L'ennoyage est un phénomène courant qui se répercute sur les végétaux en diminuant leur croissance, leur développement et leur régénération. Il entraîne une forte diminution du taux d'oxygène (hypoxie) dans le compartiment racinaire résultat de l'excès d'eau dans le sol. Face à ce stress, certaines plantes sont capables intensifier leur métabolisme anaérobie et développer des adaptations morphologiques (lenticelles hypertrophiées, aérenchymes, racines adventives). Le chêne sessile (Quercus petraea Matt L.) et le chêne pédonculé (Quercus robur L.) présentent une différence de tolérance à l'ennoyage du sol mais sont génétiquement proches. Cependant, il existe peu de connaissances sur les processus physiologiques mis en place par ces deux espèces durant ce stress. La croissance ainsi que certains changements morphologiques, anatomiques et physiologiques étudiés chez les deux espèces en réponse à un ennoyage, ont confirmé que le chêne sessile était davantage sensible à ce stress. Le chêne pédonculé, espèce plus tolérante, parvient à maintenir son statut hydrique de même que son activité photosynthétique plus longtemps et à des niveaux moins critiques que le sessile. L'hémoglobine non-symbiotique améliore la survie des plantes en conditions d'hypoxie en interagissant avec le monoxyde d'azote (NO). Le clonage d'une hémoglobine non-symbiotique chez le chêne sessile a permis d'isoler le gène QpHb1 codant pour une protéine de 161 acides aminés et présentant toutes les caractéristiques communes aux hémoglobines non-symbiotiques de classe 1. Chez les deux espèces, QpHb1 est davantage exprimé dans les racines que dans la tige ou les feuilles, suggérant un rôle particulier dans ce tissu. L'expression de QpHb1 analysée par Northern blotting a montré une chute d'expression dans les racines dès les premières heures de stress chez le chêne sessile qui se poursuit durant toute la durée de l'expérience (28 jours). Alors que chez le chêne pédonculé, l'expression de QpHb1 suit un schéma plus complexe : on observe un pic d'expression après 1h d'ennoyage suivi d'une forte inhibition après 3h. Cette régulation pourrait être synonyme d'une implication de l'hémoglobine non-symbiotique dans la signalisation rapide du stress et par conséquent dans la mise en place de la tolérance. D'ailleurs sa localisation par hybridation in situ au niveau racinaire a montré que QpHb1 se situait au niveau des cellules du protoderme, pouvant suggérer un rôle dans la détection des modifications de la rhizosphère mais aussi au niveau du protoxylème qui pourrait lui permettre de participer à la signalisation entre l'appareil racinaire et l'appareil aérien via la S-nitrosylation. Dans la réponse à un ennoyage de plusieurs semaines, le chêne pédonculé met en place des adaptations (aérenchymes, lenticelles hypertrophiées et racines adventives) et exprime davantage QpHb1 que le chêne sessile notamment dans les racines adventives. La régulation spatio-temporelle de QpHb1 pourrait être impliquée dans la capacité de tolérance ainsi que dans la cascade de signalisation menant au développement de ces adaptations.

Avec l'émergence des préoccupations d'économie d'intrants, de préservation de l'environnement et de la biodiversité, les associations, qui consistent en la culture d'au moins deux espèces différentes sur la même surface pendant une période significative de leur développement, présentent un regain d'intérêt en Europe. Ces associations pourraient avoir des applications intéressantes pour le développement de cultures « multiservices » à moindre niveau d'intrants (azote particulièrement). Des travaux antérieurs ont montré que les performances des associations céréale-légumineuse dépendent fortement du niveau d'azote minéral du sol Cependant on ne dispose pas à l'heure actuelle de références suffisantes pour piloter la fertilisation azotée de l'association en fonction de différents objectifs de production. Les objectifs de la thèse étaient (i) d'utiliser les connaissances précédemment acquises sur le fonctionnement dynamique d'une association pois-blé d'hiver pour étudier la pertinence de la fertilisation azotée comme levier pour orienter les performances des associations pois-blé vers différents objectifs de production en agriculture conventionnelle ; (ii) d'approfondir les connaissances sur le fonctionnement de l'association en réponse à différentes dynamiques de disponibilité en azote (partage des ressources azotées ; inhibition et réversibilité de la fixation symbiotique) ; (iii) d'apporter des pistes vers des règles de décision pour la gestion la fertilisation azotée de ces associations pour différents objectifs de production. Nos expérimentations de plein champ démontrent que la fertilisation azotée est un levier efficace pour orienter les performances finales notamment la proportion de chaque espèce dans le mélange, critère aujourd'hui mal maîtrisé. Un apport d'azote favorise la croissance de la céréale et pénalise celle de la légumineuse. La céréale apparaît plus compétitive que la légumineuse pour les ressources d'azote minéral pour une date d'apport intervenant avant début du remplissage des grains du pois. Cependant, l'intensité de la réponse à la date de fertilisation varie en fonction des écarts de dynamiques de croissance et de phénologie de chaque espèce avant l'apport, facteurs qui apparaissent déterminants dans le partage de l'N minéral et le comportement de la fixation symbiotique. Des expérimentations en conditions contrôlées ont permis d'approfondir l'effet inhibiteur des nitrates et la réversibilité de la fixation chez le pois en analysant séparément l'impact sur la structure et sur l'activité de l'appareil fixateur en fonction du stade phénologique et de la disponibilité en carbone. Une exposition aux nitrates pendant la phase végétative réduit la vitesse d'apparition des nodosités alors qu'une exposition durant la floraison et le remplissage des grains réduit la croissance des nodosités existantes. Les nitrates réduisent fortement l'activité fixatrice quelle que soit la date d'exposition aux nitrates. De plus, il a été démontré que la réversibilité de la fixation symbiotique après courte exposition aux nitrates était fonction de l'allocation carbonée aux nodosités. Ainsi, la réversibilité de la fixation symbiotique est possible chez le pois si une courte inhibition due nitrates survient avant les stades de remplissage du grain, ce qui est confirmé en situations de plein champ. Notre démarche de modélisation a par ailleurs aboutit au développement, à partir de deux modèles de culture pures (AZODYN pour le blé et AFISOL pour le pois), d'un modèle dynamique du fonctionnement de ces associations (AZODYN-IC) dont l'intérêt et l'originalité se situent dans (i) sa capacité à bien simuler la réponse à des disponibilités en azote variées permettant ainsi d'être directement opérationnel et utilisé comme outil d'aide à la gestion de la fertilisation azotée (ii) des formalismes relativement simples de partage des ressources (lumière, eau, azote) et comprenant un lien très étroit entre le partage de la lumière et l'acquisition de l'azote, déterminant dans le fonctionnement du peuplement, (iii) l'absence de paramétrage spécifique pour simuler le fonctionnement de l'association. Le modèle a permis de prolonger les expérimentations en simulant une gamme de stratégies de fertilisation plus large (combinaisons de proportions de semis x doses x dates de fertilisation) et ceci pour une gamme importante d'années climatiques. Ce travail a également permis de proposer des pistes vers des règles de décision de conduites azotées en fonction des reliquats d'azote observés sortie hiver, de la proportion de blé dans la biomasse de l'association observée sortie hiver, et de l'estimation de la minéralisation depuis la sortie hiver jusqu'à la récolte.

Dans le cadre des recherches présentées ici, nous avons tout d'abord étudié les limitations de la fixation d'azote non-symbiotique en nutriments dans les milieux tempérés froids. Des études similaires en milieux tropicaux ont démontré que la fixation d'azote pouvait y être limitée par la présence des nutriments Mo et P. Pour l'étude présentée ici, les milieux tempérés froids ont été divisés en deux catégories, les milieux à couvert végétal majoritairement feuillu et majoritairement résineux. Les résultats ont permis de démontrer que la fixation d'azote et les limitations en nutriments étaient dépendantes du couvert végétal. Nous avons ensuite étudié l'évolution de la limitation de la fixation d'azote au cours d'une saison. En effet, plusieurs études à long-terme (plusieurs saisons) avaient démontré des variations des taux de fixation d'azote, mais peu d'études se concentraient sur l'évolution saisonnière. Les résultats ont démontre qu'une évolution saisonnière était bien présente et qu'elle devait être prise en compte lors de comparaisons entre différentes études, surtout pour les milieux tempérés froids où les saisons sont grandement différentes les unes des autres. Ensuite, nous avons fait l'étude des facteurs influençant la fixation d'azote à court-terme (quelques heures à quelques jours). Plusieurs études avaient déjà démontré que la fixation d'azote était influencée par une modification de paramètres abiotiques. La dynamique de ces variations de taux de fixation d'azote était mal connue. Celle-ci a pu être évaluée grâce à une nouvelle méthode plus sensible de mesure de taux de fixation d'azote en continu, ARACAS. Nous avons montré que la fixation d'azote répondait rapidement à des changements de paramètre abiotiques et qu'il est maintenant possible d'observer ces changements rapides grâce à la méthode d'ARACAS. De plus, nous avons été en mesure d'identifier, grâce à cette méthode plus sensible, une association mousse-cyanobactéries entre Anomodon attenuatus et les cyanobactéries Calothrix sp. et Nostoc sp. , association jusqu'alors inconnue. Des études connexes ont aussi permis de démontrer tout le potentiel de l'étude des fixateurs non-symbiotiques. Ainsi, nous avons démontré qu'il serait possible, grâce à des études futures, de voir de quelle façon la fixation d'azote non-symbiotique des associations mousses-cyanobactéries est limitée. II serait aussi possible d'étudier la fixation non-symbiotique dans un contexte de réchauffement climatique et d'augmentation de la quantité de CO 2 dans l'atmosphère. De plus, les résultats de l'étude du relargage des nutriments au cours d'une saison et en fonction du couvert végétal permettront aussi de comprendre de quelle façon fonctionnent les nitrogénases et comment l'apport en nutriments varie au cours d'une saison. Finalement, l'ensemble des résultats obtenus démontrent que la fixation d'azote non-symbiotique est bien mal évaluée. À cause de leur aire de distribution élevée, les fixateurs d'azote non-symbiotiques pourraient avoir un apport en azote au cycle global beaucoup plus élevé que celui actuellement estimé. Une nouvelle estimation tenant compte des nouveaux et futurs développements pourrait permettre de raffiner les estimations du cycle de l'azote et du budget d'azote global.[symboles non conformes]

L’interaction symbiotique légumineuses-rhizobium nécessite l'infection des racines de la plante par les bactéries et l’initiation de divisions cellulaires dans le cortex racinaire.Les cytokinines sont des hormones végétales agissant via une signalisation par phosphotransfert qui conduit à l’activation de Régulateurs de Réponse de type B (RRBs), des facteurs de transcription régulant l'expression des gènes de réponse primaire aux cytokinines. Une étude phylogénétique menée sur plusieurs espèces de légumineuses a révélé une expansion génique de la famille des RRBs et l’apparition de formes non-canoniques de ces facteurs de transcription. Chez Medicago truncatula,MtRRB3 est le RRB le plus fortement exprimé dans les racines et les nodosités et est impliqué dans la nodulation. En effet, les plantes dont l’expression de MtRRB3 a été réduite par ARNi ainsi que des mutants rrb3 présentent une diminution significative du nombre de nodosités formées. De plus, l’expression de gènes associés à la nodulation, tels que "Nodulation Signalling Pathway 2" (MtNSP2) et "Cell Cycle Switch 52A"(MtCCS52A), est réduite en réponse aux cytokinines dans ces mutants. Des fusions transcriptionnelles avec le rapporteur GUS montrent que MtRRB3, MtNSP2 et MtCCS52Aprésentent un profil d’expression spatiale largement chevauchant dans les racines et lesnodosités. Des expériences de ChIP-qPCR et de trans-activation en protoplastes indiquent par ailleurs que MtRRB3 peut respectivement interagir avec et activer les promoteurs des gènesMtNSP2 et MtCCS52A. Cette thèse a donc permis d’établir des mécanismes moléculaires impliqués dans les régulations transcriptionnelles médiées par les cytokinines lors de la mise en place des nodosités symbiotiques fixatrices d’azote. / The legume-rhizobium interaction requires the infection of plant roots by rhizobia and the initiation of cell divisions in the root cortex. Cytokinins, a class of plant hormones acts trough a phosphotranfert signalling leading to the activation of Type-B Response Regulators(RRBs) which are transcription factors regulating the expression of cytokinins primary response genes. Phylogenetic analyses carried out indifferent legume species genomes showed anexpansion of the RRB genes family associated toan increase in non-canonical RRBs. In Medicago truncatula nodules, MtRRB3 is the most expressed RRB in roots and nodules. MtRRB3 islinked to nodulation as MtRRB3 RNAi silencedplants as well as rrb3 mutants display asignificant decrease of nodule number. Inaddition, the expression of the nodulation related genes Nodulation Signalling Pathway 2(MtNSP2) and Cell Cycle Switch 52A(MtCCS52A) is reduced in response to cytokininsin rrb3 mutants. The expression pattern of apMtRRB3-GUS fusion overlaps with thepMtNSP2-GUS and pMtCCS52A-GUS fusions in roots and nodules. Finally, ChIP-qPCR and protoplast trans-activation experiments showed that MtRRB3 can respectively interacts with and activate MtNSP2 and MtCCS52A promoters. This thesis have thus established molecular mechanisms associated to transcriptional regulations mediated by cytokinins during the legume symbiotic nitrogen-fixing nodulation.

Durant leur cycle de vie, les organismes sont exposés à des variations environnementales capables d'induire des changements physiologiques, morphologiques et comportementaux, résultant d’une plasticité phénotypique. La plasticité phénotypique est la capacité d'un génotype à générer un nouveau phénotype suite à un stress. Ici, nous avons étudié la plasticité phénotypique d’un Cnidaire symbiotique et non-calcifiant, l’anémone de mer Anemonia viridis, à de multiples niveaux de complexité structurale, in vivo et in vitro. In vivo, nous avons identifié les mécanismes sous-jacents de la plasticité phénotypique potentiellement induits par les futurs changements climatiques (acidification et réchauffement des océans). Nos résultats montrent des modifications dans l'utilisation du carbone inorganique par A. viridis exposée à une forte pCO2 lors d’un stress chronique in natura ou lors d’un stress court en conditions contrôlées. Nous avons ainsi observé une diminution des activités anhydrase carbonique, une enzyme clé des mécanismes de concentration du carbone chez les Cnidaires. Nous avons aussi démontré que l'augmentation concomittante de la température modifie la réponse observée lors d'une élévation seule de la pCO2. In vitro, nous avons établi une culture de cellules primaires viables issue de tentacules d’A. viridis en régénération. Nous avons déterminé l'origine gastrodermale des cellules cultivées et validé l'utilisation de ce nouvel outil pour l'étude de la réponse au stress au niveau cellulaire. Ce nouvel outil ouvre une multitude de perspectives pour l'étude des réponses cellulaires aux stress exogènes (changement climatique) et endogènes (contraintes dues à la symbiose) / During the course of their life cycle organisms are exposed to natural environment variations capable of inducing physiological, morphological and behaviour changes, thus a phenotypic plasticity. Phenotypic plasticity is the ability of a genotype to generate a new phenotype following exogeneous or endogeneous stress. Here, we investigated the phenotypic plasticity of the non-calcifying symbiotic cnidarian Anemonia viridis at multiple levels of structural complexity, in vivo and in vitro. In vivo, we determined the mechanisms behind the phenotypic plasticity under expected future climate change (i.e. ocean acidification and ocean warming). Our results show physiological changes in the inorganic carbon use of the sea anemone A. viridis exposed to high pCO2 during a long-term stress in natura or a short-term stress in controlled conditions. We then observed an equivalent decrease in carbonic anhydrase activity, a key enzyme of cnidarian carbon concentrating mechanisms. Also, we demonstrated that an increase in seawater temperature modified the response observed during a high pCO2 scenario. In vitro, we established a viable primary cell culture from regenerating tentacles of A. viridis. We determined the gastrodermal tissue origin of the cultivated cells and validated the use of this new tool to the in vitro study of stress response at the cellular level. The set-up of this powerful in vitro tool will open a multitude of perspectives for the study of cellular responses to exogeneous stress (as global change perturbations) and to endogeneous stress (as the symbiosis constraints experienced by symbiotic cnidarians)

Les Nématodes Entomopathogènes (NEP) de la famille des Steinernematidae et Heterorhabditidae sont des parasites pour les insectes. Ils hébergent dans leur intestin un symbiote bactérien (genres Xenorhabdus et Photorhabdus) essentiel au succès parasitaire. Les NEP sont présents dans les sols des cinq continents de la planète. Leur diversité génétique et leurs propriétés biologiques constituent une intéressante ressource biologique. Grâce à leur entomotoxicité, les NEP sont de bons outils de lutte biologique en agriculture et en culture ornementale un peu partout dans le monde. La diversité et la biogéographie des NEP dans les cinq continents de la Terre (à l'exception de l'Antarctique) ont été étudiées partout dans le monde mais le Liban est parmi les rares pays du moyen orient où aucune prospection de ces nématodes n'a été réalisée alors que des NEP en Turquie, Syrie, Jordanie, Palestine et Egypte ont déjà été trouvés et caractérisés. L'objet de la thèse est de procéder à une étude biogéographique dans le but de connaître la diversité des NEP au Liban. L'enjeu scientifique est donc de combler un « vide » dans la connaissance de la répartition et de la biodiversité mondiale des NEP. Pour cela, un échantillonnage à l'échelle des étages de végétation est mené au Liban. Des échantillons de sol sont ainsi prélevés, mis en contact avec des larves de Galleria mellonella pour isoler les nématodes entomopathogènes et leurs symbiotes. Les nématodes et leurs symbiotes sont par la suite identifiés morphologiquement et moléculairement. Par la suite, une approche à l'échelle de l'habitat fait l'objet de cette thèse également pour étudier les interactions biotiques et abiotiques influençant la présence des nématodes entomopathogènes dans le sol. Les enjeux technologiques, exposés au second volet de la thèse, sont liés aux propriétés biologiques des nématodes et de leurs symbiotes afin de valoriser leur entomotoxicité en lutte biologique. Dans ce cadre, la sensibilité des Cephalcia tannourinensis, ravageur des cédraies au Liban, par rapport aux nématodes entomopathogènes est exploitée in vitro ; différentes espèces de nématodes entomopathogènes sont testées pour suivre leur cycle à l'intérieur des Cephalcia. / Entomopathogenic nematodes (EPNs) are parasites of soil-dwelling insects that occur in natural and agricultural soils around the world. Thanks to their entomotoxicity, EPNs are good tools for biological control in agriculture almost everywhere in the world. They are ubiquitous, having been isolated from every inhabited continent (except Antartica) from a wide range of ecologically diverse soil habitats including cultivated fields, forests, grasslands, deserts, and even ocean beaches. Biogeographic assessments of EPNs in the Eastern Mediterranean basin have been conducted in several countries such as Turkey, Syria, Jordan, Israel, Palestine and Egypt. Lebanon is among the few countries of the Middle East for which no survey of EPNs has been done. The scientific stake is thus to fill a gap in our knowledge of EPNs distribution in the Mediterranean basin. Survey of EPNs was conducted in this framework to cover the different vegetation levels defined in Lebanon. Soil samples were removed placed in contact with Galleria mellonella to isolate entomopathogenic nematode and their symbiotic bacteria. EPNs and their bacteria were then identified morphologically and molecularly. On the other hand, despite the different national surveys conducted on EPNs distribution around the world, habitat preferences remain inadequately known for entomopathogenic nematodes. Therefore, a comprehensive understanding of their distribution and the various biotic and abiotic factors influencing their presence is also a second object of our work. Beside a technological approach related to the biological properties of the nematodes and their symbiotics: valorisation of the entomotoxicity in biological control will be part of the third shutter of the thesis. In this framework, the sensibility of cedar pests, Cephalcia tannourinensis against entomopathogenic nematodes is exploited in vitro; different EPNs species were tested to study their life cycle inside Cephalcia larvae.

Dans le cadre des études neutroniques d'innovation sur les cœurs de Réacteurs à Eau légère Pressurisée (REP) de 3ème génération, la recherche de l'économie des ressources naturelles est fondamentale afin de pérenniser la filière électronucléaire. Cette étude consiste à rechercher l'économie des ressources par la conception de cœurs de réacteurs à hauts facteurs de conversion, s'appuyant sur des combustibles oxydes mixtes à base de thorium / uranium / plutonium, ainsi que d'élaborer des stratégies de multi-recyclage des matières fissiles (plutonium et 233U). La démarche s'est déroulée en quatre étapes. Deux domaines d'étude ont tout d'abord été identifiés, le premier concerne les faibles rapports de modération (RM) et un combustible ThPuO2, le second les RM standards à accrus et un combustible ThUO2. La première voie a conduit à l'étude de Réacteurs Sous-Modérés (RSM) selon les critères de production d'233U accrue et de consommation limitée de plutonium. Deux concepts ont été retenus en particulier, à partir desquels des stratégies de multi-recyclage des matières fissiles ont été élaborées. La production et le recyclage de l'233U exclusivement en RSM limitent l'économie annuelle d'Unat à 30% environ. Il a été mis en évidence que le besoin en plutonium des RSM producteurs d'233U est le facteur limitant. C'est pourquoi un dernier chapitre évalue comment la production d'233U au sein de REP, dès 2020, permet de favoriser la transition vers un cycle symbiotique REP/RSM en relâchant la contrainte sur les inventaires de plutonium. Cette stratégie laisse présager une économie annuelle de l'ordre de 65% d'Unat par rapport à la poursuite du mono-recyclage du MOX en REP.

La symbiose entre les légumineuses et les Rhizobiacées est la source d’azote fixé la plus importante pour le bon fonctionnement des écosystèmes naturels et agricoles. Très étudiée chez des légumineuses modèles, certains aspects de cette interaction restent peu connus ; c’est le cas des mécanismes génétiques et fonctionnels qui contrôlent la spécificité hôte-symbiote. Il n’y a que peu d’études globales consacrées à ce phénomène, et les gènes symbiotiques sont très peu connus chez les espèces non-modèles. Dans ce contexte, nous avons étudié un cas de changement de spécificité symbiotique remarquable chez des espèces phylogénétiquement proches du genre Lupinus (Fabacées). Tout d’abord, la reconstruction et l’analyse de génomes chloroplastiques complets a permis de camper le cadre évolutif de la symbiose en générant de nouveaux marqueurs d’intérêt pour clarifier la phylogénie et l’évolution des lupins. A partir d’une expérimentation d’inoculation croisée impliquant trois espèces de lupins méditerranéens et deux souches compatibles et incompatibles de Bradyrhizobium, une approche RNA-Seq a permis de produire les premiers nodulomes de lupin et d’identifier les gènes symbiotiques. L’analyse des gènes différentiellement exprimés a montré que la spécificité symbiotique affecte non seulement la voie de signalisation et de régulation de la symbiose, mais également une diversité de voies métaboliques associées. Enfin, l’étude de la dynamique évolutive et fonctionnelle de quelques gènes a mis en évidence l’impact et l’importance des phénomènes de duplication aux différents niveaux de la cascade génétique symbiotique. / Legumes-Rhizobia symbiosis is the most important fixing nitrogen source for the good functioning of both natural and agricultural ecosystems. Although, it is extensively studied in model legumes, some aspects of this interaction remain unclear, such as the genetic and functional mechanisms controlling the host-symbiont specificity. Large scale studies of this process are scarce and symbiotic genes are not well described in non-model species. In this context, the effect of symbiotic specificity was investigated in phylogenetically close relative species belonging to the Lupinus genus (Fabaceae). First, the reconstruction and analysis of complete chloroplast genomes allowed us to generate new and useful markers for clarifying the Lupinus phylogeny in order to lighten the evolutionary context of the symbiosis. Following a cross-inoculation experiment of three Mediterranean lupine species with two compatible or incompatible Bradyrhizobium strains, a RNA-Seq approach allowed the reconstruction of the first lupine nodulomes and the identification of lupine symbiotic genes. The analysis of differentially expressed genes revealed that the symbiotic specificity affects not only the signalling and regulatory symbiotic pathways, but also diverse associated metabolic pathways. Finally, evaluating the evolutionary and functional dynamics of genes highlighted the importance of gene and genome duplication events at different steps of the symbiotic genetic pathway.

En cas de carence azotée, les légumineuses sont capables de mettre en place une symbiose avec des bactéries du sol fixatrices d’azote appelées rhizobia. Cette symbiose a lieu dans un organe appelé nodosité où les bactéries sont endocytées et appelées bactéroïdes. Certains clades de légumineuses imposent un processus de différenciation à leurs bactéroïdes qui agrandissent considérablement et deviennent polyploïdes, menant à des morphotypes bactériens allongés ou sphériques. Au cours de cette thèse, j’ai étudié la différenciation des bactéroïdes de Bradyrhizobium spp. en association avec Aeschynomene spp.. Les bactéroïdes de ces plantes présentent des degrés de différenciation distincts qui dépendent de l’espèce hôte. Mes données suggèrent que les bactéroïdes les plus différenciés sont aussi les plus efficaces. J’ai cherché à savoir quels facteurs procaryotes pourraient être impliqués dans les adaptations des bactéroïdes au processus de différenciation et à leurs divers hôtes, le tout en lien avec cette différence d’efficacité symbiotique au travers d’approches globales sans a priori de type -omiques. Les conditions considérées sont des bactéroïdes de différents morphotypes et des cultures libres de référence. Les fonctions activées en conditions symbiotiques ont été identifiées, ainsi que les gènes spécifiques d’un hôte donné. Des analyses fonctionnelles des gènes d’intérêt ont également été menées. Les mutants bactériens n’ont toutefois pas présenté de phénotype symbiotique drastique, montrant ainsi l’existence de réseaux de gènes complexes menant à la résilience des génomes de rhizobia. / In case of nitrogen starvation, legume plants establish a symbiotic interaction with nitrogen-fixing soil bacteria called rhizobia. This interaction takes place in nodules where the symbionts are internalized and become bacteroids. Some legume clades also impose a differentiation process onto the bacteroids which become enlarged and polyploid, leading to elongated or spherical morphotypes. During my PhD work, I have studied bacteroid differentiation of Bradyrhizobium species in association with Aeschynomene spp.. These bacteroids display distinct differentiation levels depending on the plant host, and my analyses suggest that the most differentiated ones are also the most efficient. I investigated the bacterial factors potentially involved in the adaptations to differentiation and host-specificity, and related to the higher efficiency of the most differentiated bacteroids using global-omics approaches without a priori. The analyzed conditions were bacteroids of distinct morphotypes and free-living reference cultures. Activated functions under symbiotic conditions were identified, as well as host-specific ones. Functional analyses were performed on genes of interest. However, the bacterial mutants did not display drastic symbiotic phenotypes, showing the existence of complex gene networks leading to high resilience of rhizobial genomes.

Dans le contexte de la transition agroécologique en faveur de systèmes de culture plus économes en intrants azotés, la réintroduction des légumineuses a un rôle majeur à jouer pour atteindre la durabilité de ces systèmes. Peu de références sont actuellement disponibles sur les intérêts agronomiques et écologiques des différentes espèces, notamment à l’échelle de la rotation. Dans ce cadre, notre objectif principal consiste à mieux quantifier les flux d’azote impliqués au cours et après culture de légumineuses, et ce pour une gamme élargie d’espèces. Notre travail expérimental porte donc sur la caractérisation des flux d’azote induits dans le sol et dans les cultures de légumineuses aux caractéristiques morphologiques contrastées en parallèle de la mesure des déterminants de ces flux. Les objectifs spécifiques consistent à : i) quantifier la fixation symbiotique en fonction du niveau du stock d’azote minéral du sol, la minéralisation de l’azote des résidus de légumineuses après enfouissement et les pertes d’azote en dehors du système sol-plante (lixiviation, émission de protoxyde d’azote), ii) identifier les « traits de plantes » explicatifs des fonctions liées à ces flux d’azote. Pour atteindre ces objectifs, les différents flux d’azote ont été quantifiés au cours d’une expérimentation au champ avec implantation d’une culture de légumineuses en première année suivie par une culture de blé en année 2 qui a été menée en 2014-2015 et reconduite sur la campagne 2016-2017. En parallèle, les traits des plantes, notamment racinaires, ont été caractérisés plus finement au cours d’expérimentations conduites en conditions contrôlées / In the context of agroecological transition, the reintroduction of legume crops should play a key role in cropping system sustainability by allowing a reduction of nitrogen (N) inputs. But few references are available concerning the agronomical and ecological services provided by a wide range of legume crops, particularly within crops succession scale. Thus, the main objective of our study is to quantify the N fluxes during and after the legume crops taking into account 10 legume crops (peas, lupin, faba bean, soybean...). Our experiment consists in i) quantifying symbiotic N fixation depending on the amount of soil inorganic N, the mineralisation of N present in legume crop residues after soil incorporation and N losses outside of the soil-plant system (leaching, emission of nitrous oxide), ii) identifying plant biological traits associated to N fluxes. Thus, different N fluxes were quantified during a two-year field experiment, i.e. the first year (2014) legume crops were implanted and followed by wheat the second year (14-15) after incorportation of legume residues. This experiment was repeated in 2016-2017.In parallel, plant root traits were characterised during greenhouse hydroponic experiments