Chez les plantes céréalières d'hiver, le temps de floraison est retardé jusqu'à ce que les conditions favorables de croissance arrivent. Ce retard est modulé par les basses températures via le processus de vernalisation. Ce processus est régulé par au moins deux gènes clés, VRN1 et VRN2. Ces gènes sont caractérisés chez le blé diploïde (Triticum monococcum), un blé non cultivé. Le gène VRN1 est aussi caractérisé chez le blé hexaploïde (Triticum aestivum) et il est nommé TaVRT-1(Triticum aestivum Vegetative to Reproductive Phase 1). Un troisième gène nommé TaVRT-2 est identifié chez le blé hexaploïde. L'expression de ce gène durant le processus de la vernalisation est associée à la floraison. Cependant, les interactions entre ces trois gènes clés et leur rôle respectif durant le processus de vernalisation sont peu connus. Pour mieux comprendre leurs relations, nous avons cloné les trois copies de VRN2 (TaVRN2) qui correspondent aux trois génomes A, B et D et déterminé leur patron d'expression durant la vernalisation chez le cultivar de blé d'hiver (cv Norstar) et celui de printemps (cv Manitou). Les résultats montrent que l'expression de TaVRN2 est constitutive chez Manitou alors que son expression est négativement régulée durant le processus de vernalisation chez Norstar. Son expression est aussi régulée par la photopériode. Certains stress abiotiques comme le choc thermique, la déshydratation, le stress salin, les blessures et l'hormone ABA répriment son expression. L'analyse du promoteur révèle la présence d'éléments cis impliqués dans la régulation de ces stress abiotiques. Les études sur la spécificité et localisation tissulaire par hybridation in situ montrent que le gène s'accumule dans les jeunes feuilles et au niveau des cellules du méristème. La séquence codante de la copie B du gène TaVRN2 a été clonée dans un vecteur pTrcHisB contenant une queue histidine et exprimée dans la bactérie Escherichia coli. La protéine recombinante est vérifiée par immuno-buvardage de type western en utilisant un anticorps Anti-His et l'identité de la protéine a été confirmée par séquençage au spectomètre de masse. Les études d'interactions protéiques en utilisant le système de double hybride chez la levure, révèlent que la protéine TaVRN2 interagit avec les protéines TaVRT-1 et TaVRT-2. Des expériences de transrépression du promoteur de TaVRT-1 fusionné avec GFP agissant comme gène rapporteur au niveau des feuilles de tabac et en utilisant la protéine TaVRN2 comme un effecteur ont été menées. Les résultats indiquent que TaVRN2 seul ne réprime pas l'activité du promoteur Tavrt-1. Cependant le complexe TaVRT-2 et TaVRN2 réprime l'activité du promoteur. La surexpression de TaVRN2 chez Arabidopsis thaliana montre un retard de floraison chez les plantes transgéniques de plus de dix jours,ce qui suggère queTaVRN2 peut agir comme répresseur de la floraison chez les dicotylédones.

D'importants progrès ont été réalisés dans les domaines du génotypage et du séquençage, ce qui permet de mieux comprendre la relation génotype/phénotype. Il est possible d'analyser l'architecture génétique des caractères (génétique d'association, GA), ou de prédire la valeur génétique des candidats à la sélection (sélection génomique, SG). L'objectif de cette thèse était de développer des outils pour mener ces stratégies de manière optimale. Nous avons d'abord dérivé analytiquement la puissance du modèle mixte de GA, et montré que la puissance était plus faible pour les marqueurs présentant une faible diversité, une forte différentiation entre sous groupes et une forte corrélation avec les marqueurs utilisés pour estimer l'apparentement (K). Nous avons donc considéré deux estimateurs alternatifs de K. Des simulations ont montré qu'ils sont aussi efficaces que la méthode classique pour contrôler les faux positifs et augmentent la puissance. Ces résultats ont été confirmés sur les panels corné et denté du programme Cornfed, avec une augmentation de 40% du nombre de SNP détectés. Ces panels, génotypés avec une puce 50k SNP et phénotypés pour leur précocité et leur biomasse ont permis de décrire la diversité de ces groupes et de détecter des QTL. En SG, des études ont montré l'importance de la composition du jeu de calibration sur la fiabilité des prédictions. Nous avons proposé un algorithme d'échantillonnage dérivé de la théorie du G-BLUP permettant de maximiser la fiabilité des prédictions. Par rapport à un échantillon aléatoire, il permettrait de diminuer de moitié l'effort de phénotypage pour atteindre une même fiabilité de prédiction sur les panels Cornfed. / Major progresses have been achieved in genotyping technologies, which makes it easier to decipher the relationship between genotype and phenotype. This contributed to the understanding of the genetic architecture of traits (Genome Wide Association Studies, GWAS), and to better predictions of genetic value to improve breeding efficiency (Genomic Selection, GS). The objective of this thesis was to define efficient ways of leading these approaches. We first derived analytically the power from classical GWAS mixed model and showed that it was lower for markers with a small minimum allele frequency, a strong differentiation among population subgroups and that are strongly correlated with markers used for estimating the kinship matrix K. We considered therefore two alternative estimators of K. Simulations showed that these were as efficient as classical estimators to control false positive and provided more power. We confirmed these results on true datasets collected on two maize panels, and could increase by up to 40% the number of detected associations. These panels, genotyped with a 50k SNP-array and phenotyped for flowering and biomass traits, were used to characterize the diversity of Dent and Flint groups and detect QTLs. In GS, studies highlighted the importance of relationship between the calibration set (CS) and the predicted set on the accuracy of predictions. Considering low present genotyping cost, we proposed a sampling algorithm of the CS based on the G-BLUP model, which resulted in higher accuracies than other sampling strategies for all the traits considered. It could reach the same accuracy than a randomly sampled CS with half of the phenotyping effort.

Les nombreux progrès en génie génétique ont mené au développement d’un nouveau système pour produire des molécules thérapeutiques : la moléculture végétale. L’intérêt de transformer des plantes en usine à molécules au service de l’Homme s’explique par les faibles coûts de production, la biosécurité et la capacité des plantes à synthétiser les protéines recombinantes présentant un repliement, une glycosylation et une activité appropriés. L’ablation florale constitue l’une des meilleures méthodes pour assurer le confinement génétique par stérilité mâle et femelle en plein champ. Avec objectif final de développer cette stratégie chez la luzerne (Medicago sativa), le promoteur MsMADS1 de la famille des MADS box a été isolé du génome de la luzerne et fusionné au gène rapporteur GUS et au gène codant pour la saporine, une protéine cytotoxique. Suite à la transformation génétique d’Arabidopsis thaliana (Arabidopsis) à l’aide de diverses constructions, des plants transgéniques ont été générés et analysés. Des analyses d’expression transitoire ont aussi été effectuées pour évaluer l’expression du gène rapporteur GUS dans des cellules de luzerne par agro-infiltration des différentes constructions réalisées. Parallèlement, la marche génomique a été utilisée pour isoler et caractériser la séquence génomique du gène MsMADS1. La structure génomique du gène MsMADS1 semble inhabituelle avec un premier intron de plus de 1,9 kb et cette séquence ne présente pas d’homologie avec des séquences connues. Chez les plants transgéniques d’Arabidopsis, le promoteur MsMADS1 a permis l’expression de GUS de façon préférentielle dans les fleurs. Étonnamment, les constructions contenant le gène codant pour la saporine ont mené à l’obtention de plants transgéniques viables, dont le phénotype est identique aux plants sauvages d’Arabidopsis. / Progress in genetic engineering has led to the development of a new system to produce therapeutic molecules in plants: molecular pharming. The interest to transform plants into molecular factories for human purposes is explained by its lower cost, its biosecurity and the capacity of plants to synthesize recombinant proteins with appropriate folding, glycosylation and activity. Floral ablation represents one of the best ways to establish both male and female genetic confinement in open field conditions. With the final objective to develop this strategy in alfalfa (Medicago sativa), the promoter of a MADS box gene, MsMADS1, was isolated from the alfalfa genome. The genomic organisation of MsMADS1 appears to be unusual with a first intron longer than 1,9 kp without homology to any known sequence. This promoter was fused to the GUS reporter gene and a cytotoxic protein gene (saporin). Following Agrobacterium-mediated transformation of Arabidopsis thaliana (Arabidopsis) with various constructs, transgenic plants were regenerated and analysed. Transient expression was also assayed to evaluate GUS expression in alfalfa cells. Additional MsMADS1 genomic sequence was obtained by genome walking. In transgenic Arabidopsis, the MsMADS1 promoter allowed GUS expression preferentially in flowers. Surprisingly, saporin constructs resulted in the production of viable transgenic plants with a phenotype identical to wild Arabidopsis.