La gesse commune (Lathyrus sativus L.) est une légumineuse cultivée principalement en Inde, au Bangladesh et en Ethiopie qui présente des niveaux de résistance élevés pour de nombreuses contraintes abiotiques, telles que la sécheresse et l'inondation. Dans ce travail, les capacités de tolérance du Lathyrus (lignées locales "Raipur" et "Bangladesh") à une autre contrainte abiotique, la présence de plomb, ont été déterminées des points de vue physiologique et moléculaire. Un système expérimental de culture hydroponique a été mis au point pour ces plantes. Le plomb y est introduit sous forme de nitrate de plomb (Pb(NO3)2). Les teneurs en plomb des différents organes des plantes (racines, tiges, feuilles) ont été déterminées par ICP-OES. Les réponses cellulaires dans ces organes ont été étudiées par RTPCR quantitative (PCR en temps réel). Des amorces spécifiques du Lathyrus ont été dessinées à partir des 11 séquences d'ADN complémentaires (ADNc) isolées pour la première fois et séquencées. L'un des ADNc isolé est complet et code une cystéine protéase (LsCP, 427 aa). Les autres sont des ADNc partiels et correspondent à une aspartique protéase (LsAP, 270 aa), deux ascorbate peroxidases cytosolique (LsAPXc, 195 aa) et peroxisomale (LsAPXp, 226 aa), une protéine de choc thermique ("Heat Shock Protein 70" ; LsHSP70, 287), une homoglutathion synthétase (LshGSHS, 329 aa), une glutathion S-transférase (LsGST, 66 aa), une glutathion réductase (LsGR, 336 aa), une phytochélatine synthétase (LsPCS, 64 aa), une phospholipase D a (LsPLDa, 288 aa), un transporteur membranaire spécifique du Pb (LsCNGC, 136) et une protéine soluble (LsABCt, 331 aa). Les plantes exposées au nitrate de plomb accumulent de grandes quantités de métal dans leurs racines sous forme de plomb fortement lié aux tissus. L'accumulation d'ARN messagers de la LsPLDa suggère que les racines subissent une contrainte cellulaire et s'y adaptent. La stimulation de l'expression des gènes LsGST, LsGR et LsAPX correspondrait à la formation de complexes Pb-glutathion et à une activation du cycle ascorbate-glutathion pour la neutralisation des espaces activées de l'oxygène (ROS) délétères. Dans les feuilles exemptes de plomb, l'augmentation de l'expression des gènes LsCP, LsAP, LsAPXc, LsAPXp, LsHSP70, LsGR et LsPCS semble indiquer l'émission d'un signal racinaire transmis de manière systémique vers le reste de la plante où il déclenche la sur-expression de ces gènes. Ceci pourrait permettre aux tissus épargnés par le polluant de se préparer à son éventuelle arrivée. La chélation du Pb avec de l'EDTA dans le milieu de culture conduit à son transport vers les parties aériennes et à son accumulation dans les feuilles. L'expression du gène LsCNGC chez ces plantes est activée dans les feuilles, suggérant une participation de ce transporteur à l'entrée des complexes Pb-EDTA dans le symplasme. Comme observé chez d'autres espèces végétales, le plomb affecte le métabolisme du glutathion chez la gesse commune. Cependant, la mise en évidence d'une réaction systémique en réponse au plomb à partir des racines ainsi que la surexpression de gènes d'autolyse sont réalisées pour la première fois et pourraient être des éléments contribuant fortement à la tolérance au plomb chez cette espace végétale sous-utilisée. / Grass pea (Lathyrus sativus L.) is a legume plant cultivated mostly in India, Bangladesh and Ethiopia. It possesses high tolerance levels to abiotic stresses like drought and flooding. In the present work, the tolerance of Lathyrus sativus L. (local lines "Raipur" and "Bangladesh") to another abiotic stress: lead, has been determined, using a physiological and a molecular approach. A hydroponic culture system has been set up. Lead was introduced as lead nitrate (Pb(NO3)2). Lead contents in various plant organs (roots, stems, leaves) were determined using ICP-OES. Cell responses in these organs were studied using real-time RT-PCR. Grass pea-specific primers were designed from the 11 complementary DNA sequences that were isolated and sequenced here for the first time. One of the cDNA is full-length and codes a cystein protease (LsCP). The others are partial cDNA and code an aspartic protease (LsAP, 270 aa), two ascorbate peroxidases, a cytosolic (LsAPXc, 195 aa) and a peroxisomal (LsAPXp, 226 aa), a heat shock protein 70 (LsHSP70, 287), a homoglutathione synthetase (LshGSHS, 329 aa), a glutathione-S-transferase (LsGST, 66 aa), a glutathione reductase (LsGR, 336 aa), a phytochelatin synthetase (LsPCS, 64 aa), a phospholipase D a (LsPLDa, 288 aa), a membrane transporter specific of lead (LsCNGC, 136) and a soluble protein (LsABCt, 331 aa). The plants exposed to lead accumulate large amounts of the metal in their roots only and the metal is tightly bound to the tissues. mRNA accumulation for LsPLDa suggest that root tissues are under stress and coping. The increases in LsGST, LsGR and LsAPX transcripts suggest that Pb-glutathione complexes are formed and that the ascorbate-glutathione cycle is stimulated to scavenge deleterious activated oxygen species, in the root tissues. In lead-free leaves, LsCP, LsAP, LsAPXc, LsAPXp, LsHSP70, LsGR et LsPCS genes are overexpressed. This indicates that a root signal is emitted by these leaded tissues and transported systemically to the rest of the plant where it stimulates the expression of the genes mentioned above. This could be a prevention mechanism to prepare leaf tissues for the possibility of lead spreading. Chelation of lead with EDTA in the growth medium facilitates the transport of the pollutant to the leaves where it accumulates. In these tissues, the LsCNGC is over-expressed suggesting that this transporter is involved in the translocation of the Pb-EDTA complexes into the leaf symplasm. As was observed previously in other plant species, lead affects glutathione metabolism in grass pea. However, the observation of a systemic signal originating from the leaves in response to lead and the over-expression of autolytic genes are reported here for the first time and could be contributing elements to lead tolerance in this under-utilized plant species.

Η ρύπανση από τα χημικά λιπάσματα είναι έντονη στα ελληνικά εδάφη (ιδιαίτερα από τα νιτρικά άλατα) και επομένως είναι κρίσιμη η μείωση των εισροών αγροχημικών στο περιβάλλον. Η μείωση της λίπανσης αυξάνει την συγκέντρωση αντιοξειδωτικών ουσιών στους φυτικούς ιστούς. Πολλές επιστημονικές μελέτες μέχρι σήμερα συσχετίζουν την διατροφή με φυτικά προϊόντα υψηλής διατροφικής αξίας που περιέχουν φαινολικές-αντιοξειδωτικές ουσίες με την πρόληψη καρδιαγγειακών παθήσεων, πολλών μορφών καρκίνου αλλά και την γήρανση. Έτσι η έρευνα αυτή είχε διπλό στόχο: τη μείωση της ρύπανσης του περιβάλλοντος μέσω της μείωσης των λιπασμάτων που χορηγούνται στις καλλιέργειες, και την παραγωγή φυτικών προϊόντων υψηλής βιολογικής και διατροφικής αξίας, αφού θα παρέχουν μεγαλύτερες ποσότητες αντιοξειδωτικών ουσιών στον ανθρώπινο οργανισμό. Επίσης θα πρέπει να αναφερθεί ότι η μείωση των ποσοτήτων των λιπασμάτων που θα απαιτούνται για την καλλιέργεια των φυτών θα επιφέρει και οικονομικό όφελος προς τους καλλιεργητές και τους καταναλωτές, αφού θα μειωθεί το κόστος παραγωγής των φυτικών προϊόντων. Για το σκοπό αυτό μελετήθηκε για πρώτη φορά η επίδραση της μεταβολής της συγκέντρωσης των χορηγούμενων νιτρικών ιόντων μέσω του θρεπτικού διαλύματος υδροπονικής καλλιέργειας στο ρυθμό παραγωγής πολυφαινολικών ενώσεων σε λαχανικά ευρείας κατανάλωσης (παντζάρι και μαρούλι) και διαπιστώθηκε ότι η μεγιστοποίηση της παραγωγής των φυσικών αντιοξειδωτικών παραγόντων είναι δυνατή μέσω του ελέγχου της αζωτούχου θρέψης. Παράλληλα, διαπιστώθηκε και ποσοτικοποιήθηκε η ύπαρξη ενός κρίσιμου σημείου στη συγκέντρωση του χορηγούμενου αζώτου που ενεργοποιεί τον δευτερογενή μεταβολισμό των καλλιεργούμενων φυτών παντζαριού και μαρουλιού, αυξάνοντας σημαντικά το ρυθμό παραγωγής των ιδιαίτερα ευεργετικών για την υγεία φυτοχημικών ενώσεων όπως φαινολικών και μπετακυανινών. Η αύξηση όχι μόνο της περιεκτικότητας αλλά και της ενεργότητας των αντιοξειδωτικών παραγόντων επιβεβαιώθηκε με τη χρήση προηγμένων μεθόδων προσδιορισμού όπως το EPR. Τέλος προσδιορίστηκαν και ποσοτικοποιήθηκαν με σύγχρονη μέθοδο φασματομετρίας μαζών (LC-MS/MS) στα διαφορετικά μέρη των φυτών παντζαριού και στα φύλλα του μαρουλιού συνολικά επτά διαφορετικές πολυφαινολικές ενώσεις. / The pollution from chemical fertilizers is pronounced in Greek soils (particularly nitrates) and is therefore critical to reduce inputs of agrochemicals in the environment. The decrease of fertilization increases the concentration of antioxidants in plant tissues. Many scientific studies to date relate the diet with plant products of high nutritional value containing phenolic-antioxidants with the prevention of cardiovascular disease, number of cancers and aging. So the aims of the present research are: to reduce environmental pollution by reducing fertilizer applied to crops, and the production of crops with high biological and nutritional value, providing greater amounts of antioxidants in the human body. It should also be noted that the decrease in the quantities of fertilizer that will be required for the cultivation of plants will also lead to economic benefits to farmers and consumers, as it will reduce the cost of production of plant products. For this purpose the effect of varying concentration of nitrate granted via hydroponic nutrient solution, in the production rate of polyphenolic compounds in vegetables (lettuce and beetroot) was studied. It was found that maximizing the production of natural antioxidants is possible through the control of nitrogen nutrition. Also, it was ascertained that a critical point in the concentration of the administered nitrogen exists below which the secondary metabolism of the studied crops i.e. beetroot and lettuce is activated, significantly increasing the rate of production of the highly beneficial for the health compounds such as phenolic phytochemicals and betacyanins. The augmentation of the activity of antioxidants was confirmed by using advanced methods such as EPR. Finally seven different polyphenolic compounds were identified and quantified by the use of liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS), in different plant parts of beetroot and lettuce leaves.

L'utilisation de machines lourdes et la fertilisation des sols ont été la solution pour améliorer le rendement agricole et augmenter les aires des sols cultivés. Les pays émergeants Est-Méditerranéens souffrent d'un manque crucial des législations et des règlementations qui organisent l'usage des fertilisants chimiques. Cela est principalement dû à l'insuffisance des données sur les caractéristiques des sols et les pratiques agricoles. La fertilisation excessive est devenue une source potentielle de contamination des sols par les éléments traces métalliques (ETM) susceptible de migrer vers les différentes chaines alimentaires. Dans ce cadre, l'Institut de Recherches Agronomiques Libanais (IRAL) avait comme préoccupation principale d'évaluer les risques associés aux apports en ETM issus des engrais phosphatés en usage dans des sols de nature alcaline sous un climat aride à semi-aride. Ainsi, l'investigation sur les engrais phosphatés commercialisés au Liban et les pays voisins ont montré que le cadmium est porté principalement dans une phase sulfate quand cette dernière est présente dans les engrais. L'apport moyen annuel du Cd, Cu, Pb et Zn aux sols est trouvé inferieur aux limites recommandées dans certains pays comme le Brésil et la Grande-Bretagne. Cependant, dans le contexte régional où l'étude est réalisée, cet apport est relativement élevé quand la nature alcaline du sol est prise en considération. Ainsi, une norme établie pour un sol acide n'est pas nécessairement adaptable dans un sol alcalin, sachant que ce dernier est un milieu favorable pour stabiliser les ETM et limiter leurs disponibilités. Les Lactuca sativa (laitues), étant une espèce amplement consommée dans les pays du bassin méditerranéen, ont été choisis comme une espèce cible dans l'objectif de suivre la distribution du cadmium dans les différents tissus de l'espèce et le coefficient de partage entre les compartiments eau, sol et plante. Les effets de la densité des sols, en présence du cadmium et des engrais phosphatés ont été étudiés dans des colonnes de sols cultivés par les laitues. Les caractères morphologiques et physiologiques de la plante, la mobilité du cadmium dans le sol et son transfert vers les laitues, la population microbienne (le nombre de bactéries totaux, champignons totaux, bactéries résistantes au cadmium BRC et micro-organismes solubilisant le phosphore MSP) et l'activité enzymatique des phosphatases alcalines (ALP) et acides et les déshydrogénases (DHA) ont été suivis. La présence du Cd et du phosphore dans le sol a diminué la mobilité du cadmium et la compaction a augmenté l'accumulation du Cd dans la partie aérienne des laitues et l'infiltration des nitrates. La combinaison entre la compaction du sol, la présence de cadmium et du phosphore en même temps a montré une diminution du nombre de bactéries, des champignons totaux et de l'activité d'ALP mais une augmentation du nombre de MSP, de BRC et de l'activité de la phosphatase acide est notablement identifiable. En absence de toute matrice d'interaction avec les ETM et les fertilisants phosphatés autre que les laitues, les effets du cadmium et de l'engrais phosphatés ont été évalués sur les caractères morphologiques et physiologiques des laitues en culture hydroponique et sur l'absorption du cadmium par ces laitues. En présence d'engrais phosphaté, la culture des laitues en hydroponie avait une influence positive sur le développement de ce végétal plus qu'en culture dans le sol. Malgré la croissance rapide des laitues en hydroponie, ce système est désormais une source de cadmium disponible aux laitues puisque ce métal est transféré des racines vers la partie aérienne de Lactuca sativa en induisant des changements morphologiques. / Soil compaction and contamination with heavy metals were the response of the use of heavy machinery and phosphate fertilization to improve and expand agricultural productivity. The Eastern Mediterranean emerging countries suffer from lack in legislations and regulations organizing the chemical fertilizers use. This is due to the insufficient data on soil characteristics and agricultural practices. Thus, excessive fertilization can be considered as potential sources of soil contamination by trace metals susceptible to be transferred to the different food chains. One of the main occupations of the Lebanese Agriculture Research Institute (LARI) was to evaluate the associated risks to the trace metals inputs coming from phosphate fertilizers. The investigation of phosphate fertilizers used in Lebanon and neighboring countries showed that cadmium is well bonded to sulfate-phase when sulfate is present in the fertilizers. The annual average of the deposition of Cd, Cu, Pb and Zn in soil was found lower than the recommended limits in some countries like Brazil and Britain but such contribution is relatively high when considering the alkaline nature of the soil. Thus, norms and legislations for acidic soil cannot be necessarily adaptable and used for alkaline soil knowing that such soil is the best environment to stabilize the metals and limit their bioavailability. Lactuca sativa (lettuce), widely consumed specie in Mediterranean countries, has been chosen as target specie to be studied in order to follow cadmium in different parts of the plants and its partition between water, soil and plants. The effects of the compaction, cadmium and phosphate fertilizers were evaluated on morphological and physiological characteristics of Lactuca sativa cultivated in columns. Cadmium mobility in soil and its transfer to lettuce, the microbial population (the number of total bacteria, total fungi, cadmium resistant bacteria CRB and phosphate solubilizing microorganisms PSM) and the enzymatic activities of alkaline phosphatase (ALP), acid phosphatase and dehydrogenase activity (DHA) were also studied. Cadmium mobility was decreased in the soil amended with cadmium and phosphorus and compaction increased the Cd accumulation in the lettuce's aerial part and the nitrate infiltration. A decrease of the number of total bacteria, fungi, ALP and an increase in the number of PSM, CRB and acid phosphatase activity were observed in the treatment where the soil was compacted and amended with cadmium and phosphate fertilizers. In absence of any interactive matrix with the metals and the phosphate fertilizers other than the lettuces, the effects of cadmium and phosphate fertilizer were evaluated on morphological and physiological characteristics of lettuces grown in hydroponic culture. Cadmium absorption and transfer to aerial part was also studied. The lettuces development's was important in the hydroponic culture more than in soil cultivation in presence of phosphate fertilizer. Despite the rapid growth of lettuces in hydroponic culture, this system is a potential source of bioavailable cadmium that is absorbed by lettuces and transferred to roots and aerial parts conducting to morphological changes.

Analyse de la diversité inter et intra-spécifique des paramètres de l’architecture des systèmes racinaires chez les Solanacées. Les racines des plantes jouent un rôle important pour garantir productivité et résistance à de nombreux stress. Dans le nouveau contexte agricole, l’importance de ce système racinaire et de sonarchitecture sont remises au premier plan. Notre étude porte sur la dynamique de l’architecture racinaire des solanacées, qui contient un ensemble d’espèces horticoles importantes pour l’alimentation. Notre travail porte sur 32 génotypes, parmi 3 groupes d’espèces: aubergines, piments et tomates.Dans cette étude, nous proposons tout d’abord une analyse de la diversité inter et intraspécifique de l’architecture racinaire à travers l’évaluation d’un ensemble de traits qui sont aussi les paramètres d’un modèle dynamique de simulation (ArchiSimple : Pagès et al, 2012). Cette première évaluation a été faite en pots, en utilisant un milieu très favorable à la croissance des plantes et à l’enracinement. Nous montrons que les traits racinaires choisis présentent en effet des variations d’origine génétique, généralement plus fortes entre espèces qu’au sein des espèces. Nous avons également observé des corrélations entre certains traits qui révèlent des compromis ou des coordinations dans les processus de développement.Pour aller plus loin dans la signification des traits racinaires choisis et leur stabilité vis‐à‐vis des conditions environnementales, nous avons également évalué ces traits en conditions de culture hydroponique. C’est un milieu reconnu comme radicalement différent, intéressant pour les possibilités de visualisation des racines qu’il offre. Un dispositif avec des rhizotrons hydroponiques a été construit spécifiquement pour cette expérimentation. Nous avons confirmé, dans ces nouvelles conditions, les différences d’origine génétique entre les différents génotypes utilisés. De plus, nous avons comparé de manière systématique les valeurs de traits mesurés avec celles de la précédente expérimentation. Certains traits se révèlent stables ou très corrélés (e.g. diamètres, distances interramification)alors que d’autres présentent des différences beaucoup plus fortes (e.g. vitesses de croissance, vitesses d’émergence des racines adventives).Une troisième expérimentation, utilisant différentes combinaisons de greffage entre génotypes, nous a permis d’approfondir la question du contrôle des traits par des interactions au sein de la plante: soit à courte distance au sein du système racinaire, soit à plus longue distance parle système aérien. Deux traits importants ont été étudiés (le diamètre apical et la densité de ramification) en utilisant des combinaisons de génotypes ayant des valeurs contrastées par rapport à ces traits. Il en ressort des réponses très différentes, avec un effet marqué du greffon sur les111RésuméBui H.H. (2015), Diversité inter- et intra-spécifique des paramètres racinaires chez les Solanacées diamètres, révélant qu’une partie au moins du contrôle de ce trait est effectuée par le système aérien, et un effet faible ou inexistant du greffon sur la densité de ramification, révélant un contrôle local de ce trait, par des interactions à courte distance entre les racines. Cette expérimentation par greffage a montré un potentiel très intéressant pour mettre en lumière divers mécanismes de contrôle des traits au sein de la plante entière.Cette étude mérite d’être prolongée par des analyses plus systématiques des déterminismes de variation des traits de l’architecture racinaire, et par des simulations par modèle qui permettront de synthétiser les conséquences des variations de traits sur les performances globales des systèmes racinaires pour la prospection du sol. / Analysis of the inter and intra specific diversity of the parameters of the root system architecture in the Solanaceae.Plant roots play an important role to ensure the productivity and the resistance to manystresses. In new agricultural context, the importance of root system and its architecture are placed tothe forefront. Our study focuses on the root architecture dynamics of Solanaceae, which contains aseries of important horticultural species for the alimentation. Our work was based on 32 genotypesbelonging to three groups of species: aubergines, capsicums, and tomatoes.In this study, we propose firstly an analysis of inter‐ and intra ‐ specific diversity of rootarchitecture through evaluating a set of traits which are also the parameters of a dynamic simulationmodel (ArchiSimple: Pagès et al, 2012). The experiment in pots with a very favorable condition forplant growth and rooting was conducted for the first evaluation. It showed that the selected roottraits present an effect of genetic ‐ originated variations and this effect is usually stronger amongspecies than within species. We also found correlations between certain traits, which revealcompromises or coordinations in the developmental processes.In order to go deeper into the signification of selected root traits and their stability toenvironmental conditions, we also evaluated these traits in hydroponic culture. This environment isradically different, and interesting for its possibilities to visualize the roots. An experimental setupwith hydroponic rhizotrons was specially built for this experiment. In the new conditions, the genetic‐ originated differences between different genotypes used also were found. In addition, wecompared systematically the traits values with those of the previous experiment. Certain traits arestable or highly correlated (e.g., apical diameter, inter‐branch distance), while others are muchdifferent (e.g., root growth rate, emission rate of adventitious roots).In a third experiment, we used different grafting combinations between genotypes todeepen the question of the control of root traits by interactions within plant: either short distancecontrol within root system or long distance control by aerial system. Two important root traits (apicaldiameter and branching density) have been studied by grafting between genotypes which havecontrasting values on these traits. The different responses appear: a significant effect of scion ondiameters, which indicate that at least of this trait is controlled by shoot system, and a weak effect orno effect of scion on branching density, revealing the local control of this trait, by short distanceinteractions between the roots. This experiment showed a great potential of grafting to highlightvarious control mechanisms of root traits within whole plant.AbstractBui H.H. (2015), Diversité inter- et intra-spécifique des paramètres racinaires chez les Solanacées 113This study deserve to be extended by more systematic analysis of determinisms of variationsof root architecture traits, and by using simulation model which allow to integrate the consequencesof traits variations on global performances of root system for prospecting of soil.