Les bandes tampons végétalisées sont des outils efficaces pour contrôler la pollution diffuse et renforcer la stabilité des sols entre les champs et les cours d'eau. Les mélanges de légumineuses et de graminées, largement adoptés par les agriculteurs, présentent un fort potentiel pour la stabilité des sols mais leur réponse aux stress environnementaux, comme la sécheresse, peut influencer leur développement et leur efficacité. Une expérience en serre a été menée à l'Université Laval, pendant sept semaines. L'objectif principal de ce projet était d'évaluer la production de biomasse et l'importance des traits fonctionnels de mélanges à différents ratios de légumineuses et de graminées en conditions de déficit hydrique et de capacité au champ. Les principaux paramètres évalués au cours de ce projet comprenaient la production de biomasse aérienne et souterraine ainsi que les traits fonctionnels c'est-à-dire la moyenne pondérée des communautés (CWM) et la variance pondérée des communautés (CWV). Les résultats ont confirmé qu'en cas de déficit hydrique, il y a une augmentation de la biomasse racinaire des mélanges. Les graminées en particulier le brome inerme (*Bromus inermis*) présent à 25 % dans les mélanges augmentent à la fois leur biomasse aérienne et souterraine. Les traits fonctionnels expliquent la variation de la biomasse au sein des communautés mais le déficit hydrique a un impact limité sur les CWMs et les CWVs. Ces résultats sont précieux pour améliorer la conception et la gestion des bandes tampons en conditions de déficit hydrique. Comprendre les effets des traits fonctionnels sur la productivité des plantes peut optimiser l'agencement des mélanges et favoriser leur établissement. / Vegetated buffer strips serve as effective tools for controlling diffuse pollution and enhancing soil stability between fields and waterways. Mixtures of legumes and grasses, widely adopted by farmers, hold strong potential for soil stability, but their response to environmental stresses, such as drought, can impact their development and effectiveness. A greenhouse experiment was conducted at Laval University over seven weeks. The primary goal of this project was to assess biomass production and the significance of functional traits in mixtures for different legume-grass ratios under conditions of water deficit and field capacity. The key parameters assessed in this project included aboveground and below-ground biomass production, along with functional traits such as Community Weighted Means (CWM) and Community Weighted Variances (CWV). The results confirmed that in case of water deficit, there is an increase in the root biomass of mixtures. Grasses, particularly smooth grass (*Bromus inermis*) present at 25% in the mixtures, increase both their aboveground and belowground biomass. Functional traits explain the variation in biomass within communities, but water deficit has a limited impact on CWMs and CWVs. These findings are valuable for enhancing the design and management of buffer strips under water deficit conditions. Understanding the effects of functional traits on plant productivity can optimize the arrangement of mixtures and promote their establishment.

La nitrification dans les sols est un processus particulièrement critique dans les systèmes pauvres en nutriments comme la savane de Lamto (Afrique de l'Ouest) où l'azote est considéré comme le facteur limitant principal de la production primaire. Les faciès dominés par la Graminée Hyparrhenia diplandra sont connus pour exprimer de faibles potentiels de nitrification et ainsi éviter les pertes de nitrate. Nous avons utilisé des sites à faible/fort potentiel de nitrification comme modèles afin d'étudier si la végétation pouvait inhiber la nitrification, et les possibles conséquences en termes de performance de l'écosystème et de cycle de nutriments. Nous avons montré la coexistence de sites à forts et faibles potentiels de nitrification. La stabilité de ces deux systèmes a été abordée via l'activité nitrate réductase d'H. diplandra, montrant une différence stable de modalité de nutrition entre sous-populations des deux sites. Nous avons démontré un contrôle direct in situ des sous-populations d'H. diplandra sur la nitrification par une balance inhibition/stimulation. Cette conclusion a été étayée par l'observation de corrélations négatives entre densité racinaire et nitrification en site non nitrifiant. La production épigée et le ratio épigée-hypogée du couvert en site nitrifiant sont très inférieurs au site non nitrifiant. On a observé chez les H. diplandra du site nitrifiant des indices de taille et de croissance inférieurs en serre, in situ et décroissant quand elles sont mélangées in situ aux individus du site non nitrifiant, suggérant une moins bonne compétitivité peut-être due à une moins bonne accessibilité à la ressource lumière. Ces résultats suggèrent une moins bonne accessibilité à l'azote du couvert en site nitrifiant et l'existence de sous-populations de Graminées exprimant diverses caractéristiques intrinsèques différentes. De futures recherches devront s'intéresser au mécanisme d'inhibition et à la stabilité et dynamique de ces deux systèmes contrastés.

Chez les insectes phytophages, la sélection de la plante-hôte qui constitue un site de ponte et d'alimentation est cruciale pour la survie et le bon développement de la descendance. Les sens chimiques – olfaction et gustation - sont déterminants pour un insecte lors du choix de sa plante hôte. Ainsi, une expérience olfacto-gustative des signaux chimiques d'une plante permet aux insectes d'optimiser la période de recherche et d'identification de celle-ci. Dans ce travail, nous avons testé l'effet d'une expérience pré-imaginale et imaginale pour un nouveau substrat de développement (enrichi en vanilline) sur l'induction de préférence olfactive et alimentaire à ce substrat chez trois espèces de lépidoptères foreurs de graminées ayant des spectres alimentaires différents, Sesamia nonagrioides (polyphage), Busseola fusca (oligophage) et Busseola nairobica (monophage). Il s'est avéré que la préférence olfactive des femelles pour les odeurs de ce substrat peut être induite par une expérience préalable pré-imaginale et imaginale pour ce nouveau substrat et que cette induction est transmise de façon transgénérationnelle. Elle n'est cependant pas liée à une augmentation de la sensitivité des antennes des femelles à la vanilline. De plus, elle dépend de l'espèce étudiée. Elle se manifeste plus rapidement chez l'espèce la plus polyphage (au bout de deux générations), plus tardivement chez l'espèce monophage (au bout de cinq générations) et est, par contre, absente chez l'espèce oligophage. Même si plusieurs mécanismes peuvent être impliqués dans cette induction, nos résultats valident à la fois la théorie d'Hopkins, le principe néo-Hopkins et l'héritage chimique chez les espèces qui ont présenté cette induction. Concernant les larves, nous avons pu montrer que celles-ci suivent, en général, la préférence olfactive des femelles pour les odeurs d'un nouveau substrat mais que cette préférence n'est pas corrélée avec leurs préférences alimentaires. / Among herbivorous insects, the selection of the host plant as an egg laying site and food is crucial for the survival and development of the offspring. The chemical senses - olfaction and gustation – of an insect are crucial in host plant selection. An olfactory-gustatory experience of plant chemical signals allows insects to optimize their search period and host identification. In this study, we tested the effect of pre-imaginal and imaginal experience for a new artificial diet (enriched in vanillin) on the induction of olfactory and food preference for this diet in three species of lepidopteran stem borers with different food spectra, namely Sesamia nonagrioides (polyphagous), Busseola fusca (oligophagous) and Busseola nairobica (monophagous). It was shown that the olfactory preference of females for the odor of the new diet could be induced by pre-imaginal and imaginal experience for this new diet and that this induction was transmitted transgenerationally. It was however not linked to an increase in the sensitivity of the female antennae to vanillin. In addition, it depended on the species studied. It occurred after two generations only in the polyphagous species, after five generations in the monophagous species, and it was absent in the oligophagous species. Although several mechanisms may be involved in this induction, our results validate both the theory of Hopkins, neo-Hopkins principle and the chemical legacy in the species in which the induction occurred. The larvae exhibited generally the same olfactory preference than the adult females for the odors of the new diet but this preference was not correlated with their food preferences, indicating in larvae a discrepancy between olfaction and gustation.

Ce mémoire présente l'étude du signal phytolithique de sédiments mio-pliocènes du Tchad(Afrique Centrale) datés entre 7-2 Ma, et contemporains des Homininés anciens Sahelanthropustchadensis et Australopithecus bahrelghazali. Une calibration de la relation plantes-phytolithes-solspour l'Afrique tropicale subsaharienne actuelle a d'abord été réalisée pour apprécier la signatureenvironnementale des phytolithes dans le registre fossile. L'analyse des assemblages phytolithiques de98 espèces de graminées (Poaceae) a permis d'élaborer trois nouveaux indices phytolithiques à partirde 43 types propres aux Poaceae. Testés sur une base de 57 sols/sédiments modernes du Tchad, cesindices permettent de tracer les associations graminéennes aquatiques du Lac Tchad, les associationsmésophytiques des milieux humides soudaniens, et les associations xérophytiques des milieux secssahéliens. L'analyse des assemblages phytolithiques des sols/sédiments actuels considérés dans leurensemble a permis d'évaluer le potentiel de ce proxy à caractériser la physionomie des formationssoudano-sahéliennes modernes. La calibration a été appliquée à l'étude d'un enregistrementsédimentaire discontinu du Lac Tchad (6-2 Ma) (forage de Bol, 13°N/14°E) et à celle de 18 niveauxpaléontologiques du Djourab (7-3.5 Ma) (16°N/17°E). Les résultats indiquent la présence de savanesintermédiaires à fermées et de zones de végétation aquatique dominantes à 7 Ma dans le Djourab, puisde savanes plus ouvertes et sèches à 3.5 Ma. Une phase de bas niveau lacustre est enregistrée entre3.6-2.8 Ma à Bol, et un pic d'aridité à 3.2 Ma. Enfin, les résultats montrent l'existence de graminéesen C4 au Tchad depuis 7 Ma. / This thesis dissertation is dedicated to the study of the phytolith signal of Mio-Pliocenesediments from Chad (Central Africa) dated between 7-2 Ma, and contemporary to the early Homininspecies Sahelanthropus tchadensis and Australopithecus bahrelghazali. A calibration work studyingthe relationship plants-phytoliths-soils in modern sub-Saharan tropical Africa was carried out in orderto assess the environmental significance of the phytolith signal in the fossil record. Phytolithassemblages produced by 98 sub-Saharan grass species (Poaceae) were analyzed and the results led tothe development of three new phytolith indices defined from 43 types specific to Poaceae. Tested on adatabase of 57 modern soil/sediment samples from Chad, these indices allow drawing aquatic grassassociations of Lake Chad, mesophytic grass associations of wetlands from the Sudanian domain, andxerophytic grass associations of drylands from the Sahelian domain. The analysis of modern soilphytolith assemblages (total assemblages) was used to assess the potential of this proxy to characterizethe physiognomy of the Sudano-Sahelian vegetation types. The calibration had been applied to thestudy of a discontinuous sedimentary record from Lake Chad (6-2 Ma) (Bol core, 13°N/14°E) and of18 paleontological levels from the Djourab (7-3.5 Ma) (16°N/17°E). The results indicate thedominance of intermediate to closed savannas and areas of aquatic vegetation at 7 Ma in the Djourab,and more open and dry savannas at 3.5 Ma. A limited lacustrine stage is recorded between 3.6-2.8 Maat Bol, and a shift of aridity at 3.2 Ma. Finally, the results show the existence of C4 grasses in Chadsince 7 Ma.

Les Poaceae aussi appelées Graminées forment une importante famille botanique regroupant près de 12 000 espèces en plus de 700 genres dont les céréales. Cette famille présente un intérêt économique majeur car elle est importante dans la nutrition humaine et animale. De ce fait, cette famille a été très étudiée en génomique comparée depuis les années 1990 révélant une grande conservation de la structure de leur génome depuis leur divergence d’un ancêtre commun. Avec le séquençage de Brachypodium distachyon en 2009, nous avons réalisé l’analyse de son génome par l’identification de douze blocs de synténie avec les génomes séquencés du riz, du sorgho et du maïs ainsi que sept blocs de duplications partagées entre ces graminées. Ces données nous ont permis de suggérer que les cinq chromosomes modernes de Brachypodium sont issus de l’ancêtre commun des graminées constitué de douze chromosomes et ayant subi sept fusions au cours de l’évolution. Ces travaux nous ont permis de confirmer un possible génome ancêtre des graminées constitué de cinq chromosomes porteurs de près de 10 000 gènes et d’une taille minimale de près de 35Mb. Ensuite, sur la base des résultats de génomique comparée, nous nous sommes intéressés à l’évolution des différentes familles de micro-ARN (miARN). La comparaison de ces ARN non-codants réalisée pour le riz, le sorgho, le maïs et Brachypodium montre une conservation de cette famille chez les graminées avec 50% d’orthologues et 20% de paralogues. Sur la base des résultats de paléogénomique, nous avons proposé une modélisation de l’évolution des miARN qui corrobore l’hypothèse d’une origine très ancienne de ce mécanisme de « gene silencing ». Au-delà des nouvelles connaissances fondamentales générées au cours de ce travail de thèse sur l’évolution des génomes de graminées, les résultats que nous avons obtenus ont des applications potentielles dans le domaine de l’amélioration variétale, comme avec par exemple la possibilité de définir des marqueurs moléculaires de type COS (Conserved Orthologous Set). Ces marqueurs COS ont été mis en oeuvre pour l’étude de caractères agronomiques d’intérêt dans des espèces dont le génome n’est pas encore complètement séquencé comme le blé. / Poaceae also called Grasses are an important botanical family consisting in nearly 12,000 species in over 700 genres including cereals. This family is of major economic interest because it comprises cereals that are among the most important crops for human and animal nutrition. This family has been extensively studied in comparative genomics since the 1990s and showed a high degree of gene conservation among species since they diverged from a common ancestor. With the sequencing of Brachypodium distachyon in 2009, we performed an analysis of its genome by the identification of twelve synteny blocks with the sequenced genomes of rice, sorghum and maize and seven duplications blocks shared with these last grass species. These data allowed us to suggest the five chromosomes of Brachypodium are from the common ancestor composed of twelve chromosomes and having undergone seven fusions during the evolution. This work allowed us to confirm a possible grass ancestor with five chromosomes carrying almost 10,000 genes with a size of 35Mb. Then, based on these comparative genomics results, we studied more particularly the evolution of different families of microRNAs (miRNAs). The comparison of non-coding RNA from rice, sorghum, maize and Brachypodium showed conservation into this family for the grass species with 50% of orthologs and 20% of paralogs. Based on the paleogenomics results, we proposed an evolutionary scenario of miRNA genes, which supports the hypothesis of an ancient origin of this gene silencing mechanism in plants. Beyond the fundamental knowledge generated on the evolution of grass genomes during this PhD, these results have potential applications in breeding, for example with the possibility to identify COS (Conserved Orthologous Set) molecular markers. Such COS markers have been used for the study of agronomic traits in species not completely sequenced as wheat.

Le premier objetif de cette thèse a été de développer de nouveaux marqueurs moléculaires utilisables sur le blé et transférables vers un nombre important d'espèces cultivées ou sauvages de graminées. Nous avons observé une portabilité des EST-SSR excellente pour les sous-espèces de blé qui diminue avec l'éloignement phylogénétique pour atteindre encore près de 30% avec le riz. Le deuxième objectif de cette thèse était d'exploiter les EST-SSR montrant une bonne portabilité pour valider leur capacité dans le cadre d'analyses phylogénétiques chez les Triticés et les graminées. Les résultats confirment que les espèces T. monococcum ssp urartu, Ae. speltoides et Ae tauschii sont respectivement apparentées aux donneurs des génomes A, B et D du blé tendre. Nous pouvons donc conclure que les EST-SSR sont des marqueurs intéressants et puissants pour étudier les espèces sauvages orphelines et pour faire des analyses phylogénétiques chez les graminées

La présente étude examine la variation de l’accumulation de la silice chez les graminées tropicales dans une perspective écologique et évolutive. La revue des travaux examinant l’étendue de la variation de la teneur en silice dans les graminées identifie trois groupes de facteurs influençant la silicification des graminées, notamment les facteurs génétiques (différence dans la capacité d’absorption racinaire, d’anatomie et de traits écophysiologiques foliaires), des facteurs endogènes (phénologie, organes végétaux) et les conditions de croissance. L’approche expérimentale a été orientée sur l’influence de certaines conditions de croissance sur la teneur en silice (défoliation, humidité, fertilité du substrat). Les résultats confirment l’influence de la défoliation et de la fertilité du substrat sur l’accumulation de la silice, mais soulignent bien la complexité de l’action de ces facteurs qui se traduit notamment par des différences de réponse entre espèces. Ces résultats suggèrent que les contradiction entre travaux publiés en ce qui concerne le caractère inductible ou non de l’accumulation de la silice sont dues pour partie à des interaction espèces*défoliation, et à une grande sensibilité des résultats aux conditions d’application de la défoliation. Les variations de la teneur en silice (intrinsèques et induites par les conditions de croissance) mises en relation avec les variations de traits structuraux et fonctionnels (surface foliaire spécifique, teneur en eau, anatomie foliaire, etc.) montrent des corrélations qui ne sont pas entièrement constantes au travers de tous les essais. Elles sont significativement positives avec les cendres solubles dans toutes les conditions de croissances examinées, mais négatives avec le carbone en condition de défoliation. Avec la teneur en eau, elles sont positives en conditions de défoliation, mais changent de signe en conditions de fertilisation phospho-azotée. Cette corrélation négative avec la teneur en eau est consistante à la fois dans les limbes et les gaines en comparaison interspécifique. Cette différence dans la structure des corrélations résulte à la fois des effets d’échantillonnage et l’étendue plus ou moins grande de la gamme des teneurs en silices balayées par les différentes espèces examinées. Pennisetum unisetum est la plus riche en silice et en sclérenchyme et qui pèse de façon disproportionnée dans l’analyse des corrélations. Les résultats n’apportent pas un soutien très clair à l’hypothèse selon laquelle la silice peut se substituer aux composés carbonés comme matériau de soutien. / The present study examines the variation of the silica accumulation of tropical grass species on the ecological and evolutionary point of view. The review of works examining the extent of the variation of the silica content in grasses identifies three groups of factors influencing the grass silicification, in particular the genetic factors (difference in the capacity of root absorption, anatomy and foliar ecophysiological features), endogenous factors (phenology, organs) and the growth conditions. The experimental approach focused the influence of certain conditions of growth on the silica content (defoliation, moisture, substrate fertility). The results confirm the influence of the defoliation and the substrate fertility on the silica accumulation, but underline well the complexity of the action of these factors which results in particular in differences in response between species. These results suggest that contradiction between published works with regard to the inducible character or not of the silica accumulation are due to some extent to the species*defoliation interaction, and a great sensitivity of the results to the conditions for application of defoliation. Variations of the silica content (intrinsic and induced by the growth conditions) relating to the variations of structural and functional characters (specific leaf area, water content, foliar anatomy, etc.) showed correlations which are not entirely constant through all the tests. They are significantly positive with soluble ashes under all the examined conditions, but negative with carbon in condition of defoliation. With the water content, they are positive in conditions of defoliation, but change sign in conditions of phospho-nitrogenized fertilization. This negative correlation with the water content is consistent at the same time in blades and sheaths in interspecific comparison. This difference in the structure of the correlations results at the same time from the effects of sampling and the more or less large extent of the range of the silica contents swept by the various examined species. Pennisetum unisetum is richest in silica and sclerenchyma and which weighs disproportionately in the analysis of correlations. The results do not give a very clear support for the assumption according to which silica can replace the carbonaceous compounds like material of support. / Doctorat en sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les biomes herbacés africains intertropicaux devraient faire face, dans un proche futur, à des changements drastiques. Les modèles dynamiques de végétation (DGVM) ont des difficultés à simuler les limites actuelles de ces biomes, notamment parce qu’ils ne prennent pas en compte la diversité des couverts herbacés en C4. Il est donc nécessaire de caractériser cette diversité floristique et physionomique afin qu’elle puisse être facilement prise en compte dans les DGVMs, et que les comparaisons modèle/données (phytolithes) soient possibles.Dans cet objectif, les traits physionomiques des graminées en C4 dominantes au Sénégal et en Afrique du Sud ont été répertoriés. Quatre groupes physionomiques ont été statistiquement discriminés. Ils varient avec la distribution spatiale des biomes et les précipitations régionales. Deux groupes sont fortement corrélés à l’indice de surface foliaire (LAI) et à la biomasse herbacée. Au Sénégal ces deux groupes sont bien différenciés par l’indice phytolithique Iph qui est un proxy des couverts herbacés intertropicaux. En Afrique du Sud, les phytolithes n’ont pas permis de tracer l’ensemble de la transition savane/steppe. Ces deux groupes physionomiques remplissent les critères nécessaires à la caractérisation de types fonctionnels de plantes (PFT). L’intégration de ces PFTs dans le modèle LPJ-GUESS améliore la simulation des biomes herbacés actuels et permet de proposer des simulations pour l’horizon 2100. Ces simulations montrent que l’augmentation de la durée de la saison sèche et de la concentration en CO2 atmosphérique devraient favoriser l’expansion simultanée des steppes et des savanes fermées aux dépens des savanes ouvertes. / Intertropical african herbaceous biomes are expected to face drastic changes in a near future. However Dynamic Global Vegetation Models (DGVMs) simulate their modern boundaries with poor accuracy, especially at the regional scale. DGVMs fail to consider the diversity of their C4 grass cover. Efforts are thus needed to characterize this floristic and physiognomic diversity in a way that can be used for enhancing DGVMs simulations, and enabling model/data (phytoliths) comparisons. For that purpose, physiognomic traits of dominant C4 grass species settled in Senegal and South Africa were listed. Four grass physiognomic groups were statistically identified. The abundance of four of them significantly varied with biome distributions and regional precipitation. Two grass physiognomic groups were additionally strongly correlated with leaf area index (LAI) and grass biomass. In Senegal, those two groups were also well traced by the Iph phytolith index which is a tropical grass cover proxy. In South Africa the limited set of phytolith data did not allow to observe the full savanna/steppe transition. The two physiognomic groups finally fulfilled the criteria required for creating Plant Functional Types (PFTs). Those new PFTs, parameterized in the LPJ-GUESS DGVM, enhanced the simulation of modern herbaceous biomes distribution in Senegal and South Africa. Simulations were additionally performed for the 2100 horizon. They evidence that the increase of both length of the dry season and atmospheric CO2 concentration should favor the simultaneous spread of steppes and closed savannas at the expense of open savannas.

Afin de prévoir les conséquences des changements environnementaux sur la biodiversité, une approche est de mieux comprendre la réponse des espèces à une modification de leur environnement. Les écosystèmes de montagne sont particulièrement concernés par ces changements environnementaux. En particulier, dans les Alpes françaises, les pelouses et prairies constituent des formations végétales importantes, du point de vue de leur intérêt patrimonial et de la biodiversité en espèce animales et végétales qu'elles renferment. Pour estimer la capacité des espèces à s'adapter/s'acclimater à de nouvelles conditions environnementales, différentes expériences ont été mises en place afin d'estimer le rôle de la variabilité génétique et de la plasticité phénotypique dans la variation des traits fonctionnels. Les résultats mettent en évidence l'importance de la plasticité phénotypique comme source de variation des traits fonctionnels, la variabilité génétique expliquant une part significative mais plus faible de la réponse. Cette coexistence des deux mécanismes indique que les espèces étudiées sont capables de s'acclimater et, à plus long terme, pourront s'adapter. Toutefois, des niveaux différents de plasticité et de contraintes ont été observés au sein et entre les espèces, pouvant conduire des réponses différentes selon les espèces et les populations. Les différents résultats ont permis de mettre en évidence la complexité de la réponse des espèces à leur environnement. Les différents aspects ainsi que l'origine de la réponse sont donc des éléments clés pour prévoir la réponse des espèces aux changements globaux de l'environnement, et donc l'évolution de la biodiversité.

La tipule européenne (Tipula paludosa Meigen) est un insecte ravageur de nombreuses espèces de plantes fourragères et ornementales qui a récemment fait son apparition sur les terrains de golf de la région de Québec. Ce projet de recherche visait à développer les connaissances sur la tipule européenne au Québec afin d'élaborer des stratégies de gestion des populations sur les terrains de golf de façon à réduire l'utilisation d'insecticides. Le dépistage a été effectué sur quatre terrains de golf afin de caractériser le complexe d'espèces de Tipuloidea, le cycle saisonnier de la tipule européenne et la distribution spatiale des larves sur un terrain de golf. Une grande diversité d'espèces de Tipuloidea a été observée sur les terrains de golf malgré la nette dominance de la tipule européenne. La tipule européenne a complété une génération par année sur les terrains de golf visités dans la région de Québec. Enfin, les larves étaient plus abondantes dans les zones d'herbes longues ainsi que dans les pourtours du vert et départs.