Dans le contexte du changement climatique global, il apparaît essentiel de prendre en compte l?adaptabilité des variétés cultivées à la modification de l?environnement. Dans le cas du peuplier, la sélection de ressources génétiques capables de produire du bois à moindre coût en eau devient alors un critère de choix qui peut être apprécié par l?efficience d?utilisation de l?eau (WUE). De façon à évaluer l?intérêt de développer un programme de sélection sur WUE, il convenait de juger si les variations génétiques de WUE observées sur de jeunes boutures, s?exprimaient encore sur des arbres cultivés en peupleraie sur des sols contrastés. Par ailleurs, afin d?initier une étude du déterminisme moléculaire de WUE, nous avons évalué le degré de variation génétique des protéomes foliaires de huit génotypes de peupliers contrastés pour leur WUE et cultivés dans des conditions d?alimentation en eau variées. Nos travaux ont permis de valider l?existence d?importantes variations génétiques de WUE chez des peupliers cultivés en peupleraie. Toutefois, le type de sol modifiait considérablement le classement des génotypes alors que celui établi sur les sols les plus propices à la populiculture était comparable au classement décrit précédemment en serre. Nos expériences ont également validé la possibilité de distinguer des génotypes contrastés pour WUE à partir de leur protéome foliaire. Nous avons montré que le protéome foliaire de huit génotypes différant par leur WUE présentait d?importantes variations génétiques en réponse à la sécheresse et qu?il existait des liens entre abondances de protéines foliaires et variations génétiques de WUE. / In the actual climate change context, the cultivated varieties will have to cope with the expected environmental modifications. In poplar, the breeding of genetic ressources able to grow with lower water costs becomes therefore, an essential criterion that can be evaluated from water-use efficiency (WUE). In order to assess the interest to develop a breeding program based on WUE, it was agreed to judge if the genetic variation of WUE observed on young cuttings, were still expressed on trees cultivated in poplar plantation on contrasted soils. In addition, in order to initiate a study of the molecular determinism of WUE, we evaluated the degree of genetic variation in the leaf proteome of eight poplar genotypes contrasted for their WUE and cultivated under varied water supply. Our work evidenced consistent genetic variations of WUE in poplars cultivated in a commercial plantation. However, the type of cultivated soil modified considerably the genotypic ranking, whereas ranking established on the most favourable soils for poplar growth, remained comparable with the one described previously in greenhouse. Our experiments also validated the possibility of distinguishing genotypes contrasted for WUE from their leaf proteome. We showed that leaf proteome of eight poplar genotypes differing by their WUE displayed consistent genetic variations in their drought response and that there were relationships between leaf protein abundances and genetic variations of WUE.

Cette thèse visait à caractériser l'architecture hydraulique du xylème chez les hybrides de peuplier Populusdeltoides × P. nigra et à juger de ses relations avec le fonctionnement hydrique et carboné de l'arbre en conditions d'irrigation contrastées. A cette fin, huit génotypes se distinguant par leur discrimination isotopique vis-à-vis du carbone 13 ont été cultivés en pépinière. Nos travaux ont permis de mettre en évidence d'importantes variations entre génotypes pour les caractéristiques anatomiques du xylème, l'efficience hydraulique de la tige et de la plante entière ainsi que la résistance à la cavitation. Nos travaux démontrent également que l'anatomie et la résistance à la cavitation du xylème s'ajustent aux conditions hydriques du milieu de façon génotype-dépendante. En condition hydrique non limitante, nous avons mis en évidence un compromis entre l'efficience hydraulique et la résistance à la cavitation ou le potentiel de croissance. Ces deux compromis expliquent la relation positive observée entre la résistance à la cavitationet le potentiel de croissance. En condition hydrique limitante, cette relation n'était toutefois plus observable. Aucune relation n'a pu être identifiée entre les propriétés hydrauliques et l'efficience d'utilisation de l'eau. Ces travaux suggèrent que certaines relations couramment observées à l'échelle inter-spécifique ne sont pas nécessairement applicables à des échelles d'étude plus réduites. Ce travail ouvre des perspectives sur le plan fondamental pour l'identification du déterminisme moléculaire à l'origine de la plasticité structurale observée et sur le plan appliqué, pour la création variétale.

Cette thèse visait à (1) caractériser l'impact de la densité de plantation (DP) et des conditions pédoclimatiques sur la physiologie des peupliers et des saules dédiés à la production de biomasse, (2) évaluer la variabilité génétique de caractères liés à la productivité, l'efficience d'utilisation de l'eau (WUE) et l'efficience d'utilisation de l'azote (NUE) dans une perspective de sélection variétale, et (3) à juger des relations entre ces caractères. Quatre dispositifs expérimentaux ont été installés dans le nord de la France. Nos résultats montrent que la DP affecte la production de biomasse et WUE de façon site-dépendante. Dans des conditions de croissance très favorables, les arbres cultivés à forte DP étaient plus haut, moins épais et avaient de plus faibles WUE, reflétant une compétition pour la lumière. Dans des conditions de croissance peu favorables, les arbres cultivés forte DP avaient de plus fortes WUE et de plus faibles circonférences, indiquant une compétition pour l'eau. Un lien positif entre biomasse aérienne et WUE a été détecté pour le saule et le peuplier dans les sites où la compétition était réduite. Une canopée plus développée s'associe à des pertes en eau par transpiration plus importante à l'échelle de l'arbre. Celles-ci sont compensées à l'échelle foliaire par une meilleure régulation stomatique. L'absence d'antagonisme entre WUE, NUE et la production de biomasse suggère la possibilité de sélectionner indépendamment sur les trois caractères. Cependant, les interactions Génotype x Site montrent la difficulté d'identifier des génotypes performants pour des stations d'accueil différentes. La sélection doit être réalisée de façon site-dépendante / This work aimed (1) at characterizing the impact of planting density (PD) and pedoclimatic conditions (sites) on the physiology of poplar and willow dedicated to biomass production, (2) at evaluating the genetic variability of productivity-related traits, water-use efficiency (WUE) and nitrogen-use efficiency (NUE) in a perspective of plant breeding, and (3) at assessing the relationships among these traits. Four experimental plantations were established in northern France. Our results show that PD affects biomass production and WUE depending on sites. Under most favorable growth conditions, trees grown at higher density displayed taller stems, lower stem circumference, and lower WUE, than trees grown at lower density indicating that increased tree density mainly accentuated competition for light. Under less favorable conditions, an increase of PD involved higher WUE and lower stem circumference, likely because of an increased competition for water. Positive links between biomass production and WUE were detected for poplar and willow under environmental conditions where competition for resources was reduced. A large canopy is associated to potentially more important transpiration water losses at plant level. This could be compensated at leaf level through a better stomatal regulation. The absence of antagonism between biomass production, WUE, and NUE suggests the possibility to select genotypes for these three traits independently. Moreover, the Genotype x Site interactions indicated the difficulty to identify good genotypes for a large set of site conditions suggesting that the selection has to be realized depending on the site conditions

Cette thèse visait à étudier la variabilité génétique et plasticité phénotypique de la vulnérabilité à la cavitation chez le hêtre (Fagus sylvatica L.). A cette fin, nous avons tout d'abord testé les variations dues à la méthodologie de mesure de la vulnérabilité à la cavitation. Notre étude a montré que les variations de vulnérabilité à la cavitation au cours du temps sont faibles. Néanmoins, il est préférable d'éviter de récolter les échantillons durant le début de la période de formation du bois. Par ailleurs il est possible de conserver au frais les échantillons sans dégrader les mesures durant au moins un mois. Nos résultats montrent également que la vulnérabilité à la cavitation peut être variable aussi bien au sein d'un même arbre qu'entre populations in situ. Ensuite, nous avons voulu déterminer la part de plasticité phénotypique de la part de variabilité génétique dans la variabilité de la vulnérabilité à la cavitation. Pour cela nous avons étudié 17 populations de hêtre venant de toute l'Europe et poussant dans une plantation comparative. Parmi les 17 populations 6 d'entre elles ont été étudiées dans trois plantations comparatives différentes (France, Espagne et Slovaquie). Nos résultats indiquent que chez le hêtre la vulnérabilité à la cavitation varie considérablement au sein de chaque population. Ils indiquent également que l'on observe peu de différenciation génétique entre populations. Les résultats montrent également que la plasticité phénotypique de la vulnérabilité à la cavitation est importante entre les plantations, et que le degré de cette plasticité peut varier d'une population à l'autre. Pour finir, nous avons regardé s'il existait des relations entre la vulnérabilité à la cavitation et des paramètres d'efficience hydraulique ainsi qu'avec l'efficience d'utilisation de l'eau. Nos résultats ne permettent pas de mettre en évidence des preuves d'un trade-off entre l'efficience et la sureté du xylème.

La raréfaction des ressources en eau associée au changement climatique menace particulièrement la durabilité de la viticulture en climat Méditerranéen. Pour y faire face, la création ou le choix de cépages économes en eau et suffisamment vigoureux en cas de déficit hydrique se présente comme un levier important. Une compréhension approfondie des mécanismes qui gouvernent le maintien de l'état hydrique par la plante est indispensable pour avancer dans cette direction. Dans ce travail les déterminants génétiques et physiologiques de l'utilisation de l'eau ont été explorés chez la vigne. Une descendance F1, issue d'un croisement entre les cépages Syrah et Grenache, a été soumise à deux scénarios hydriques dans des pots (bonne irrigation et déficit modéré) en combinant de nouveaux outils de phénotypage, une démarche de génétique quantitative (pour la détection de QTLs) et des approches physiologiques. L'analyse de l'architecture génétique du maintien du potentiel hydrique par la plante, plus ou moins efficace en cas de déficit hydrique (i.e. iso- ou aniso-hydrique), a révélé un double déterminisme, impliquant non seulement la régulation stomatique de la transpiration mais également le maintien de la conductance hydraulique à travers la plante. Nous avons démontré l'existence d'une action indirecte de l'acide abscissique sur la fermeture stomatique à travers une diminution de la conductance hydraulique dans la feuille avec une variabilité génétique reliée aux comportements iso- ou aniso-hydriques. Par ailleurs, nous avons mis en évidence une variabilité génétique importante de la transpiration nocturne, liée à celle de l'efficience d'utilisation de l'eau, avec des déterminants génétiques et physiologiques que nous avons identifiés. Au-delà de l'utilité des QTLs détectés pour l'amélioration variétale, les résultats originaux de ce travail démontrent l'intérêt de la génétique quantitative pour progresser dans la compréhension de mécanismes physiologiques. / In Mediterranean regions, water scarcity associated with climate change particularly threatens the sustainability of viticulture. Breeding grapevine for reduced water use and maintained production is therefore of major interest. This requires a comprehensive knowledge of the plant physiological responses to drought. In this study we focused on the determinism of transpiration rate as a key trait regulating water status in plant tissues, and on its relationship with water-use efficiency (WUE). We used a F1 progeny from a cross between cultivars Syrah and Grenache and combined powerful phenotyping tools on potted plants submitted to either well-watered or mild deficit conditions with quantitative genetics (for QTL detection) and physiological experiments. Analysis of the genetic control of water status maintenance in the plant, more or less efficient under soil water deficit (i.e. iso- or anisohydric), revealed a dual physiological determinism with a key role for plant hydraulic conductance beside that of stomatal control of transpiration. An indirect role of abscisic acid on stomatal conductance was also evidenced, mediated by the downregulation of leaf hydraulic conductance, with a genetic variability which correlated with genetic variation in iso- or aniso-hydric behaviour. We then revealed wide genetic variations in nocturnal transpiration, which correlated with variations in water use efficiency, and identified corresponding genetic and physiological determinants. In a final switch to the field, we showed consistency between QTLs detected for daytime WUE in pots and in the vineyard. Beyond the potential interest of the QTLs detected in this study for breeding prospects, this work demonstrated the benefits of quantitative genetics to shed light on ecophysiological and physiological processes.

Le potassium (K) est un élément majeur connu pour contribuer à la résistance des plantes à la sècheresse. L'étudede son influence sur la réponse physiologique du maïs (Zea mays L.) sous contrainte hydrique est essentiellepour prédire la future productivité dans un contexte de changements climatiques, en particulier de la diminutiondes précipitations. Des modalités d'apports en K et en eau ont été croisées et soumises à des plants de maïs,élevés en condition contrôlées ou cultivés au champ. La croissance (biomasses aériennes et racinaires,rendements en grain) ainsi que les mécanismes écophysiologiques du métabolisme carboné (photosynthèse,transport des sucres) et du statut hydrique (transpiration, conductance stomatique, potentiels hydriques) ont étéétudiés. L'apport de K a contribué à l'augmentation de la croissance, le développement et le rendement grain quelque soit le régime hydrique imposé au maïs et les conditions d'expérimentation. Les résultats attendus sur lameilleure régulation stomatique en cas de déficit hydrique sont moins évidents. L'effet du stress hydrique ou dela déficience en K tendent à diminuer la photosynthèse. Cependant, ces effets ressortent plus sur les feuillesâgées que sur les feuilles jeunes. Dans ces mêmes conditions, le transport des sucres ne semble pas être unélément limitant de la croissance. Plusieurs résultats convergent pour attribuer au K un rôle dans la maîtrise despertes en eau (par unité de surface foliaire) et sur la meilleure efficience d'utilisation de l'eau. Néanmoins, cetteefficience est imputée à des meilleurs rendements, liés à une surface foliaire plus importante, et non pas à unemoindre consommation de l'eau. / Potassium (K) is a major nutrient known to help plants resist drought. In the context of climate change,quantifying the role of K on maize physiological acclimation to reduced precipitations is essential to betterpredict future productivity. Maize (Zea mays L.) plants grown under controlled or field conditions weresubmitted to different K and water levels. Plant growth (shoot and root biomass, grain yield) as well as plantwater status (transpiration, stomatal conductance, water potential) and ecophysiological mechanisms of Carbonmetabolism (photosynthesis, sugar transport) were studied. Regardless of the water regime and experimentalconditions, K nutrition increased growth and whole-plant development and improved grain yield. The effect ofwater stress on stomatal regulation was not straightforward and depended on the level of K fertilization. Theeffects of water or K deficit tend to decrease photosynthesis. Drought or K nutrition affected more leafphotosynthesis in old than in young leaves, and sugar transport did not seem to be a growth limiting factor. Ourresults demonstrated a strong effect of K on biomass production and a higher water use efficiency with less of animpact on leaf-level physiology. This better water use was mainly the consequence of the positive effect of leafarea on yield, and not due to a reduce water use.