L'apparition de la fleur a nécessité trois événements majeurs: (i) le regroupement des organes reproducteurs mâles et femelles sur un même axe, (ii) l'internalisation des ovules au sein d'un organe: le carpelle, (iii) la mise en place de pièces stériles en périphérie des organes reproducteurs. Ce travail de thèse consiste en l'identification d'événements moléculaires à l'origine du carpelle. Les gènes ARF3 et ARF4 jouent un rôle clé dans le développement du carpelle chez l'espèce modèle Arabidopsis thaliana. La reconstruction de l'histoire évolutive de ces gènes a permis de montrer qu'ils résultaient d'une duplication dans le lignage menant aux angiospermes. Leurs structures indiquent qu'ils ont évolué par perte de certains domaines protéiques, ceci de manière indépendante dans les lignages ARF3 ou ARF4. Ces changements dans la partie codante constituent un mode d'évolution généralisable à l'ensemble des embryophytes. La famille génique YABBY intervient dans l'établissement de la polarité adadiale-abaxiale des organes latéraux. En particulier, les gènes CRC et INO constituent respectivement deux marqueurs moléculaires du carpelle et de l'ovule. L'étude préliminaire de cette famille semble indiquer l'absence du gène CRC chez les gymnospermes, suggérant que l'apparition de CRC aurait été un pré-requis pour l'origine évolutive du carpelle.

Les travaux de cette thèse portent sur la caractérisation chimique des ambres provenant de plusieurs gisements d’âges et d’origines géographiques variés, dont certains sont inédits. Des protocoles identiques à tous les échantillons et combinant les analyses spectroscopiques (IR et RMN 13C) et chromatographiques (THM-CPG-SM) ont été appliqués, permettant d’identifier l’origine botanique des ambres et fournissant des indices pour la reconstitution des paléoenvironnements terrestres. La caractérisation chimique des gisements d’ambre du Jurassique supérieur (Kimméridgien) jusqu’au Crétacé supérieur (Santonien) du Liban, de Jordanie, du Congo, d’Equateur et de France, permet de proposer des biomarqueurs pour les résines de Cheirolepidiaceae, une famille exclusivement mésozoïque de Conifères. Une évolution des sources botaniques des résines produites durant le Mésozoïque et le Cénozoïque est alors discutée. Une production dominée par les familles de Conifères Araucariaceae et Cheirolepidiaceae est remarquée au Jurassique supérieur et Crétacé inférieur. La production au Crétacé supérieur est plutôt dominée par des Cupressaceae. Au Cénozoïque, les origines botaniques des ambres sont plus variées, et des familles d’Angiospermes sont à l’origine de nombreux gisements, dont l’ambre du Pérou produit par une Fabaceae. La production par des Conifères reste toutefois importante au Tertiaire, à l’exemple des ambres de Nouvelle-Zélande qui ont pour origine les Araucariaceae. Les données obtenues ont permis une ré-évaluation de la classification des ambres par Py-GC-MS. Ainsi, une nouvelle molécule dont la structure est inconnue encore, a été identifiée dans les chromatogrammes d’ambres de classe Ib et Ic, ajoutant un caractère discriminant entre ces deux sous-classes. Enfin, la relation âge / maturation des résines fossiles est discutée, qui dépend avant tout des conditions d’enfouissement des résines. Une large base de données moléculaires est ainsi établie pour un grand nombre de gisements d’âges et d’origines botaniques variés, qui permettra une comparaison globale dans les travaux futurs. / This work focuses on the chemical characterisation of amber from different outcrops from different localities, and varied ages. Some of these outcrops had never been studied. All the amber samples were analysed with the same analytical techniques. The combination of the data obtained from spectroscopic (IR and 13C NMR) and chromatographic (THM-GC-MS) analysis allows the identification of the botanical origin of the amber and provide some information, for the reconstruction of the palaeoenvironment. Biomarkers for the cheirolepidiaceous resins were proposed based on the chemical characterisation of different amber outcrops dating from the Upper Jurassic (Kimmeridgian) to the Upper Cretaceous (Santonian) from Lebanon, Jordan, Congo, Ecuador and France. The Cheirolepidiaceae familt was exclusively present in the Mesozoic era. Hence, the evolution of the botanical origins of the produced resins during the Mesozoic and Cenozoic eras was discussed. It seems that Araucariaceae and Cheirolepidiaceae were the dominant resin producing trees during the Upper Jurassic and the Lower Cretaceous. While, cupressaceous resiniferous plants were dominant during the Upper Cretaceous. Howerver, resins dating from the Cenozoic era, were produced by a wider variety of plants, as resiniferous families of Angiosperm intensively participated in the resin production, i.e. the Peruvian amber produced by Fabaceae. Conifer resins traces were also detected in the Tertiary, such as the amber from the Araucariaceae found in New Zealand. The obtained data allowed a re-evaluation of the classification of ambers by Py-GC-MS, leading to the discovery of a novel molecule. This molecule of an unknown structure brings a new discrimination factor between the classes Ib and Ic. Finally, the age / maturity relationship is showed to be dependent on the burial and the conservation conditions of the resins. A broad molecular database is established based a large group of amber outcrops from different ages, and having diverse botanical origins. This database could be used as a comparative platform for further work in the future.

Face à la toxicité des éléments traces métalliques (ET) dans l’environnement, les plantes ont développé différentes stratégies aujourd’hui exploitées en phytoremédiation. Les arbres paraissent plus efficaces que les herbacées pour la phytoextraction de par leur importante biomasse et leur système racinaire plus profond. Ces travaux ont donc été menés sur des espèces ligneuses largement répandues dans la région Limousin, plus particulièrement des conifères: le Douglas, le mélèze hybride et ses deux parents, le mélèze d’Europe et le mélèze du Japon. Plusieurs modèles de culture ont été utilisés pour permettre, par des approches complémentaires, une meilleure appréhension des réponses de ces conifères aux ET : des plantules cultivées in vitro et des germinations ou des arbres âgés de 2 ans cultivés sous serre. Les conifères ont été exposés soit à un seul ET, le Cadmium (Cd), soit à plusieurs ET (As, Pb, Sb) présents dans des sols collectés sur deux anciens sites miniers. Les résultats ont montré que, parmi les espèces étudiées, le Douglas présentait le taux d’accumulation le plus élevé en Cd. Cependant, la quantité stockée dans la biomasse aérienne est restée faible par rapport à d’autres espèces d’arbres déjà utilisées en phytoextraction. Par ailleurs, la caractérisation chimique des pectines de la paroi a mis en évidence des modifications quantitatives et qualitatives suggérant un processus d’exclusion du Cd. Au niveau intracellulaire, les résultats ont montré que les polyamines et les oligopeptides riches en thiols ne semblaient pas impliqués dans la compartimentation du Cd. En revanche, une accumulation de proline a été observée en réponse au Cd et à d’autres ET, suggérant une implication de la proline comme molécule antioxydante et / ou chélatrice d’ET. L’ensemble des résultats a mis en évidence la nécessité d’optimiser la croissance des conifères et la phytodisponibilité des ET du sol avant de pouvoir proposer ces conifères, et notamment le Douglas, pour la phytoextraction d’ET. / Given the toxicity of trace elements (TE) in the environment, plants developed varions strategies used currently for phytoremediation. Trees appear more efficient than herbaceous species for phytoextraction as they have a larger biomass and a deeper root system. The work was thus performed on woody species widespread in Limousin region, particularly conifers: Douglas fir, hybrid larch and its two parents, European larch and Japanese larch. Several culture models were used to allow, through complementary approaches, a better understanding of the response of these conifers to TE: in vitro grown plantlets and seedlings or 2-year-old trees grown in greenhouse. Conifers were exposed to a single TE, cadmium (Cd), or to several TE (As, Pb, Sb) present in soils collected from two former mining sites. Among investigated species, results showed that Douglas exhibited the highest rate of Cd accumulation. However, the amount stored in aboveground biomass remained low compared to other tree species already used in phytoextraction. Furthermore, the chemical characterization of cell wall pectins highlighted quantitative and qualitative modifications suggesting a Cd exclusion process. At the intracellular level, results showed that polyamines and thiol-rich oligopeptides did not appear to be involved in Cd compartmentation. However, a proline accumulation was observed in response to Cd and other TE, suggesting an involvement of proline as antioxidant molecule and / or TE scavenger. Overall, results highlighted the need to optimize conifer growth and soil TE phytoavailability before to propose these conifers, particularly Douglas, for the phytoextraction of TE.

Le paysage nucléotidique – la manière dont la composition nucléotidique varie le long du génome – est une caractéristique marquante de l'organisation des génomes et varie fortement entre espèces. Plusieurs hypothèses émergent des nombreux débats autour des mécanismes évolutifs à l'origine de ces hétérogénéités du taux de GC, parmi lesquelles la conversion génique biaisée vers G et C (BGC) et la sélection sur l'usage du code (SUC). La BGC est un processus neutre associé à la recombinaison qui favorise les allèles en G ou C au détriment des allèles en A ou T. La SUC est une force de sélection qui favorise les codons dits « préférés », ceux dont la traduction serait la plus efficace. Contrairement à ceux des vertébrés, les paysages nucléotidiques des plantes sont peu connus. La plupart des études ont été consacrées au génome d'Arabidopsis thaliana, pauvre en GC et homogène, et à celui du riz, riche en GC et hétérogène. Le contraste entre ces deux génomes a souvent été généralisé comme une dichotomie entre dicotylédones et monocotylédones, mais cette vision est clairement phylogénétiquement biaisée.Les objectifs de ce travail de thèse sont de caractériser les paysages nucléotidiques des angiospermes à une large échelle phylogénétique et de mieux comprendre quels sont les mécanismes évolutifs jouant sur l'évolution de ces paysages nucléotidiques. Comment varient les paysages nucléotidiques le long de la phylogénie des angiospermes ? SUC et BGC façonnent-elles ces paysages nucléotidiques ? Les différents taxons sont-ils affectés avec la même intensité ?Pour répondre à ces questions, j'ai utilisé une approche de génomique comparative basée sur l'analyse de données EST chez plus de 230 espèces d'angiospermes et de gymnospermes. L'exploration des paysages nucléotidiques de ce large éventail de plantes a montré que les patrons d'hétérogénéité des paysages nucléotidiques suivent un continuum le long de la phylogénie, avec des groupes particulièrement riches et hétérogènes en GC, les graminées par exemple. Mes résultats suggèrent que les paysages nucléotidiques des plantes pourraient avoir été façonnés par la BGC et, dans une moindre mesure, par la SUC. Des épisodes indépendants d'enrichissement et d'appauvrissement en GC ont vraisemblablement eu lieu au cours de l'évolution des plantes, et pourraient être expliqués par des variations d'intensité de ces mécanismes. En utilisant une prédiction du degré d'expression des EST, j'ai également mis en évidence une diversité dans les codons préférés entre espèces. Les préférences d'usage des codons se sont révélées plus labiles au cours de l'évolution pour les codons des acides aminés au code quatre et six fois dégénéré. J'ai pu lier l'évolution des préférences d'usage des codons à l'évolution de la composition nucléotidique des génomes. Mes résultats suggèrent que la composition en base des génomes, affectée en partie par la BGC, orienterait la coévolution entre préférence d'usage du code et ARNt. / The nucleotide landscape – the way base composition varies along a genome – is a striking feature of genome organization and is highly variable between species. The evolutionary causes of such heterogeneity in GC content have been much debated. Biased gene conversion towards G and C (BGC) and selection on codon usage (SCU) are thought to be main forces. BGC is a neutral process associated with recombination favouring G and C alleles over A and T ones. SCU is a selection process favouring the so-called “preferred” codons, i.e., those whose translation is the most efficient. Contrary to vertebrates, plant nucleotide landscapes are still poorly known. Most studies focused on the GC-poor and homogeneous Arabidopsis thaliana genome and on the GC-rich and heterogeneous rice genome. The contrast between these two genomes was often generalized as a dicot/monocot dichotomy but this vision is clearly phylogenetically biased.The objectives of this study are to characterize angiosperm nucleotide landscapes on a wide phylogenetic scale and to better understand the evolutionary mechanisms acting upon the evolution of nucleotide landscapes. To what extent do nucleotide landscapes vary across angiosperm phylogeny? Are nucleotide landscapes shaped by BGC and SCU? Are taxa affected with the same intensity?To tackle these issues, I used a comparative genomic approach relying on EST data analysis on over 230 angiosperm and gymnosperm species. Through the nucleotide landscape survey for such a wide range of species I found a continuum of GC-heterogeneity patterns across phylogeny, some taxa such as Poaceae being strikingly GC-rich and heterogeneous. My results suggest that nucleotide landscapes could have been shaped by BGC and, to a lesser extent, by SCU. GC-content enrichment and impoverishment are likely to have occurred several times independently during plant evolution and could be explained by intensity variations of BGC and SCU. Using a proxy for EST expression level, I also characterized the diversity of preferred codons between species. Codon usage preferences were shown to be evolutionarily more unstable for four- and six-fold degenerate codon families. Finally, I could link the evolution of codon usage preferences to the evolution of genome base composition. My results suggest that genome base composition, partially shaped by BGC, seems to drive the coevolution between codon usage preferences and tRNAs.