projet étaient de développer un système de phénotypage en culture hydroponique pour caractériser les isolats monosporés de P. brassicae et d'identifier des mesures quantitatives reproductibles pour calculer avec précision l'intensité de la maladie. D'après les résultats, le système de phénotypage développé offre une option fiable, moins coûteuse et reproductible. Il contribuera également à la sélection de nouveaux cultivars de canola résistants à la hernie des crucifères et à l'identification des gènes d'avirulence de P. brassicae qui pourraient déclencher la résistance et qui sont restés très difficiles à identifier jusqu'à présent. / Clubroot, caused by the obligate intracellular parasite Plasmodiophora brassicae, is one of the most devastating diseases affecting the canola industry worldwide. Currently, the use of clubroot-resistant cultivars is the most effective strategy to stop the spreading and the economic losses linked to the disease. However, virulent P. brassicae isolates have been able to break down the resistance and the options to manage the disease are getting very limited. Another challenge for the industry has been the classification of P. brassicae isolates based on their ability to infect certain plant genotypes, and although several differential classification sets have been developed, their implementation has proven to be difficult, laborious, expensive, and hardly reproducible due to user-associated bias. The main objectives of this project were to develop a hydroponic-based phenotyping system to characterize P. brassicae single spore isolates and to identify reproducible quantitative methods to accurately calculate the disease severity level. According to the results, the bioassay developed offers a reliable, less expensive, and reproducible option. This bioassay will also contribute to breeding new clubroot-resistant canola cultivars and the identification of P. brassicae avirulence genes that could be triggering the resistance and have been very elusive to date.

La gesse commune (Lathyrus sativus L.) est une légumineuse cultivée principalement en Inde, au Bangladesh et en Ethiopie qui présente des niveaux de résistance élevés pour de nombreuses contraintes abiotiques, telles que la sécheresse et l'inondation. Dans ce travail, les capacités de tolérance du Lathyrus (lignées locales " Raipur " et " Bangladesh ") à une autre contrainte abiotique, la présence de plomb, ont été déterminées des points de vue physiologique et moléculaire. Un système expérimental de culture hydroponique a été mis au point pour ces plantes. Le plomb y est introduit sous forme de nitrate de plomb (Pb(NO3)2). Les teneurs en plomb des différents organes des plantes (racines, tiges, feuilles) ont été déterminées par ICP-OES. Les réponses cellulaires dans ces organes ont été étudiées par RTPCR quantitative (PCR en temps réel). Des amorces spécifiques du Lathyrus ont été dessinées à partir des 11 séquences d'ADN complémentaires (ADNc) isolées pour la première fois et séquencées. L'un des ADNc isolé est complet et code une cystéine protéase (LsCP, 427 aa). Les autres sont des ADNc partiels et correspondent à une aspartique protéase (LsAP, 270 aa), deux ascorbate peroxidases cytosolique (LsAPXc, 195 aa) et peroxisomale (LsAPXp, 226 aa), une protéine de choc thermique (" Heat Shock Protein 70 " ; LsHSP70, 287), une homoglutathion synthétase (LshGSHS, 329 aa), une glutathion S-transférase (LsGST, 66 aa), une glutathion réductase (LsGR, 336 aa), une phytochélatine synthétase (LsPCS, 64 aa), une phospholipase D a (LsPLDa, 288 aa), un transporteur membranaire spécifique du Pb (LsCNGC, 136) et une protéine soluble (LsABCt, 331 aa). Les plantes exposées au nitrate de plomb accumulent de grandes quantités de métal dans leurs racines sous forme de plomb fortement lié aux tissus. L'accumulation d'ARN messagers de la LsPLDa suggère que les racines subissent une contrainte cellulaire et s'y adaptent. La stimulation de l'expression des gènes LsGST, LsGR et LsAPX correspondrait à la formation de complexes Pb-glutathion et à une activation du cycle ascorbate-glutathion pour la neutralisation des espèces activées de l'oxygène (ROS) délétères. Dans les feuilles exemptes de plomb, l'augmentation de l'expression des gènes LsCP, LsAP, LsAPXc, LsAPXp, LsHSP70, LsGR et LsPCS semble indiquer l'émission d'un signal racinaire transmis de manière systémique vers le reste de la plante où il déclenche la sur-expression de ces gènes. Ceci pourrait permettre aux tissus épargnés par le polluant de se préparer à son éventuelle arrivée. La chélation du Pb avec de l'EDTA dans le milieu de culture conduit à son transport vers les parties aériennes et à son accumulation dans les feuilles. L'expression du gène LsCNGC chez ces plantes est activée dans les feuilles, suggérant une participation de ce transporteur à l'entrée des complexes Pb-EDTA dans le symplasme. Comme observé chez d'autres espèces végétales, le plomb affecte le métabolisme du glutathion chez la gesse commune. Cependant, la mise en évidence d'une réaction systémique en réponse au plomb à partir des racines ainsi que la surexpression de gènes d'autolyse sont réalisées pour la première fois et pourraient être des éléments contribuant fortement à la tolérance au plomb chez cette espèce végétale sous-utilisée.

Au Canada, les producteurs de fraise doivent faire face à plusieurs enjeux majeurs. La période de production est courte, la compétition est forte et la production de plein champ doit composer avec la rémanence d’importants agents pathogènes telluriques. La production hors-sol de fraises pourrait permettre de pallier à ces problématiques. Afin d’optimiser la productivité de la production hors-sol, un dispositif expérimental a été mis en place en 2013 et 2014 à la ferme Onésime Pouliot, sur l’île d’Orléans dans la province de Québec. Ce projet tente de démontrer qu’en production hors-sol, les abris de type parapluie permettent de produire plus de fruits vendables en plus de diminuer les risques de maladie foliaire tout en évaluant certaines méthodes de culture qui pourraient permettre d’allonger la période de production (forçage en serre) ou d’optimiser l’utilisation de l’eau et des fertilisants (matelas capillaire, substrat alternatif). Cinq traitements ont été testés, les quatre premiers sous abri de type parapluie (T1-T4) et le dernier sans couverture (C). Le traitement T1 a été cultivé sur de la tourbe (PE) et T2 sur un mélange de sciure de bois et de tourbe (PS25). Pour T3, c’est le démarrage forcé en serre de plants à racines nues qui a été testé pour allonger la récolte. Le traitement T4 était cultivé en substrat PE et était déposé sur un matelas capillaire. Lorsque comparés avec le témoin, les traitements sous parapluie ont mené à une incidence significativement plus faible du mildiou [Sphaerotheca macularis (Wall. ex Fries)] et un rendement supérieur en fruits vendables. En conditions de croissance protégée, les plants forcés en serre ont permis d’atteindre un pic de production au moment de la période la plus rentable pour les fraises fraîches au Québec pour l’été 2013. Le matelas capillaire (T4) s’est avéré intéressant puisque pour un rendement en fruit semblable, il a permis d’utiliser moins d’eau et de fertilisants. Nos résultats mettent donc la lumière sur le potentiel des abris parapluies en production de fraises hors sol au Québec et offrent des recommandations appropriées quant aux méthodes de production les plus rentables et les plus durables pour les producteurs locaux. / In Canada, the strawberry producers are facing several major challenges. The production period is short, the competition is strong and the production has to deal with important telluric pathogens. The soilless production could help overcome these problems. To maximize productivity, experimental device was set up in 2013 and 2014 to Onésime Pouliot farm on the island of Orleans in the province of Quebec. This project seeks to demonstrate that in soilless production, the umbrella like rain shelter can produce more marketable fruit and decrease the risk of foliar disease. The project also aimed to evaluate some methods of culture that could help to extend the production period (greenhouse forcing) or optimize the use of water and fertilizers (capillary mat, alternate substrate). Five treatments were tested, the first four under umbrella like rain shelters (T1-T4) and the last one without coverage (C). The treatments T1 was grown on peat (PE) and T2 on a mixture of sawdust and peat (PS25). For T3, plants forced greenhouse were tested to extend the harvest. T4 treatment was cultivated on PE substrate and deposited on a capillary mat. When compared with the control, umbrella covered treatments led to a significantly lower incidence of late blight [Sphaerotheca macularis (Wall. Ex Fries)] and a higher yield of marketable fruit. In protected growing conditions, the plants forced in greenhouses achieved peak production at the most profitable period for fresh strawberries in Quebec for the summer of 2013. The capillary mat (T4) proved interesting since for a similar yield fruit, it had to use less water and fertilizer. Our results put lights on the potential of using umbrella production above ground strawberries in Quebec and offers appropriate recommendations as to the most cost-effective and sustainable production methods for local growers.

Cette étude vise à évaluer le rôle du silicium (Si) sur l’amélioration de la croissance et de la tolérance au cuivre (Cu) du bambou, plante utilisée en phytoremédiation. Plusieurs approches ont été choisies. Dans un premier temps, la répartition et la variabilité de Cu et Si ont été étudiées dans plusieurs espèces de bambous se développant dans un contexte pédoclimatique naturel afin d’établir des concentrations de référence pour ces éléments. Des cultures hydroponiques ont ensuite permis de caractériser de manière macroscopique la réponse des bambous à des apports de Si et Cu, et, parallèlement, d’étudier la spéciation de Cu et la localisation de Si et Cu au sein des différents organes du bambou (racines, tiges, feuilles).Les concentrations en Si et Cu présentent des différences significatives entre les principaux types de bambous, suggérant l’importance d’un caractère génotypique responsable de l’absorption de ces éléments. Face à une toxicité au cuivre, un apport de Si modifie la spéciation de Cu dans les tissus du bambou, sans toutefois améliorer significativement sa tolérance. Il apparaît que la stratégie principale du bambou pour gérer de fortes concentrations de Cu est tout d’abord une importante séquestration dans les racines, puis une complexation de Cu avec des composés soufrés organiques et inorganiques. Les résultats de cette étude permettront d’optimiser les technologies liées aux capacités épuratives des bambous face à une pollution métallique. / This study aims at assessing the role of silicon (Si) on the plant growth and alleviation of copper (Cu) toxicity in bamboos. Several approaches have been performed. Firstly, the distribution and variability of Si and Cu were investigated in several bamboo species grown under natural pedo-climatic conditions in order to obtain reference values for Cu and Si in bamboos. Secondly, hydroponic experiments were carried out to characterize the macroscopic response of bamboo plants exposed to Si and Cu and, investigated in parallel the Cu speciation and Si and Cu localisation in different part of bamboos (roots, stems, leaves).Significant differences were measured between bamboo species, suggesting that a genotypic character may be responsible for Si and Cu accumulation. Silicon supplementation modified the Cu speciation but did not induce significant improvement of Cu tolerance. The main strategy of bamboo to cope with high Cu concentrations in its tissues is initially an important sequestration in the roots apoplast, mainly in epidermis, and then a Cu complexation with organic and inorganic sulphur compounds. These results will allow the optimisation of phytoremediation processes using bamboo plants.