La recherche de maïs plus tolérants au déficit hydrique est un enjeu fondamental pour la production agricole dans les prochaines décennies. Le but ce travail a été d'identifier et de caractériser des gènes impliqués dans la variation de caractères complexes affectés par le déficit hydrique chez le maïs.Nous avons tout d'abord identifié des transcrits et des protéines, dont la teneur variait entre deux mélanges de lignées recombinantes différant pour une région chromosomique influençant la croissance foliaire et la protandrie en condition de déficit hydrique. Parmi les huit gènes candidats cartographiés au niveau de la région d'intérêt, se trouvait le facteur de transcription ZmMYB31 impliqué dans la biosynthèse de la lignine. Nous avons montré que son expression était corrélée à celle de deux de ses cibles, à la teneur en lignine et à l'expression du gène ZmFatA impliqué dans la biosynthèse des acides gras, suggérant un rôle régulateur de la protéine ZmMYB31 via la synthèse de lignine et de dérivés lipidiques.Dans un second volet, nous avons montré que la sur-expression du gène candidat ZmASR1 (ZmASR1-OE) chez le maïs maintenait le rendement en condition de déficit hydrique. Des analyses transcriptomiques et protéomiques nous ont permis d'identifier 25 cibles de la protéine ZmASR1, dont sept gènes impliqués dans la biosynthèse des acides aminés branchés. Nous avons également montré qu'il existait une étroite corrélation entre 13 métabolites diminués par ZmASR1-OE, six étant connus pour être négativement corrélés à la biomasse. Enfin, des résidus phosphorylés ont été identifiés chez les protéines ZmASR1, ZmASR2 et ZmASR3, suggérant leur régulation par phosphorylation.

Pour plusieurs sociétés de part le monde, la sécurité alimentaire repose encore aujourd'hui sur une agriculture familiale. L'objectif de cette thèse est de décrire et d'analyser comment les agriculteurs font face à la variabilité climatique. Le versant est du Mont Kenya est caractérisé par une forte variabilité climatique, sociale et culturelle. Les systèmes agricoles intègrent une diversité d'espèces et de variétés. Sans irrigation, ils dépendent exclusivement de la pluviométrie. Une double approche comparative a été utilisée pour isoler les facteurs sociaux et environnementaux dans notre analyse, en comparant trois altitudes (750 m, 950 m et 1100 m) et deux sociétés (Mwimbi et Tharaka). La diversité au niveau inter et intra spécifique est structurée en fonction de l'altitude et des communautés. Le savoir traditionnel des agriculteurs concernant les climats passés s'avère précis lorsqu'on le compare aux données pluviométriques. Avec l'adoption du maïs au détriment du sorgho et du mil, l'évolution des systèmes de cultures a induit un risque plus élevé aujourd'hui qu'auparavant de perdre des variétés lors des sécheresses. Cependant, l'effet négatif de la variabilité climatique n'est pas homogène; les agriculteurs, par leur savoir et leurs pratiques, atténuent l'effet de la variabilité climatique sur les plantes cultivées. Les dates de semis sont variables pour garantir l'humidité adéquate pour la germination des graines en début de saison des pluies. L'adaptabilité génétique des semences diffèrent fort probablement selon les communautés, certaines évoluant depuis plusieurs années en zones très arides (Tharaka à 750 m) alors que d'autres sont plus familières avec des climats plus cléments (Mwimbi à 1100 m). Les agriculteurs font donc face à la variabilité climatique avec des ressources génétiques qu'ils gèrent et reproduisent historiquement. L'interaction des facteurs sociaux, écologiques, historiques et génétiques devraient davantage être considérée dans les programmes d'amélioration variétale pour faire face à la variabilité climatique. / Smallholder systems are fundamental to food security for many societies but have largely remained under considered. The aim of this study was to describe how farmers in smallholder farming systems cope with climate variability. The eastern slope of Mount Kenya is characterized by high climate, social and cultural variability. Farmers practice rain-fed agriculture favouring multi-crops. A double comparative approach was implemented in order to isolate environmental and social factors, by comparing three altitudinal levels and two societies (Mwimbi and Tharaka). Crop diversity is both environmentally and socially structured. Farmers' climate knowledge is highly accurate in the light of climate rainfall records. Farming systems are also highly dynamic over time, in favor of maize and at the expense of sorghum and millet. This cropping system dynamic has induced an increasing risk of losing local farmers' varieties during drought from 1961 to 2006. However, rainfall variations and droughts do not cause seed losses homogenously, as societies interfere between crop and climate. Various sowing dates are practiced to favour the moisture conditions for the crop at germination. Seed genetic adaptability probably differs between communities, as some are usually exposed to droughts (Tharaka at 750 m) whereas others usually evolve in more favorable climatic environment (Mwimbi at 1100 m).Smallholder farmers thus cope with climatic variability with the crop genetic resources that they historically manage. Interaction between social, ecological, historical and genetic factors must be better reflected in crop genetic sampling strategies used in breeding programs to foster genetic adaptation to climate variability.

L'objectif de cette thèse était d'analyser le déterminisme génétique de la croissance foliaire (LER) du maïs (Zea mays L.). Nous avons combiné plusieurs approches visant à (i) résumer l'information génétique tirée de trois populations de cartographie de QTL (une d'origine tropicale et deux tempérées), (ii) tester l'effet de l'introgresssion de diversité allélique dans les QTL les plus prometteurs, (iii) évaluer jusqu'à quel point les QTL de croissance foliaire affectent la croissance d'autres organes de la plante (iv) disséquer des QTLs d'intérêt par cartographie fine ou génétique d'association locale. La première partie de ce travail concerne le déterminisme génétique de la croissance foliaire maximale (LERmax) évaluée dans des conditions optimales la nuit. LERmax, telle que mesurée en plateforme de phénotypage, partage dans une forte proportion, son contrôle génétique avec la croissance d'autres organes. Des QTL qui affectaient LERmax ou/et la croissance d'autres organes ont alors été disséqués. Une région génomique a été cartographiée avec 23 lignées quasi-isogéniques (NILs) séquentiellement introgressées dans les bins 1.10-11, réduisant ainsi l'intervalle de confiance du QTL d'un facteur 3. Une seconde région génomique a été analysée par une méthode innovante fondée sur une étude d'association ciblée sur une région génomique dans un série allélique générée par introgression de 62 allèles donneurs tirés des lignées parentales d'hybrides cultivés et de populations historiques de maïs d'Amérique Latine dans une lignée élite. L'étude d'association dans cette région relativement petite révèle plus de polymorphismes causaux qu'attendus (six SNP en faible déséquilibre de liaison vs trois QTL consensus).La seconde partie de ce travail considère la sensibilité de la croissance foliaire à la demande évaporative et au déficit hydrique du sol. Un détermisme génétique commun aux deux sensibilités a été mis en évidence par méta-analyse de QTLs initialement détectés dans trois populations en ségrégation et par le test de NILs. Huit métaQTL situés dans quatre régions génomiques ont été testés avec 6 à 17 allèles introgressés pour identifier des NILs qui manifestaient les plus forts effets sur le phénotype. Nous avons initié une cartographie fine dans une de ces régions génomiques à partir d'une populations de recombinants issues de l'introgresssion d'un donneur d'origine tropicale dans B73. / The objective of this thesis was to analyze the genetic control of the Leaf Elongation Rate (LER) of maize (Zea mays L.). We combined approaches that (i) summarize the QTL information of three mapping populations (one tropical, two temperate), (ii) tested the impact of the introgression of allelic diversity at most promising QTLs, (iii) test to what extent QTLs of LER affect different traits (iv) dissect QTLs of interest by fine mapping or local association mapping.The first part of this document focuses on the genetic control of maximum LER (LERmax) measured in near-optimal conditions during the night. LERmax, as measured in a phenotyping platform, shares an appreciable proportion of its genetic control with the growth abilities of other organs. QTLs affecting LERmax and/or the growth of other organs were therefore dissected. One genomic region was fine-mapped with 23 Near-Isogenic Lines (NILs), sequentially introgressed in the bins 1.10-11, resulting in a reduction of the confidence interval by a factor 3. A second genomic region was analysed after the development of an innovative method of local association mapping on a collection of NILs, introgressed with 62 donor parents from historical populations from different altitude and latitudes in Latin America. This relatively small region harbors more causal polymorphisms than expected (six associated markers in low linkage disequilibrium vs three cQTLs).The second part focuses on the sensitivities of LER to evaporative demand or to soil water deficit. The two sensitivities share a large part of their genetic control as demonstrated by a metaQTL analysis on three mapping populations and the test of NILs. Eight metaQTLs in four genomic regions were tested with 6 to 17 different alleles to find the NILs that best impact the phenotype. We started a fine mapping on one genomic region by using one population of NILs involving a tropical donor.

Ce travail de thèse présente une synthèse de 5 expérimentations qui ont été réalisées afin d’évaluer les possibilités techniques (essais 1 et 4), l’intérêt zootechnique (essais 2, 3 et 5) et les conséquences sur la durabilité d’une substitution du maïs par du sorgho dans la ration alimentaire des oies en phase de croissance-finition et pendant le gavage. Le mode d’alimentation (entièrement granulée ou sous la forme d’un mélange de graines de céréales entières et de granulés riches en protéines) a également été étudié. Nous avons mesuré les performances des animaux (gain de poids, IC, consommation, développement corporel comportement alimentaire) ainsi que la qualité des produits (magret et foie gras) obtenus après gavage. Nous avons évalué in fine les conséquences de ces innovations sur la durabilité du système de production du foie gras à l’échelle de l’atelier de production (méthode S+Durable?) et sur le cycle de production d’un kilo de foie gras (méthode des ACV). Nos résultats montrent que la nature de la céréale (maïs vs. sorgho) utilisée pendant la phase de croissance-finition (6 à 14 semaines) n’a aucune influence sur les performances des animaux. Cependant, nous avons observé que la consommation d’aliments (+ 5% ; P < 0,05), le poids vif (+ 4% ; P < 0,05) et le développement des intestins (+ 9% ; P < 0,05) en phase de croissance-finition étaient plus élevés lorsque le régime alimentaire contenait des graines entières. L’incorporation de sorgho pendant la phase de gavage, entraine une augmentation du poids des foies gras (+ 11% ; P < 0,05) et une diminution de l’intensité de la couleur jaune du foie gras (- 25% ; P < 0,05). Une substitution totale du maïs par du sorgho pendant les phases d’élevage et de gavage réduit les impacts environnementaux de la fabrication d’1 kg de foie gras et améliore les performances de durabilité économique et sociale de l’atelier de production. L’ensemble des résultats suggère que l’utilisation de sorgho dans l’alimentation des oies est techniquement possible pendant les phases de croissance-finition et de gavage, prometteuse zootechniquement et intéressante pour améliorer la durabilité du système de production. / This thesis presents a summary of five experiments which were conducted to evaluate the technical feasibility (studies 1 and 4), zootechnical inetrest (studies 2, 3 and 5) and consequences on sustainability performance of the substitution of corn by sorghum in the diet of geese in growing-finishing period and during overfeeding. The form of diet presentation (totally pelleted or in form of a mixture of cereal whole seeds and protein rich pellets) was also studied. We measured animal performance (weight gain, FCR, feed intake, body characteristics, feeding behavior) and product quality (magret and foie gras) obtained after overfeeding period. We evaluated ultimately the consequences of these innovations on the sustainability of the foie gras production system at the level of rearing unit (S + Durable? method) and over the production cycle of 1 kg of foie gras (LCA method). Our results showed that the type of cereal (corn vs. sorghum) used during the growingfinishing period (6-14 weeks) has no effect on animal performance. However, we observed that feed intake (+ 5%; P < 0.05), body weight (+ 4%; P < 0.05) and the gut development (+9%; P < 0.05) during the growing-finishing period were higher when the diet contained whole grains. The use of sorghum during the overfeeding resulted in an increased weight of fatty liver (+11%; P < 0.05) and a decreased in the intensity of its yellow color (-25%; P < 0.05). A total substitution of corn by sorghum during both growing and overfeeding periods reduced the environmental impacts of 1 kg of foie gras production and increased the economic and social performance of the rearing unit. These results suggest that the use of sorghum in the diet of geese is feasible both during the growing-finishing and overfeeding period, promising from a zootechnical point of view and interesting to improve the sustainability of production system

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.

Parmi les nombreux pathogènes fongiques susceptibles d’infecter les épis de maïs, les espèces appartenant au genre Fusarium sont particulièrement préoccupantes pour la filière maïsicole. La fusariose est susceptible d’induire des pertes de rendement considérables et est fréquemment associée à une contamination des épis par des mycotoxines. Un des leviers prometteur repose sur la sélection génétique de plantes résistantes à Fusarium et à l’accumulation de mycotoxines. Plusieurs Quantitative Trait Loci (QTL) ont été identifiés d’après la caractérisation moléculaire de la résistance à la fusariose chez le maïs. Cependant malgré les progrès des approches génétiques, les mécanismes moléculaires impliqués restent en grande partie inconnus. L’identification de métabolites majeurs associés à la résistance reste donc indispensable pour la création d’un outil d’aide à la sélection variétale. Une approche métabolomique combinant de la spectrométrie de masse et de la 1H-RMN a été mise au point pour identifier un ensemble de métabolites de défense, constitutifs ou induits par l’infection, susceptibles d’intervenir dans la résistance à Fusarium. Cette approche a été appliquée aux grains à deux stades de développement sur 20 variétés présentant des degrés de résistance contrastés inoculés ou non avec une souche de Fusarium graminearum toxinogène par le canal des soies. Les résultats obtenus mettent en évidence un panel de métabolites liés à la résistance ou la sensibilité des variétés de maïs. / Fusarium graminearum is the main causal agent of maize ear rot or Gibberella ear rot (GER), an important fungal disease affecting maize. GER leads to significant economic loss and serious health issues due to the ability of F. graminearum to produce mycotoxins such as type B trichothecenes. One promising approach to control Giberella Ear Rot and reduce mycotoxins contamination is to promote host-genetic resistance. Several Quantitative Trait Loci (QTLs) have been identified in maize. However molecular basis to resistance to Fusarium infection remains largely unknown and the success of selection for GER resistance is still challenging. Biochemical approaches can provide valuable insights in the mechanisms crops employ against F. graminearum and its production of mycotoxins. A biochemical profiling could actually be an efficient way to decipher plant-pathogen interactions and progress in screening resistant maize lines. This study aims to elucidate the metabolic profiling of F. graminearum resistance and toxin accumulation in kernels toward the combination of high resolution mass spectrometry and 1H NMR to identify a large set of metabolites, preformed, constitutive as well as inducible defense metabolites that could play a key role in GER resistance. This approach was applied to kernels harvested at two developmental stages. Twenty genotypes with contrasting levels of resistance were inoculated, or not, with a toxigenic Fusarium graminearum strain through the silk channel. The obtained data allowed highlighting a set of biochemical compounds linked to the resistance or susceptibility of maize genotypes

Le maïs est la deuxième production végétale française derrière le blé. Pour être valorisé dans les industries agro-alimentaires, il doit conserver au mieux ses qualités au cours du séchage qui intervient après la récolte. Cette opération, nécessaire à sa stabilisation biochimique et biologique, peut entraîner la dégradation de sa qualité amidonnière, critère désormais largement répandu dans la filière maïs.<br />Il est devenu important, maintenant, d'optimiser la conception des séchoirs en considérant, en plus de critères de rendement énergétique et de débit évaporatoire, la production d'un maïs de qualité amidonnière. La conduite automatique est un moyen complémentaire d'optimiser la gestion "temps réel" des séchoirs. Notre travail a consisté en la réalisation d'un outil d'aide à la conception de séchoirs et d'algorithmes de régulation optimisés en termes d'énergie, de débit et de qualité.<br />L'influence d'un choc thermique sur la qualité amidonnière du maïs est modélisée. L'équation qualité ainsi définie est reprise dans un modèle dynamique de séchage développé avec une méthode compartimentale, depuis la couche mince jusqu'au séchoir industriel.<br />Le modèle, ajusté sur des cinétiques de séchage en conditions constantes, est utilisé pour prédire le régime stationnaire de tout séchoir, existant ou non. Il permet de rendre compte de tous les phénomènes transitoires présents dans un séchoir industriel : sauts de température d'air, arrêts de séchage, refroidissement, recondensation, recyclage d'air...<br />Le modèle est aussi utilisé pour prédire le comportement dynamique de séchoirs soumis à des perturbations et tester ainsi les performances d'un algorithme de régulation.<br />De la couche mince au séchoir industriel, les simulations sont comparées aux expérimentations, en fonction des données expérimentales disponibles. Une erreur moyenne de 5% sur la prédiction est constatée pour la teneur en eau du maïs sec. L'erreur de prédiction sur la qualité est du même ordre que l'incertitude expérimentale due au test utilisé.

Le maïs est l'une des plantes les plus utilisées dans le monde. Le maïs cultivé aujourd'hui résulte de cinq siècles d'amélioration par l'homme. Les techniques d'hybridation ainsi que l'utilisation des biotechnologies ont abouti à une grande diversité de variétés de<br />maïs, face auxquelles les croisements intervariétaux nécessitent d'être maîtrisés. En particulier, la coexistence entre maïs transgénique et non transgénique est actuellement au<br />cœur du débat scientifique. Pour répondre à cette question, l'approche actuelle est de mesurer directement la fécondation croisée. Cependant, elle ne permet pas de fournir un outil prédictif car elle ne fait pas le lien avec les conditions de l'environnement physique, et plus particulièrement les conditions météorologiques. L'objet de ce travail est de mieux comprendre les processus de dispersion atmosphérique du pollen de maïs à l''aide d''une approche mécaniste à l'échelle de la parcelle. Dans un premier temps, un modèle mécaniste initialement développé pour étudier la dispersion atmosphérique de l'ammoniac a été adapté à la dispersion du pollen de maïs. Ensuite, pour valider le modèle, des mesures dispersion de pollen ont été effectuées.

Au Mexique et au niveau mondial, la protection de la diversité biologique et la défense de la diversité culturelle se sont constituées en enjeu de société ces trente dernières années, au moment où les biotechnologies s'imposaient comme une avancée technoscientifique à même de bouleverser notre rapport au vivant et de générer un important débouché commercial. Les controverses autour de la bioprospection et du maïs transgéniques, dans le contexte d'un pays qui présente une biodiversité exceptionnelle et la plus importante population indigène du continent américain, nous permettent de mettre en lumière comment, à travers elles, se confrontent des conceptions et des pratiques antagonistes de la connaissance, de la propriété, de l'agriculture, du développement, de la globalisation ou encore de l'environnement. Ces controverses sont donc globales au sens où, en arrière-plan des questions spécifiques et techniques qu'elles soulèvent, elles cristallisent toute une série de grands enjeux sociaux et environnementaux contemporains, dans un espace qui s'étire du local au mondial. Au-delà même des croisements de tous ces enjeux, les controverses semblent révéler un conflit beaucoup plus fondamental quant aux évolutions d'une modernité travaillée par le processus de globalisation et la remise en cause du clivage entre nature et société. L'opposition aux biotechnologies marque en effet une forme de résistance au processus hyper-moderne de marchandisation généralisée et de technification radicale de l'espace socio-environnementale. Si cette résistance est essentiellement critique, elle fait néanmoins émerger des formes encore en gestation de modernités alternatives.

Jusqu'au milieu du XIXème siècle, les menus grains se distinguent des gros grains, donnés comme les seules cultures économiquement, alimentairement et symboliquement intéressantes. Pourtant, l'étude de sources aussi variées que les traités de botanique, les manuels d'agriculture, les statistiques napoléoniennes, la correspondance entre intendants et subdélégués, les enquêtes agricoles, les mercuriales ou les publications juridiques indique l'importance économique, géographique, démographique et sociale de plantes aussi variées que le millet, le panis, le sarrasin, le maïs et le sorgho. En effet, tous ces grains, difficiles à identifier au XVIème siècle mais dont les dénominations se précisent avec le système linnéen, appartiennent à un système rural cohérent. Semés au printemps, ils s'insèrent dans les rotations culturales. Ce sont de ce fait des graines supplétives aux gros grains d'hiver (froment, méteil). On ne les consomme pas sous forme de pain, mais sous forme de bouillie. Ce rôle de « grains de disette » est cependant exceptionnel. Les menus grains sont d'abord consommés par les animaux, notamment les porcs et les volailles. Ils sont aussi transformés en objets artisanaux, comme les balais ou les matelas fabriqués avec le sorgho ou le maïs. La demande urbaine en foies gras, chapons et jambons justifie le maintien durable en Bresse ou en Aquitaine de la culture des menus grains, dont on vante les qualités pour engraisser les animaux. Enfin, le dépouillage des sources sur trois siècles montre que la culture et la valorisation des menus grains sont un parfait exemple du strict partage des tâches entre hommes et femmes. Les semis, le désherbage, l'élevage et la vente sur les marchés sont des activités féminines. Alors que les menus grains sont l'objet de critiques répétées de la part du monde savant (agronomes, médecins), la culture des menus grains résiste et survit à travers le maintien de spécialités culinaires régionales (gaudes, galettes, milias....).