Le présent travail rapporte les résultats d’une étude menée sur la variation de la tolérance et de l’accumulation des métaux dans le genre Haumaniastrum. Dans l’arc cuprifère katangais, les concentrations en métaux et particulièrement cuivre et cobalt, sont très élevées. L’exploitation minière apporte la création d’emploi mais aussi la modification du milieu. Les rejets miniers mal gérés causent des problèmes environnementaux et de santé publique pour les populations locales. La présence d’importantes concentrations de ces éléments traces métalliques dans le sol a constitué la pression de sélection d’espèces les mieux adaptées. Sur ces sols contaminés, poussent des plantes appelées métallophytes qui peuvent être utilisées pour la phytoremédiation. Cependant les mécanismes de tolérance et d’accumulation des métaux de cette flore sont peu connus. Nous avons choisi un système d’étude exceptionnel composé de trois espèces du genre Haumaniastrum avec des comportements différents. (i) H. katangense, une cuprophyte facultative à large distribution pousse sur des sols dont la concentration en cuivre varie entre 400 et 1000 mg Cu kg-1, (ii) H. robertii, cuprophyte stricte endémique des sols cupro-cobaltifères de l’arc cuprifère à faible distribution, croît sur des sols dont la concentration en cuivre peut aller jusqu’à 100.000 mg Cu kg-1 et H. villosum, une non cuprophyte à très large distribution, pousse exclusivement sur des sols non contaminés. La croissance et l’accumulation dans les plantes exposées à un excès en Cu et en Cu/Co dans une culture hydroponique pendant trois semaines de traitement ont été analysées. Ces analyses ont également été effectuées au niveau intraspécifique dans quatre populations d’H. katangense. Contrairement à l’espèce non métallicole parente et à celle non parente contrôle (Nicotiana plumbaginifolia), les deux espèces métallophytes poussent mieux en présence de Cu à la concentration de base contenant 0,1 µM Cu et pour H. robertii, un excès en Cu et en Co est indispensable pour faire pousser cette espèce en milieu hydroponique. Pour les métallophytes, la croissance diminue à 100 µM Cu et H. robertii est plus tolérante que H. katangense. Une variation dans la tolérance au Cu est observée entre les quatre populations d’H. katangense comme pour Crepidorhopalon tenuis et Anisopappus chinensis.Les résultats des analyses minérales montrent que l'accumulation du Co et du Cu se fait préférentiellement dans la racine que dans la partie aérienne. Cependant, l'accumulation du Cu dans les plantes augmente lorsque sa concentration s'élève dans le milieu alors que l'accumulation du Co dépend de l'espèce étudiée. Quand on ajoute le Co dans le substrat, les espèces accumulent plus de Cu dans les parties aériennes et les racines. Par ailleurs, dans des conditions physiologiques de culture sans ou avec peu de toxicité, H. katangense et H. robertii hyperaccumulent le Co dans les feuilles au seuil de 300 ppm sans signe de toxicité à une faible concentration de Co dans le milieu de culture. Aucune des deux espèces cuprophytes n’hyperaccumule le Cu dans nos conditions de culture contrôlées testées mais les plantes de H. robertii récoltées in situ hyperaccumulent le Cu. Toutes les populations de H. katangense hyperaccumulent le Co mais pas le Cu dans nos conditions de culture contrôlées tandis que la population de H. katangense de Kamatanda récoltée in situ hyperaccumule le Cu et celle de Fungurume hyperaccumule le Co au seuil de 300 ppm. Il semble donc que la tolérance des métallophytes soit basée sur une exclusion du Cu au niveau des parties aériennes, ce qui n’est pas le cas du Co. La variabilité observée entre les populations d’H. katangense ne serait pas génétique mais plutôt liée à la tolérance de chaque population à tolérer les conditions du milieu. Le Cu et le Co ne sont pas co-accumulés dans les mêmes tissus des feuilles ou des racines. Le Cu reste plus à l’extérieur et le Co diffuse à l’intérieur des tissus. Ce qui indiquerait que les deux métaux possèdent des transporteurs différents.En outre, une quantification de certains métabolites connus pour le rôle de ligand ou d’antioxydant a été effectuée. Haumaniastrum villosum synthétise autant de citrate que les métallophytes mais plus de proline. Contrairement aux métallophytes, H. villosum est incapable d’augmenter la production de glutathion lors d’un excès de Cu. La tolérance des métallophytes à des concentrations élevées des métaux semble reposer en partie sur leur capacité anti-oxydante mais la synthèse de chaque métabolite dépend de l’espèce. Enfin certains traits liés à la tolérance des plantes aux milieux stressants ont été mesurés par une approche in situ et ex situ. Des mesures des traits morphologiques, reproducteurs et foliaires ont été effectuées in situ et ex situ au jardin de la Faculté des Sciences Agronomiques de l’UNILU. Les résultats montrent que les traits semblent être modelés par le Co et d’autres conditions du milieu. H. villosum est plus sensible au Cu que H. katangense quand celui-ci augmente dans le substrat. En outre, les variations observées entre les quatre populations d’H. katangense récoltées in situ sont liées aux conditions du milieu et les plantes in situ sont soumises à un stress moins intense que dans leur milieu naturel.Ce travail apporte de nouvelles connaissances de base pour comprendre les mécanismes de tolérance et d’accumulation des métaux des espèces de la flore du Cu du Katanga.Le présent travail rapporte les résultats d’une étude menée sur la variation de la tolérance et de l’accumulation des métaux dans le genre Haumaniastrum. Dans l’arc cuprifère katangais, les concentrations en métaux et particulièrement cuivre et cobalt, sont très élevées. L’exploitation minière apporte la création d’emploi mais aussi la modification du milieu. Les rejets miniers mal gérés causent des problèmes environnementaux et de santé publique pour les populations locales. La présence d’importantes concentrations de ces éléments traces métalliques dans le sol a constitué la pression de sélection d’espèces les mieux adaptées. Sur ces sols contaminés, poussent des plantes appelées métallophytes qui peuvent être utilisées pour la phytoremédiation. Cependant les mécanismes de tolérance et d’accumulation des métaux de cette flore sont peu connus. Nous avons choisi un système d’étude exceptionnel composé de trois espèces du genre Haumaniastrum avec des comportements différents. (i) H. katangense, une cuprophyte facultative à large distribution pousse sur des sols dont la concentration en cuivre varie entre 400 et 1000 mg Cu kg-1, (ii) H. robertii, cuprophyte stricte endémique des sols cupro-cobaltifères de l’arc cuprifère à faible distribution, croît sur des sols dont la concentration en cuivre peut aller jusqu’à 100.000 mg Cu kg-1 et H. villosum, une non cuprophyte à très large distribution, pousse exclusivement sur des sols non contaminés. La croissance et l’accumulation dans les plantes exposées à un excès en Cu et en Cu/Co dans une culture hydroponique pendant trois semaines de traitement ont été analysées. Ces analyses ont également été effectuées au niveau intraspécifique dans quatre populations d’H. katangense. Contrairement à l’espèce non métallicole parente et à celle non parente contrôle (Nicotiana plumbaginifolia), les deux espèces métallophytes poussent mieux en présence de Cu à la concentration de base contenant 0,1 µM Cu et pour H. robertii, un excès en Cu et en Co est indispensable pour faire pousser cette espèce en milieu hydroponique. Pour les métallophytes, la croissance diminue à 100 µM Cu et H. robertii est plus tolérante que H. katangense. Une variation dans la tolérance au Cu est observée entre les quatre populations d’H. katangense comme pour Crepidorhopalon tenuis et Anisopappus chinensis.Les résultats des analyses minérales montrent que l'accumulation du Co et du Cu se fait préférentiellement dans la racine que dans la partie aérienne. Cependant, l'accumulation du Cu dans les plantes augmente lorsque sa concentration s'élève dans le milieu alors que l'accumulation du Co dépend de l'espèce étudiée. Quand on ajoute le Co dans le substrat, les espèces accumulent plus de Cu dans les parties aériennes et les racines. Par ailleurs, dans des conditions physiologiques de culture sans ou avec peu de toxicité, H. katangense et H. robertii hyperaccumulent le Co dans les feuilles au seuil de 300 ppm sans signe de toxicité à une faible concentration de Co dans le milieu de culture. Aucune des deux espèces cuprophytes n’hyperaccumule le Cu dans nos conditions de culture contrôlées testées mais les plantes de H. robertii récoltées in situ hyperaccumulent le Cu. Toutes les populations de H. katangense hyperaccumulent le Co mais pas le Cu dans nos conditions de culture contrôlées tandis que la population de H. katangense de Kamatanda récoltée in situ hyperaccumule le Cu et celle de Fungurume hyperaccumule le Co au seuil de 300 ppm. Il semble donc que la tolérance des métallophytes soit basée sur une exclusion du Cu au niveau des parties aériennes, ce qui n’est pas le cas du Co. La variabilité observée entre les populations d’H. katangense ne serait pas génétique mais plutôt liée à la tolérance de chaque population à tolérer les conditions du milieu. Le Cu et le Co ne sont pas co-accumulés dans les mêmes tissus des feuilles ou des racines. Le Cu reste plus à l’extérieur et le Co diffuse à l’intérieur des tissus. Ce qui indiquerait que les deux métaux possèdent des transporteurs différents.En outre, une quantification de certains métabolites connus pour le rôle de ligand ou d’antioxydant a été effectuée. Haumaniastrum villosum synthétise autant de citrate que les métallophytes mais plus de proline. Contrairement aux métallophytes, H. villosum est incapable d’augmenter la production de glutathion lors d’un excès de Cu. La tolérance des métallophytes à des concentrations élevées des métaux semble reposer en partie sur leur capacité anti-oxydante mais la synthèse de chaque métabolite dépend de l’espèce. Enfin certains traits liés à la tolérance des plantes aux milieux stressants ont été mesurés par une approche in situ et ex situ. Des mesures des traits morphologiques, reproducteurs et foliaires ont été effectuées in situ et ex situ au jardin de la Faculté des Sciences Agronomiques de l’UNILU. Les résultats montrent que les traits semblent être modelés par le Co et d’autres conditions du milieu. H. villosum est plus sensible au Cu que H. katangense quand celui-ci augmente dans le substrat. En outre, les variations observées entre les quatre populations d’H. katangense récoltées in situ sont liées aux conditions du milieu et les plantes in situ sont soumises à un stress moins intense que dans leur milieu naturel.Ce travail apporte de nouvelles connaissances de base pour comprendre les mécanismes de tolérance et d’accumulation des métaux des espèces de la flore du Cu du Katanga. / Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Understanding the dynamical bases of the interaction between the plant mineral nutrition and the circadian clock could contribute to improve crop yield and resistance to adverse conditions, such as mineral element deficiencies. Magnesium is an essential element that catalyzes more than six hundred enzymatic reactions and occupies the center of the chlorophyll structure in plants. Physiological targets of magnesium deficiency are generally better described in aerial than in belowground organs. In this thesis, we first characterized the root morphology of the model species Arabidopsis thaliana (Columbia-0) in response to magnesium supply during in vitro culture. The length of primary root and the number and length of lateral roots decreased during magnesium depletion. A local magnesium-rich source does not enhance the root foraging capacity, unlike some other major nutrients. Auxin and abscisic acid emerged as two hormones shaping root morphology in response to magnesium deficiency. Second, we investigated the natural variation of the root morphology response to magnesium supply in Arabidopsis. Thirty-six accessions were screened in vitro. Compared to the reference Columbia-0, some accessions had higher number and length of lateral roots at low magnesium supply. Root or shoot magnesium concentrations did not implicitly correlate with the root morphological traits. However, shoot calcium and root phosphorus concentrations correlated positively with the lateral root number and length, while root iron negatively with the length of primary root. Third, we focused on the interaction between the plant magnesium nutrition and the circadian clock circuit. We tested for a possible involvement of PHYTOCHROME INTERACTING FACTOR 3-LIKE 1 (PIL1) - a clock-associated gene that is down-regulated during magnesium depletion - in morphological and physiological responses, and for a circadian connection of PIL1 in the context of magnesium deficiency. The phenotypes of loss-of-function and overexpression lines did not reveal a major role of PIL1 in the magnesium deficiency symptom manifestation but rather in the plant mineral profile. The expression of PIL1 was apparently not under any circadian control. However, PIL1 seemed to regulate the expressions of some core clock genes (CCA1, LHY and PRR9), which were also targets during magnesium deficiency. In conclusion, PIL1 has a link with the circadian rhythm machinery but it does not emerge as a pivotal regulator of magnesium stress responses. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Analyse génétique de la tolérance au cadmium dans l'espèce Arabidopsis halleri: contribution du CAX1Résumé de la thèseDans les milieux contaminés par les excès en éléments traces métalliques, de rares plantes peuvent accumuler ces éléments a de très fortes concentrations sans symptômes de toxicité. Parmi elles, Arabidopsis halleri, proche parente d' A. thaliana, hyperaccumule le Zn et le Cd. C’est une espèce modèle pour étudier l'homéostasie métallique et l'adaptation aux environnements extrêmes. Alors qu’un ensemble de mécanismes moléculaires permettent d’expliquer l’hyperaccumulation de Zn, la compréhension de la tolérance et de l’accumulation du Cd est bien moins connue. Une analyse de liaison génétique dans A. halleri a permis d'identifier un locus de caractère quantitatif (QTL) majeur co-localisant avec HMA4 et deux autres QTL. HMA4 codant pour une pompe a métaux, impliquée dans la translocation du Cd des racines a la partie aérienne et dans la distribution de ce métal dans les feuilles, a pu être validé par ARN interférence.L'objectif de ce projet est de contribuer a la compréhension de la tolérance au Cd dans A. halleri en identifiant de nouveaux déterminants génétiques.Par cartographie fine, CAX1, codant pour un antiport calcium/proton, a été identifié comme gène candidat pour le second QTL majeur impliqué dans la tolérance au Cd dans A. halleri.Les analyses d’expression de CAX1 dans trois espèces d’Arabidopsis, tolérantes ou sensibles au Cd, et dans la descendance de croisements entre A. halleri et l’espèce sensible A. lyrata, l’étude d’un mutant «knock-out» dans Arabidopsis et des analyses biochimiques ont confirmé l’implication de CAX1 dans la tolérance au cadmium. En séquestrant le calcium dans la vacuole, CAX1 participe a limiter l’accumulation des espèces réactives de l’oxygène (ROS) induite par un excès de Cd et a limiter la toxicité du Cd. Ce rôle est observable lorsque les plantes sont cultivées a basse concentration de calcium. A plus hautes concentrations de calcium, l’expression de CAX1 est induite dans les trois espèces étudiées et ne présente plus de difference entre A. halleri et A. lyrata. En accord avec ce résultat, la detection du locus de caractère quantitatif co-localisant avec CAX1 disparaît lorsque la concentration de calcium augmente dans le milieu. Néanmoins, le rôle de CAX1 dans la tolérance aux stress oxydatifs est observable quelle que soit la concentration en calcium utilisée.L’ensemble des résultats soutiennent un rôle encore inexploré de CAX1 dans les plantes. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le but du projet était d'acquérir des connaissances plus approfondies sur les mécanismes impliqués dans l'absorption et l'accumulation des éléments traces métalliques (ETM) par les plantes et dans la résistance à leurs effets toxiques. Arabidopsis halleri, peut vivre sur des sols fortement pollués par des ETM et a la capacité d'accumuler des concentrations extraordinairement élevées de ces métaux dans les tissus aériens. A. halleri est utilisée comme espèce modèle pour étudier les mécanismes biologiques et moléculaires impliqués dans la tolérance et l'accumulation de fortes concentrations de métaux dans le sol. Cette espèce est caractérisée par une tolérance élevée à de fortes concentrations de Cd et Zn. Elle est également capable d'accumuler de très grandes quantités de Zn dans les pousses, appelées hyperaccumulateurs de Zn, et également de Cd dans certaines populations, appelées hyperaccumulateurs de Cd. Arabidopsis arenosa, une espèce étroitement liée à A. halleri, montre également une tolérance élevée aux deux métaux mais est signalée comme non-hyperaccumulatrice. Dans le sud de la Pologne, les deux espèces peuvent être observées sur les mêmes sites pollués. Les expériences ont été conçues pour étudier la variabilité inter et intra spécifique entre les populations métallisées (M) et non métallisées (NM) d'A. halleri et A. arenosa afin d'identifier les paramètres physiologiques et les gènes responsables du comportement contrasté de leur adaptation à la contamination métallique. L'accumulation des ETM, l'activité de l'appareil photosynthétique et le contenu pigmentaire ont été analysés dans les populations M et NM d'A. halleri et A. arenosa, poussant dans leur habitat naturel. Des expériences hydroponiques ont également été réalisées afin de déterminer les différences physiologiques entre les populations étudiées dans des conditions contrôlées. De plus, le niveau d'expression des gènes impliqués dans l'absorption des métaux, le transport radial, la translocation et la détoxification a également été étudié. Mes résultats montrent que la population M de A. arenosa est aussi tolérante aux métaux lourds que la population M de A. halleri. Il a été démontré que la population M de A. arenosa hyperaccumule le Cd et le Zn. De plus, les deux espèces diffèrent dans la réponse de l'appareil photosynthétique lorsqu'elles sont exposées à des concentrations élevées de Cd et de Zn, ce qui suggère des mécanismes différents impliqués dans l'homéostasie des métaux. Le niveau d'expression des gènes a montré des différences non seulement entre les espèces mais aussi entre les populations. Le type de traitement (Cd ou Zn) a également eu un effet différent sur toutes les populations en ce qui concerne certains gènes. Les résultats acquis dans ce projet comblent les lacunes dans les caractéristiques physiologiques des espèces d'A. halleri à la fois sur le terrain et dans des conditions hydroponiques contrôlées. La caractérisation physiologique approfondie de la population M de A. arenosa a identifié cette population comme un nouvel hyperaccumulateur de Cd et Zn. Ces résultats peuvent servir de base à de futures études sur le phénomène d'hyperaccumulation. De plus, l'observation de l'expression contrastée des gènes impliqués dans l'absorption, la translocation et la détoxification des métaux entre A. halleri et A. arenosa suggère que A. arenosa pourrait être un bon nouveau modèle pour étudier l'homéostasie et la tolérance aux métaux chez les plantes. / Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished

The general objective of this work is to better understand the mechanisms of diversification of the African flora on the Gulf of Guinea islands. We focused on orchids, one of the three predominant plant families on São Tomé and Príncipe. We selected the genus Tridactyle, wich presents a high level of diversity and of endemism in the archipelago.We first redefined the taxonomical framework, as the genus belongs to a clade in which the taxonomical classification did not correspond to the phylogenetic tree obtained by previous studies. To address these classification problems (paraphyly and polyphyly of nominal genera), we firstly used Sanger sequencing to obtain more molecular markers to better estimate the phylogenetic tree of the Tridactyle-Cyrtorchis clade. We used one nuclear marker, the internal transcribed spacer (ITS), and five chloroplastic markers (matK, rps16, trnC-petN intergenic spacer, trnL-trnF intergenic spacer, ycf1). Then, we combined the phylogenetic information to a morphological survey, including as many specimens as possible for the genera concerned. We recircumscribed the previously paraphyletic genus Tridactyle, as well as three other genera within the Tridactyle-Cyrtorchis clade (Rangaeris, Ypsilopus and Podangis), and we described two genera with our collaborators, Aziza and Planetangis. We also described six species new to science, two from East Africa and four from São Tomé and Príncipe. Indeed, the morphological diversity of the Tridactyle in the Gulf of Guinea islands has been misevaluated, such that wrong names have been attributed to species new to science.Once this taxonomic work was achieved, we have focused on two other studies: a biogeographic analysis of Tridactyle, to understand the origin and mechanisms generating its diversity in São Tomé and Príncipe, and a phylogeographic study to analyse the genetic variation and geographical distribution of Tridactyle tridactylites, distributed on the archipelago as well as on the continent. These studies were based on DNA sequence variation of the chloroplast genome and ribosomal DNA genes and the data were generated through Illumina Next Generation Sequencing (NGS), which allowed us to include herbarium specimens for which the classic Sanger method did not give satisfactory results.Our study showed that all Tridactyle species currently found on São Tomé and Príncipe colonised the archipelago independently, and that the current species diversity on the islands is the result of allopatric divergence between the islands and the continent, following island colonisation.- 20 -The intraspecific study revealed a high genetic diversity for Tridactyle tridactylites individuals present on Príncipe, which is not common on oceanic islands, but could be a signal that the island was a refuge for the species during the climatic changes related to ice ages. An approximate Bayesian computation analysis (ABC) of the geographic distribution of genetic variation in Atlantic Central Africa and West Africa favoured a hypothesis of recolonisation of the continent from the island rather than a colonisation of the island from the continent. It is possible that the dust-like seeds used wind currents moving from the islands to Central and West Africa as a mean of travel.The work presented here stresses the importance of conducting such studies on more orchid genera, but also on the two other main families of São Tomé and Príncipe, Rubiaceae and Euphorbiaceae. We made a first step toward a better understanding of the mechanisms of diversifications on the Gulf of Guinea islands, but only with a larger number of studies on diverse families and genera, we could draw more general conclusions about these mechanisms for the flora of the archipelago.With regard to the limitations of our study, we were not able to include all species of the genus, especially species from the Democratic Republic of Congo or East Africa. Sampling in the African rainforests is currently not uniformly carried out, and could be improved. Another way to increase sampling is to use new NGS sequencing methods to extract DNA from herbaria preserved in European Herbarium institutions, and obtain genetic information from the chloroplast and ribosome as we have done, but potentially from low-copy nuclear genes as well. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

The aim of this PhD study was to gain new insights into the evolutionary history of the Central African rainforests, which are among the most complex and diverse ecosystems on earth. Even today, many questions regarding the underlying dynamics and evolutionary processes shaping that remarkable diversity remain unanswered, since relatively few studies have focused on the vast tropical forests growing in the Congo Basin. Therefore, we applied various molecular approaches to study the levels of genetic diversity and patterns of differentiation within and between population of the tropical tree species Scorodophloeus zenkeri, Staudtia kamerunensis and Prioria balsamifera. In Chapter 2, we conducted a phylogeographic study on the widespread tropical tree Scorodophloeus zenkeri to assess the impact of past forest fragmentation in Central African lowland forests. By applying Bayesian clustering methods, we revealed six intraspecific genetic clusters within the species. The observed genetic discontinuities most likely result from forest fragmentation during the glacial periods of the Pleistocene. Populations in Lower Guinea appeared differentiated from those in Congolia, and both bioregions harboured distinct genetic clusters.In Chapter 3, we developed 16 highly polymorphic microsatellite primers (SSRs) for Staudtia kamerunensis, a timber species for which species-specific genetic markers were lacking. By validating the developed markers in three populations, we demonstrated their usefulness to study gene flow, population structure and spatial distribution of genetic diversity in S. kamerunensis.In Chapter 4, we applied the newly developed SSRs, two nuclear gene markers and a chloroplast marker to search for evolutionary lineages in Staudtia kamerunensis, a species with a complex taxonomical history. Our analyses reveal multiple genetic discontinuities among populations throughout Central Africa, probably resulting from ancient rainforest fragmentation during cold and dry periods in the Pliocene and/or Pleistocene. However, the clear genetic disjunction observed between northern and southern populations in Lower Guinea could correspond to a genetic break between the kamerunensis and gabonensis varieties described in Staudtia kamerunensis.In Chapter 5, we developed two new sets of microsatellite primers (SSRs); 16 primer pairs for Prioria balsamifera and 15 primer pairs for Prioria oxyphylla. Validation of the primers in two populations of each species, as well as the cross-amplification tests, demonstrated the usefulness of the SSRs to study gene flow and spatial genetic structure in African Prioria species, which is needed to prevent genetic erosion and to set up proper conservation guidelines.In Chapter 6, the 16 newly developed microsatellite loci were amplified in individuals of P. balsamifera from Gabon and the Democratic Republic of the Congo, to assess the levels of genetic diversity and intraspecific differentiation. Our analyses show that the genetic diversity in P. balsamifera populations is relatively low, so efforts should be made to prevent further depletion of the gene pool. Bayesian clustering analyses revealed multiple genetic discontinuities throughout the Congo Basin, probably caused by ancient forest fragmentation. The inferred intraspecific clusters show a parapatric distribution, so they can potentially be used to determine the origin of individuals at a regional scale. Additionally, various genetic assignment methods show that the SSR dataset generated in this study can be used as a reference database for Gabon and DR Congo. The general discussion allows us to show similarities in the genetic structures of species that can be interpreted in terms of forest cover history in Central Africa. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

ABP1 (Auxin Binding Protein1), who can bind auxin, is essential for the development of plants. It was proved to have the ability to bind auxin and transduce auxin signal into the cells. It is supposed to be localized and functions at the outer surface of plasma membrane through unknown component. In my thesis, we tried to invesitgate the interaction between ABP1 and the candidate of the unknown component, CBP1 (From maize), which is GPI-acnhored and already identified as the binding ability to synthesized C-terminus peptide of ABP1 in 2006. The orthologous of CBP1 in arabidopsis belongs to a gene family with 19 members, in which only three of them were prediceted to be GPI anchored. We did the functional characterisation of these three GPI-anchored members. Data suggested that GPI-anchored SKS were involved in cell orientation, gametophyte and embryo development.

La morphogenèse aérienne inclut des caractères de croissance, de développement et de phénologie, et conditionne fortement la valeur d'usage des Légumineuses. Parmi ces caractères, la floraison est un événement majeur du cycle de vie car elle est déterminante pour le succès reproductif. Elle correspond à la transition généralement non réversible d'un méristème végétatif produisant des feuilles et tiges, en un méristème floral. La régulation de ce phénomène morphogénétique est le fait d'un réseau complexe de signalisations. Les légumineuses cultivées ont souvent des génomes complexes. C'est le cas de la luzerne (Medicago sativa), espèce fourragère pérenne, tétraploïde et allogame ainsi que du pois (P. sativum) qui présente un génome de grande taille. Des études précises peuvent être menées sur la légumineuse modèle Medicago truncatula, espèce diploïde, annuelle, à cycle court et autogame. De nombreuses ressources génétiques et génomiques sont disponibles chez cette espèce qui possède un fort degré de synténie avec la luzerne et le pois. De plus des gènes intervenant dans le déterminisme de la date de floraison ont été décrits chez A. thaliana et chez le pois. L'objectif de la thèse est d'identifier des zones du génome et des gènes en utilisant les connaissances et outils développés chez M. truncatula, A. thaliana et P. sativum dans le déterminisme génétique de la date de floraison chez M. truncatula. Après une analyse de l'effet de la photopériode sur la date de floraison d'une gamme de lignées, une approche " gènes candidats positionnels " a été mise en oeuvre. La méthodologie employée consiste à montrer la variabilité génétique de la date de floraison en réponse à la photopériode, rechercher des QTL (Quantitative Trait Locus) de date de floraison dans trois populations connectées de lignées recombinantes, réaliser une méta-analyse QTL afin de détecter les régions conservées dans le contrôle du caractère entre populations, cartographier finement un QTL majeur et repérer les gènes candidats présents dans son intervalle de confiance. L'expression de ces gènes a été comparée pour deux lignées afin d'associer au caractère les gènes différentiellement exprimés. En chambre de culture, la date de floraison de huit lignées a été mesurée sous deux traitements : 12 heures et 18 heures d'éclairement. Les données montrent qu'il existe de la variabilité génétique pour la date de floraison entre ces huit lignées, que la floraison est plus précoce en jours longs qu'en jours courts et qu'il existe une interaction lignée x photopériode. Un QTL majeur de date de floraison a pu être repéré sur le groupe de liaison 7 dans les trois populations de lignées recombinantes expliquant de 10 à 60 % de la variabilité observée. En méta-analyse sur les trois populations, un QTL consensus a été mis en évidence ayant un intervalle de confiance de seulement 0.9 cM. La cartographie fine de ce QTL a été réalisée sur la descendance (1663 plantes) d'une plante F6 hétérozygote au QTL détecté dans la population LR4. L'intervalle du QTL ainsi détecté couvre 2.4 cM. Six gènes homologues de gènes de floraison décrits chez A. thaliana ont été identifiés dans l'intervalle de ce QTL établi par cartographie fine. Leur séquençage pleine longueur a révélé du polymorphisme entre les deux parents : pour MtCO, homologue de CONSTANS et pour MtFTLc, homologue de FT. Par contre, aucun polymorphisme n'a été détecté pour deux autres homologues de FT (MtFTLa et MtFTLb) ni pour PKS. Une analyse de l'expression différentielle par RT-PCR semi quantitative des six gènes candidats a été réalisée chez deux lignées parentales contrastées pour leur date de floraison. Seul le gène MtCO est différentiellement exprimé entre ces deux lignées ; ce gène est donc actuellement le principal candidat pour expliquer la variation du caractère révélée à ce QTL sur le chromosome7, dans ces populations.

La présente thèse s’intéresse à l’histoire de la forêt tropicale Africaine de la région Guinéo-Congolaise (GC), plus particulièrement à l’histoire de sa fragmentation au niveau de la trouée du Dahomey ou Dahomey Gap (DG). Le DG est un corridor de savanes situé au niveau du sud Bénin et Togo et qui sépare la forêt GC en deux blocs :le bloc d’Afrique de l’ouest (WA) ou Haut Guinéen (UG) et le bloc d’Afrique centrale (CA), phytogéographiquement constitué du Bas Guinéen (LG) à l’ouest et du Congolais (C) à l’est. En effet, Les études de reconstitution des paléo-végétations dans le DG ont révélé que la forêt GC formait un seul bloc durant certaines phases interglaciaires et aurait subi une fragmentation durant les phases glaciaires. De plus, les études botaniques et phytogéographiques de la végétation actuelle du Bénin et du Togo (DG) ont révélé la présence d’îlots de forêts denses semi-décidues, de galeries forestières et de forêts riveraines qui contiennent des espèces typiques des forêts denses humides GC. Ces données pointent le rôle de barrière intermittente joué par le DG, mais on connaît mal l’origine de ces espèces GC du Dahomey Gap ni les conséquences évolutives des changements démographiques passés sur la diversité génétique de leurs populations. L’objectif principal de cette thèse est donc de déterminer avec une approche pluridisciplinaire l’origine des populations d’espèces GC du Dahomey Gap en vue de mieux comprendre l’histoire de la fragmentation de la forêt GC au niveau du DG et l’impact des changements climatiques passés sur la diversité intraspécifique. Pour atteindre cet objectif, au niveau interspécifique, (1) les patrons de diversité et de distribution géographique des espèces GC du DG ont été analysés afin de déterminer l’affinité ou origine WA et/ou CA de ces espèces. Ensuite, au niveau intraspécifique des données de microsatellites nucléaires et de génome chloroplastique entier ont été acquises afin de réaliser des analyses de diversité génétique, de phylogéographie et de l’histoire démographique des populations chez trois espèces d’arbres GC présentes dans le DG :Anthonotha macrophylla, Distemonanthus benthamianus et Terminalia superba. Pour chaque espèce nous avons tenté de déterminer (2) si les populations du DG de ces espèces se distinguent génétiquement des populations forestières, (3) si il y a des signatures génétiques de changements démographiques au sein des populations (changement de taille, fragmentation, fusion), (4) quelle est l’origine et la période d’installation des populations actuelles du DG et (5) quelles sont les capacités de dispersion des gènes et leur potentiel de colonisation. L’étude des patrons de diversité et de distribution géographique de la flore GC du DG montre que cette flore est partagée à 67 % par les deux blocs forestiers, mais qu’une plus grande proportion de ces espèces a une origine ou affinité CA (19,7%) que WA (13,3%). Elle montre aussi un patron est-ouest attendu (proportion d’espèces WA croissante vers l’ouest du DG), mais aussi nord-sud au niveau du Bénin (plus d’espèces WA vers le nord) suggérant le rôle potentiel de la chaîne de l’Atacora dans la colonisation du nord du DG par des espèces du UG.Au niveau génétique, les données de microsatellites nucléaires et de plastome montrent une forte structure génétique et une discontinuité génétique au sein des trois espèces séparant la population du DG avec celles des zones forestières indiquant une barrière passée au flux de gènes (1 pool génétique dans le DG, 1 pool génétique dans le WA et 3 pools génétiques dans le CA ou LG ;avec les données microsatellites nucléaires). Les inférences démographiques sur base des mêmes données microsatellites soutiennent le scénario d’origine par mélange de la population du DG pour les espèces D. benthamianus et T. superba tandis que pour A. macrophylla, c’est plutôt une origine CA. Les données de plastome quant à elles, soutiennent que la population du DG provient de la lignée LG (notamment depuis la ligne volcanique du Cameroun) des deux espèces D. benthamianus et A. macrophylla. Ce résultat concorde avec celui obtenu avec les données microsatellites de A. macrophylla mais pas pour D. benthamianus, laissant ainsi penser que l’origine de mélange obtenu pour cette espèce pourrait être due à un flux de gènes intense depuis le UG. Les datations à partir des données microsatellites nucléaires montrent que l’installation des populations des espèces T. superba et A. macrophylla date d’avant le Dernier maximum glaciaire (DMG), suggérant que certaines espèces GC du DG auraient survécu au DMG. Pour D. benthamianus, la population du DG proviendrait plutôt d’une colonisation post glaciaire notamment lors de l’Holocène humide. Cette étude montre aussi que les populations du DG des différentes espèces présentent une faible diversité génétique comparativement aux zones forestières. Cette faible diversité génétique est congruente avec le déclin de la taille efficace suivi d’une dérive génétique pour A. macrophylla et T. superba, et avec l’effet de fondation ou un goulot d’étranglement suivi d’une dérive génétique pour D. benthamianus; obtenus à partir des analyses démographiques.En conclusion, cette étude doctorale révèle donc la particularité génétique de la population du DG des trois modèles étudiés et supportent une origine LG (probablement depuis la ligne volcanique du Cameroun) de la population du DG de ces espèces avec un flux de gènes intense depuis le UG. Elle pointe aussi que la réponse des espèces GC du DG aux changements climatiques passées pourrait n’avoir pas été synchrone, probablement en raison de l’écologie de chacune des espèces. Les fragments forestiers du DG devraient faire l’objet d’attention particulière de conservation car, il n’est pas exclu que malgré leur faible diversité, les populations du DG aient subit une sélection génétique et qu’elles soient plus adaptées aux conditions climatiques sèches du DG, dans quel cas elles représentent une ressource phytogénétique potentiellement importante. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished