Le grain de pollen, gamétophyte mâle, est le produit de la méiose mâle. Il présente une structure extrêmement diversifiée chez les Angiospermes. Afin d’étudier cette diversité, nous avons centré notre étude sur le type apertural. Défini par le nombre, la forme, et la disposition des apertures (zone amincie de la paroi), le type apertural joue un rôle majeur dans les processus de germination et de survie du pollen. L’étude de la méiose mâle a montré que les variations dans le type apertural peuvent être corrélées avec : le type de cytocinèse, la forme des tétrades, la formation des parois entre les futurs grains de pollens, et la position polaire ou groupée des apertures au sein de la tétrade. Récemment, chez un certain nombre d’espèces, il a été mis en évidence une corrélation entre la localisation des derniers dépôts additionnels de callose après la formation des parois intersporales et la position des futures apertures. Nous avons étudié la diversité et l’évolution des composants de la microsporogenèse ainsi que des dépôts de callose additionnels au sein des Angiospermes basales et des Monocotylédones. L’étude du développement de nombreuses morphologies polliniques variées chez ces groupes révèle la présence de dépôts additionnels de callose dans la grande majorité des cas. Nous avons montré qu’il existait un lien entre ces derniers dépôts et la position de la future aperture quelque soit la morphologie du grain de pollen. De plus, pour une même morphologie pollinique, nous avons mis en évidence des dépôts additionnels de callose différents. 7 types de microsporogenèse différents ont été observés pour les pollens monosulqués. Ils présentent les différences dans le type de cytocinèse, la forme des tétrades, la présence et la forme de dépôts de callose additionnels. Nous avons également étudié des espèces sélectionnées présentant différentes configurations d’apertures appartenant à la famille des Bromeliaceae, produits par divers types de dépôts de callose additionnels. On a reconstruit, par la méthode du maximum de parcimonie, l’évolution de différents caractères de la microsporogenèse et la présence ou l’absence des dépôts additionnels de callose intervenant dans la détermination du type apertural. Nos résultats confirment que la forme des tétrades tétragonales, en association avec le type de cytocinèse successive, le mode de formation des parois de façon centrifuge, et la présence des dépôts additionnels de callose, sont les états ancestraux chez les Monocotylédones. De plus, la forme des tétrades tétraédriques, en association avec le type de cytocinèse simultané, le mode de formation des parois de façon centripète, et la présence des dépôts additionnels de callose, sont les états ancestraux chez les Angiospermes basales. Les transitions observées des composants de la microsporogenèse ainsi que le type de dépôts additionnels de callose montrent la variabilité de ces caractères du développement chez les espèces étudiées. Les transitions observées des formes de la tétrade sont associées à des transitions au niveau du type de cytocinèse. Cela confirme un lien étroit entre ces deux caractères. Les transitions dans le mode de formation des parois, associées aux transitions dans tous les autres caractères, indiquent une corrélation entre les différents composants de la microsporogenèse chez les Angiospermes. En présence de dépôts de callose additionnels, la détermination du type apertural est déconnectée des composantes de la microsporogenèse. Des variations des dépôts additionnels conduisant à des pollens monosulqués montrent que le développement (les dépôts additionnels) n’est pas soumis à des contraintes et que la stase sur le type apertural monosulqué résulte de pressions de sélection. / The pollen grain, the male gametophyte of seed plants, is the product of microsporogenesis (male meiosis). It has a considerable structural diversity in flowering plants. To investigate this diversity, we have focused our study on the aperture pattern. The aperture pattern of pollen grains is defined by the shape and number of apertures, and their position when pollen grains are still assembled in tetrads at the end of meiosis. The outer pollen wall is punctuated with apertures, areas where the exine is thinner or even absent. The apertures are the places where the pollen tube emerges at germination. They also have an essential functional role for the survival of pollen grains. The study of microsporogenesis has shown that variations in the aperture pattern can be correlated with features of this developmental process: the type of cytokinesis, the tetrad shape, the way in which callose walls are formed among the four microspores and the position of the apertures within the tetrad (polar or grouped at the last point of contact among the microspores). Recently, in a certain number of species, a correlation has been evidenced between the location of the last points of additional callose deposition and aperture location after wall formation among the future microspores. We studied the diversity and evolution of the above-mentioned features of microsporogenesis and additional callose deposition at the late tetrad stage in a selection of species from basal angiosperms and monocots (with a particular sampling effort in Bromeliaceae) with various aperture patterns. The study of microsporogenesis in these groups revealed the presence of additional callose deposits in most cases. We show that there is a link between the last points of callose deposition and aperture location for several aperture types. In addition, for the same pollen morphology, we have observed different patterns of callose deposition. We described seven different microsporogenesis pathways associated to monosulcate pollen grain. They differ in the type of cytokinesis, tetrad shape, and presence and shape of additional callose deposition. Using Maximum Parsimony, we reconstructed the evolution of the features of microsporogenesis and the presence or absence of additional callose deposits likely to play a key role in aperture pattern determination. Our results confirm that the shape of tetragonal tetrads, in association with the successive cytokinesis, centrifugal cell wall formation, and the presence of additional callose deposits, is the ancestral states in monocots. Using our results on basal angiosperms, we confirm that tetrahedral tetrad, in association with simultaneous cytokinesis, centripetal cell wall formation, and the presence of additional callose deposits, are ancestral at the level of angiosperms. Our results highlight the large variability of the features of microsporogenesis in our study species. The transitions observed in the tetrad form character associated in the most cases with transitions in the cytokinesis character, confirm the relationship between these two characters. The transitions in intersporal wall formation are associated with transitions in all other characters. This suggests a correlation among the different components of microsporogenesis in angiosperms. On the opposite, the presence of additional callose deposits, which seems to be the key element in aperture pattern determination (contrary to previous hypotheses) is disconnected from the other features of microsporogenesis. The variations additional callose deposits leading to monosulcate pollen show that the development (additional callose deposits) is not due to developmental constraints and stasis on monosulcate apertural pattern is resulting from selective pressures.

La microsporogenèse ou méiose mâle des plantes à graines mène une cellule mère diploïde, appelée microsporocyte, à quatre microspores haploïdes disposées en tétrade et séparées par des parois de callose. Chacune de ces microspores devient ensuite un grain de pollen, le gamétophyte mâle des plantes à graines qui produit les gamètes indispensables à la reproduction sexuée. C'est au cours de la microsporogenèse qu'est déterminé le type apertural des grains de pollen, défini par la forme, le nombre et l'arrangement des apertures à la surface pollinique. Les caractéristiques de la microsporogenèse sont sujettes à variation chez les Angiospermes ; comprendre leur évolution permettrait de mieux appréhender l'évolution du type apertural au sein de ce groupe. Nous avons choisi d'étudier la diversité de la microsporogenèse ainsi que son évolution au sein de la famille des palmiers (Arecaceae). Cette famille d'Angiospermes présente une grande diversité de types polliniques, on s'attend donc à y rencontrer une diversité comparable de la microsporogenèse. Des phylogénies moléculaires récemment publiées et bien soutenues sont disponibles pour cette famille et fournissent le cadre historique nécessaire à l'étude de l'évolution des caractères choisis. Nous avons échantillonné des espèces de palmiers présentant un type pollinique très majoritaire, le pollen monosulqué (une aperture en forme de sillon et localisée au pôle distal du grain de pollen), mais la microsporogenèse s'est avérée très variable entre les espèces et même au sein d'une même espèce. En effet, la cytocinèse peut être successive ou simultanée, voire mixte chez certaines espèces, les parois intersporales se forment de manière centrifuge ou centripète et les tétrades adoptent une grande variété de formes, en proportions variables au niveau interspécifique comme intraspécifique. Ainsi, un même type de pollen peut être produit par diverses voies de développement. Nous avons reconstruit l'évolution de différents caractères de la microsporogenèse susceptibles d'intervenir dans la détermination du type apertural par la méthode du maximum de parcimonie et la méthode du maximum de vraisemblance. Pour cette dernière méthode, deux modèles d'évolution ont été utilisés, le modèle symétrique (taux de transition uniforme) et le modèle asymétrique (taux de transition ≠ taux de réversion). Les caractères de la microsporogenèse étant très variables, l'inférence des états de caractères aux noeuds les plus ancestraux est incertaine. Il semblerait tout de même que la cytocinèse ancestrale à l'ensemble des espèces de palmier échantillonnées soit successive et que les tétrades formées soient tétragonales. Aucune relation entre les différentes composantes de la microsporogenèse n'a pu être soulignée, bien qu'il soit couramment admis dans la littérature que la cytocinèse successive est généralement associée à une formation centrifuge des parois intersporales et à des tétrades tétragonales, tandis que la cytocinèse simultanée est associée à une formation centripète des parois et à des tétrades tétraédriques. Les causes de la remarquable diversité rencontrée chez les palmiers, tant au niveau de la morphologie pollinique que du développement pollinique précoce, restent à élucider. Chez les Arecaceae, la relation suggérée par Ressayre et al. (2002a) entre le type apertural et la microsporogenèse n'a pas pu être mise en évidence, en particulier en raison de l'existence de tétrades tétraédrique irrégulières et de dépôts additionnels de callose variables et asymétriques.

Dans l’histoire évolutive des végétaux, la polyploïdisation a été un phénomène récurrent qui a façonné les génomes, aurait contribué à l’avènement de grandes étapes évolutives et aurait favorisé la survie de nombreuses lignées lors de crises écologiques majeures. Le principal mécanisme d’apparition d’espèces polyploïdes est la polyploïdisation sexuelle, qui implique la formation de gamètes 2n résultant de modifications de la division méiotique. Récemment plusieurs mutants produisant des taux élevés de gamètes 2n ont été identifiés chez A. thaliana. Chez cette espèce, la perte de fonction du gène AtPS1 conduit à la mise en place de fuseaux parallèles en méiose II et celle du gène AtCYCA1;2/TAM à l’omission de la seconde division méiotique. L’objectif de cette thèse a été de déterminer des facteurs et mécanismes responsables de la formation de gamètes 2n, en utilisant le rosier comme modèle végétal. Ces travaux ont permis : (i) d’identifier un facteur abiotique, la température élevée, comme inducteur de production de forts taux de gamètes 2n, (ii) de montrer que la fenêtre de sensibilité à ce facteur est restreinte à la méiose et (iii) de révéler que ces gamètes 2n produits sont principalement issus de la mise en place de fuseaux parallèles en méiose II. Afin de déterminer les mécanismes moléculaires à l’origine de leur formation, deux gènes candidats, RhPS1 et RhCYCA1 ont été identifiés chez Rosa. L’analyse de leur expression a révélé : (i) en condition non inductible, leur forte expression dans les étamines au stade méiose et (ii) la répression rapide de leurs niveaux de transcrits en condition d’induction de gamètes 2n. La fonction méiotique du gène RhPS1 a été validée par complémentation du mutant atps1-1 d’A. thaliana et par l’obtention d’une lignée rosier transgénique p35S::ARNi-RhPS1. Compte tenu de ces résultats, l’étude de la polyploïdisation et de ses mécanismes peut désormais être replacée dans le contexte actuel de changement climatique. / In the evolutionary history of plants, polyploidization has been a recurring phenomenon that has shaped the genomes, might have contributed to the occurrence of major evolutionary step and might have facilitated the survival of many plant families during major ecological crises. The main mechanism of polyploidization is sexual polyploidization, which involves the formation of 2n gametes resulting from meiotic division changes. Recently, mutants highly producing 2n gametes have been isolated in A. thaliana. Loss of AtPS1 gene function leads to parallel spindles orientation in meiosis II and loss of AtCYCA1;2/TAM gene function leads to the omission of the second meiotic division. The aim of this PhD project was to identify factors and mechanisms responsible for the 2n gametes formation, using Rosa as a model. This work permitted to: (i) discover an abiotic factor, high temperature, that can induce a high production of 2n gametes, (ii) show that the sensitivity window to this factor is narrow and restricted to meiosis and (iii) reveal that 2n gamete production in inductive condition, results from parallel spindle orientation in meiosis II. To determine molecular mechanisms responsible for their formation, two candidate genes, RhPS1 and RhCYCA1 were identified in Rosa. Analysis of their expression revealed: (i) their high expression level in stamens at meiosis stage in non-inductive condition and (ii) the rapid repression of their transcript levels under inductive condition. Meiotic gene function of RhPS1 was validated by complementation of atps1-1 mutant and by generating a rose transgenic line p35S:: RNAi-RhPS1. According to these results, polyploidization and its mechanisms can now be replaced in the context of the current climate.