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La culture du fruit de la passion jaune fruit est d'une importance capitale pour la région Presidente Prudente- SP et la deuxième région en termes de production dans l'État de São Paulo. Une nutrition minérale appropriée pour les plantes est importante pour obtenir des rendements élevés, associés à la qualité des fruits. Ainsi, ce travail était d'étudier la nutrition minérale avec de l'azote, le phosphore et le potassium et ses effets sur les caractéristiques chimiques du sol, l'état nutritionnel des plantes, la qualité des fruits, la production et l'exportation de nutriments dans les jeunes plantes fruits de la passion. La manipulation a été réalisée en une fraction de factorielle ½ x 4³ NPK avec 32 traitements: 4 doses de N: 150; 300; 600; 1200 kg ha-1 N ayant pour fournir le nitrate d'ammonium (32% de N); 4 doses de P: 200; 400; 800; 1600 kg ha-1 P2O5, source de superphosphate triple (42% P) et 4 doses de K: 150; 300; 500; 700 kg ha-1 K2O avec la potasse des engrais (60% K). Les paramètres analysés sont les suivants: produits chimiques du sol, les niveaux de macronutriments et les micronutriments feuilles et les fruits; ha-1 productivité; production de fruits commerciaux; pourcentage de fruits commerciaux; classification des fruits; nombre total de fruits; poids moyen des fruits; rendement en pâte; brix; pH du jus; acidité titrable vitamine C; épaisseur shell; longueur de fruits et l'exportation de nutriments avec des fruits. Dans le sol, la fertilisation azotée influence la disponibilité du phosphore et du soufre. N taux ont augmenté la teneur en N des feuilles, d'où l'élément nutritif influe sur les caractéristiques d'épaisseur de l'écorce, le pourcentage commercial, production de fruits commerciaux et classification, aidant par la suite dans l'exportation de N par le fruit de fruits de la passion. L'exportation N maximale avec des fruits était 106.76 kg ha-1 pour un rendement estimé de 43,02 Mg ha-1. La fertilisation en phosphore a augmenté la teneur en P du sol, avec la disponibilité maximale de P obtenue était 238,78 mg dm-3 dans la dose 1600 kg ha-1 de P2O5. Le match a également augmenté la concentration de S dans les feuilles. Les doses de P2O5 a augmenté le nombre total des fruits. L'interaction de N et K2O interférer dans les niveaux du sol K. Les doses K2O ont montré aucun effet sur la teneur en éléments nutritifs de la feuille et l'état nutritionnel des fruits, par conséquent, il n'y avait pas de réponse dans l'exportation de nutriments aux fruits. Cependant, le potassium, le pourcentage amélioré et la production commerciale de fruits, de classification et a provoqué la diminution de la teneur en vitamine C de la pulpe. / The culture of yellow passion fruit is extremely important for President Prudente SP region and the second region in terms of production in the state of São Paulo. Proper mineral nutrition for the plants is important to obtain high yields, coupled with the quality of fruit. Thus this work was to study the mineral nutrition with nitrogen, phosphorus and potassium and its effects on the chemical characteristics of the soil, nutritional status of plants, fruit quality, production and export of nutrients in yellow passion fruit plants. The experiment was conducted in a factorial split ½ x 4³ NPK with 32 treatments: 4 doses of N: 150; 300; 600; 1200 kg ha-1 N having to supply ammonium nitrate (32% N); 4 doses of P: 200; 400; 800; 1600 kg ha-1 P2O5, source superphosphate triple (42% P) and 4 doses of K: 150; 300; 500; 700 kg ha-1 K2O with the fertilizer potassium chloride (60% K). The parameters analyzed were: soil chemical, levels of macronutrients and micronutrients leaves and fruit; productivity ha-1; production of commercial fruits; percentage of commercial fruits; fruit classification; total number of fruits; average fruit weight; pulp yield; brix; pH of the juice; titratable acidity, vitamin C; shell thickness; fruit length and the export of nutrients with fruit. In the soil, nitrogen fertilization influenced the availability of phosphorus and sulfur. N rates increased the N content of the leaves, hence the nutrient influences the characteristics of shell thickness, commercial percentage, production of commercial fruits and classification, subsequently assisting in the export of N by the fruit of passion fruit. The maximum export N with fruit was 106.76 kg ha-1 for an estimated yield of 43.02 Mg ha-1. The phosphorus fertilization increased the P content of the soil, with the maximum availability of P obtained was 238.78 mg dm-3 in the dose 1600 kg ha-1 of P2O5. The P rate also increased the concentration of S in the leaves. The doses of P2O5 increased the total number of fruits. The interaction of N and K2O interfere in K soil levels. The K2O doses showed no effect on the nutrient content of the sheet and the nutritional status of fruit consequently, there was no answer in the export of nutrients to the fruit. However, potassium improved the percentage and production of commercial fruits, classification and caused decrease in vitamin C content of the pulp.

La dégénérescence des disques intervertébraux (DD) est un processus naturel qui touche une grande partie de la population. Toutefois, elle peut devenir pathologique et ainsi être accélérée par de multiples facteurs et conduire à un dysfonctionnement précoce des disques lombaires. La DD est un phénomène asymptomatique, ce qui le rend délicat à diagnostiquer précocement. Dans ce cadre, le présent travail vise à développer une méthodologie de diagnostic de la DD utilisant imagerie médicale et modélisation biomécanique.Les disques intervertébraux (DIV) sont des articulations fibro-cartilagineuses qui lient les vertèbres du rachis entre elles. Ils ont pour rôle de supporter et redistribuer les chargements appliqués au rachis tout en assurant sa mobilité. Le DIV peut être assimilé d’un point de vue mécanique à un milieu poreux biologique dont le squelette est formé par la matrice extracellulaire (MEC) et la phase fluide par son contenu hydrique. C’est un milieu hétérogène et anisotrope. Possédant une pression osmotique interne élevée, les DIV ne sont pas vascularisés et possèdent un contenu hydrique important dans lesquels les nutriments cellulaires diffusent à partir des vertèbres adjacentes. Cette particularité rend le fonctionnement des disques très dépendant de la régulation en eau en particulier lorsque ces derniers sont soumis à des sollicitations mécaniques non physiologiques.L’une des clés dans l’élaboration d’un diagnostic fiable de la DD peut être de déterminer de manière objective certaines des caractéristiques internes au disque relatives à son hydratation. Dans le présent travail, une méthodologie de diagnostic quantitatif de la viabilité discale et plus largement de la DD est ainsi proposée. Cette méthodologie se base sur un couplage entre l’imagerie médicale et l’analyse par modélisation du comportement biomécanique du DIV. Un modèle physique biphasique du DIV est développé à l’aide de données déduites d’images IRM. Ce modèle tient compte de l’anisotropie du DIV et des effets induits par les déformations mécaniques sur le processus de transport nutritif.La partie mécanique du modèle est tout d’abord validée en utilisant des résultats d’essais de relaxation réalisés précédemment par l’équipe de biomécanique d’IRPHE. Le modèle est à même de reproduire la distribution de la porosité à l’intérieur du DIV et la perte d’eau suite à un effort mécanique. Cela permet de confirmer la fiabilité de la méthodologie de diagnostic développée pour les cas étudiés. En intégrant le couplage mécano-métabolique, la réponse biomécanique du DIV à des chargements quasi statiques et cycliques est ensuite analysée. / Intervertebral disc degeneration (DD) is a natural process affecting a large part of the population. However, it can be accelerated by several factors and then become associated to lumbar disc pathologies. Given that the DD is symptomless, it is complicated to diagnostic it early. In this context, the present work aims to develop a new methodology of DD diagnostic based on medical imaging and biomechanical modeling.The intervertebral discs (IVD) are fibro-cartilaginous joints that connect vertebrae together ensuring their relative motion. They support and distribute loads applied on the spine. Mechanically, the IVD can be assimilated to a biological porous media in which the solid phase is composed of the extracellular matrix (MEC) and the fluid phase is formed by water content. It is a non-homogeneous and anisotropic component. The IVD is nonvascularized and characterized by a high water content in which cell nutrients diffuses from the adjacent vertebrae. Given this latter particularity, the porosity of the IVD presents a key factor in in its functioning especially when exposed to mechanical non-physiological loads. One of the main keys in the elaboration of a reliable DD diagnostic is to determine objectively some of the IVD interne properties related to its water content. In the present work, a new quantitative methodology of DD diagnostic is proposed. This method is based on a coupling between the medical imaging and the IVD biomechanical behavior modeling. A biphasic IVD model is developed using data from MRI imaging. This model takes into account the anisotropy of the IVD and the effect of the mechanical deformation on the nutrient transport process.The mechanical part of the developed model was firstly validated using results of relaxation tests previously performed by the biomechanics staff of IRPHE. The model is able to predict water distribution within the IVD and the water loss as response to a mechanical load. These results confirm the reliability of the developed diagnostic methodology for the studied cases. The biomechanical response to quasi-static and cyclic loads is then analyzed. The present work proposes and evaluates a new methodology of DD quantitative diagnostic. It also analyzes and compares mechanical and metabolic responses to quasi-static and cyclic loads.

Caractérisation de CCX2, un élément de la super-famille des antiports cationiques CaCA et de son rôle dans l’homéostasie minérale.<p><p>L'homéostasie des métaux est importante pour les fonctions cellulaires. Elle dépend de la régulation stricte des transports cellulaires d'ions métalliques et des espèces métalliques complexées. Nous rapportons ici l'analyse fonctionnelle chez Arabidopsis thaliana d'un élément de la superfamille CaCA, CCX2 (Calcium Cation eXchanger 2) qui n’est pas encore caractérisé dans les plantes. Nous avons pu observer en utilisant une fusion aves la protéine fluorescente GFP (Green Fluorescent Protein) que la protéine AtCCX2 était localisée dans le réticulum endoplasmique. L’expression de CCX2 est régulée par des traitements en métaux divers et par la carence en magnésium en particulier. De plus, l'expression du gène est régulée par la photopériode mais n’est probablement pas sous le contrôle de l'horloge circadienne. La caractérisation d'un mutant knock-out d’Arabidopsis a révélé que l’absence de l’activité CCX2 entrainait une meilleure croissance pendant la carence Mg (dans les conditions testées) mais pas de phénotype particulier sur les milieux aves excès de Zn ou de Cd ou induisant un stress osmotique. A ce stade, nous de pouvons apporter une explication au phénomène de tolérance pendant la carence Mg. Par ailleurs, le mutant ccx2 montre une réponse altérée à des hormones telles l’auxine et l’éthylène. Parce ce que le phénotype ccx2 mutant est relativement discret, des doubles mutants avec les gènes homologues les plus proches (CCX1 et CCX3) ont été créés. Alors que les mutants ccx1 et ccx3 sont plus résistants à la carence en Mg et ccx1 plus résistant à la déficience Zn, aucun effet additif de ces mutations avec la perte de fonction de CCX2 n’a été observé. Les profils en minéraux du mutant ccx2 ne permettent pas de confirmer des différences significatives dans les concentrations d’éléments minéraux mesurés. Des tendances pour le Ca2+ en particulier sont observées et devraient être confirmés par d’autres expériences. La surexpression hétérologue dans la levure ou dans une suspension de cellules BY2 de tabac, la surexpression dans la plante et la production de protéine pour des études d’activité de transport dans des vésicules n’ont pu être possibles pour la caractérisation de CCX2. L’expression de CCX2 semble toxique pour les bactéries, la levure et les cellules de plantes; en effet les organismes hôtes sont morts lors de l'induction de l'expression (testé au niveau de la levure). Cet effet pourrait être lié à la perturbation de l’homéostasie du Ca2+ qui joue un rôle très important comme messager secondaire lors de la perception d’un stimulus et en particulier lors de l’apoptose. L’Analyse AhCAX8/CCX2 AhCCX2 est constitutivement plus exprimé dans les racines de l’hyperaccumulatrice de Zn et Cd, Arabidopsis halleri (accession d’Auby) par rapport à sa parente proche non tolérante non accumulatrice A. lyrata ssp petraea. L'expression plus élevée pourrait être liée à l'adaptation aux hautes concentrations de zinc et de cadmium dans le sol. Nous avons pu observer qu’avec une protéine GFP, AhCCX2 est également localisée au niveau du réticulum endoplasmique comme son homologue AtCCX2. Puisque une haute expression de CCX2 est toxique pour les organismes, nous avons exprimé la protéine sous le contrôle de son propre promoteur dans A. thaliana. Cette expression faible et spécifique a pu être atteinte sans signe de toxicité. La caractérisation de A. thaliana exprimant AhCCX2 dans le type sauvage ou le mutant ccx2 a montré une meilleure croissance lors d’une déficience Mg et, dans les plantes ccx2 qui expriment AhCCX2, une moins bonne croissance lors d’une carence en Zn. Les analyses minérales des plantes exprimant AhCCX2 n’ont pas montré de différence au niveau des concentrations en minéraux. Cependant, certaines tendances ont été observées pour les concentrations en Ca, Fe et Zn qui doivent être confirmées. Nos données suggèrent pour AhCCX2 un rôle dans l'homéostasie du Zn. Un niveau d'expression élevé d’AhCCX2 a un impact négatif sur la croissance lors d’une carence en zinc et pourrait être une partie des adaptations à un approvisionnement en Zn élevé. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La nutrition minérale des plantes dépend à la fois du développement et du fonctionnement de leur appareil racinaire, incluant l'absorption mais aussi la capacité des plantes à influencer les cycles des nutriments, notamment par l'exsudation. Le but de cette thèse est de lier les rétroactions plantes-sol impliquant les cycles des nutriments aux stratégies d'exploration racinaire. Dans la revue bibliographique, je recense des mécanismes d'interaction plantes-sol et leurs échelles spatiales et temporelles. En considérant, à l'échelle de la rhizosphère, les interactions directes entre racines et sol, je propose que la combinaison entre exsudation et absorption des nutriments mène à des synergies entre racines d'une même plante. Ma seconde hypothèse est celle de l'existence d'un compromis entre l'exploration du sol et son occupation (défini comme la capacité des plantes à influencer efficacement le cycle des nutriments). Dans un premier chapitre, je développe un modèle général de recyclage des nutriments afin de déterminer sous quelles conditions les plantes auraient intérêt à limiter leur exploration du sol. Je montre qu'une exploration limitée est une stratégie de nutrition efficace sous certaines conditions, dont l'existence de synergies entre racines et le fait d'être dans un sol pauvre en nutriment. Dans un deuxième chapitre, je mesure le patron d'exploration racinaire et évalue le recyclage de l'azote à l'aide des outils isotopiques, chez trois espèces de Poacées pérennes de la savane de Hwange (Zimbabwe). Cette étude de terrain montre un gradient d'hétérogénéité racinaire entre ces trois espèces. Les Poacées exprimant le patron d'exploration le plus hétérogène ont un cycle de l'azote plus lent, mais potentiellement plus efficace. Dans un dernier chapitre, je développe un modèle mécaniste à l'échelle de la rhizosphère, pour une plante absorbant le phosphore et contrôlant sa disponibilité par l'exsudation de citrate. Je montre que, selon l'échelle d'influence des racines en terme d'exsudation et d'abaissement de la concentration en phosphore, la combinaison de l'exsudation et de l'absorption mène soit à une compétition, soit à une facilitation entre les racines d'une même plante. En me plaçant à l'échelle du système racinaire, je montre que les pertes en phosphore sont limitées par une exploration limitée du sol. Ce dernier résultat va dans le sens du compromis exploration/occupation. Au cours de cette thèse, j'ai donc développé des approches complémentaires, mettant en jeu différents mécanismes et échelles d'interactions plantes-sol. Le fait que les racines ne se limitent pas à un rôle d'absorption, mais agissent activement sur les cycles de nutriments a mené à deux résultats originaux : la facilitation inter-racinaire et intra-plante, et le fait qu'une exploration limitée puisse être considérée comme une stratégie efficace de nutrition. Enfin, ce travail souligne l'importance d'intégrer les divers mécanismes d'interaction plantes-sol pour comprendre les stratégies de nutrition des plantes et mieux prédire leur impact sur les cycles de nutriments à l'échelle des écosystèmes. / Plant nutrition depends on complementary mechanisms : the development of root systems, root uptake and plant ability to control nutrient cycling, e.g. through exudation. The aim of this thesis is to link plant-soil feedbacks involving the cycling of nutrients and root foraging strategies. I first review the different mechanisms of plant influence on nutrient cycling within the soil and assess their respective scales. Considering the direct effect of roots on the soil at the scale of the rhizosphere, I hypothesize that the combination of absorption and exudation may lead to synergies between the roots of a plant. At the scale of the whole root system, I propose a second, heuristic hypothesis: the existence of a trade-off between soil exploration and soil occupation (defined as the ability of plants to influence efficiently nutrient cycling). In a first chapter, I develop a general model of nutrient cycling, to determine under which condition plants should limit the exploration of soil by their roots. I show that limited exploration is an efficient strategy under specific conditions, especially nutrient-poor soils and the existence of synergies between roots. In a second chapter, I characterize soil occupation and nitrogen cycling, by the use of isotopes ratios, in the plant-soil system of three perennial grasses of the savanna of Hwange (Zimbabwe). This field study shows a gradient of root heterogeneity among these grass species. Those showing the more heterogeneous root pattern have a slower but potentially more efficient nitrogen cycling. In a last chapter, I develop a numerical mechanistic model at the rhizosphere scale for a plant taking up phosphorus and increasing its availability through exudation of citrate. I show that, depending on the extent of root influence on soil by exudation and nutrient depletion, competition between roots as well as facilitation arise from the combination of root uptake and exudation. By upscaling rhizosphere processes to the root system, I show that phosphorus losses are minimized by a restricted soil exploration, which backs the hypothesis of a trade-off between soil exploration and occupation. Overall, I developed complementary approaches that took into account several mechanisms and scales of plant-soil interactions. Considering that root functions are not limited to nutrient uptake, but also involve their influence on nutrient cycling, lead to two novel results: the potential existence of intra-plant and inter-root facilitation, and limited soil exploration as an efficient foraging strategy. This work underlines the importance of accurately integrating the mechanisms of plant-soil interaction to assess their nutrient strategies and to predict their impact on nutrient cycling within ecosystems.

Les plantes, comme tous les êtres vivants, entretiennent un rapport double à leur environnement. L’environnement sélectionne quelles stratégies peuvent s’établir, et les stratégies ainsi sélectionnées façonnent en retour cet environnement. Cette boucle de rétroaction environnementale, lorsqu’elle est alimentée par une variabilité de formes, est le moteur de l’évolution, de l’assemblage des communautés et du développement écosystémique, et détermine en fin de compte les propriétés émergentes des écosystèmes.Les approches issues de l’écologie théorique reconnaissent depuis longtemps cette dualité, comme en témoignent les concepts de "niche de besoin" et "niche d’impact" au cœur de la théorie contemporaine de la niche. Similairement, les approches type « théorie des jeux » comme la dynamique adaptative reconnaissent le rôle central joué par la boucle de rétroaction environnementale en tant que moteur des dynamiques éco-évolutives.Dans cette thèse, j'unifie ces deux perspectives théoriques et les applique à des problèmes écologiques variés, dans le but de comprendre comment les interactions réciproques entre les plantes et leur environnement déterminent les traits adaptatifs des plantes et les propriétés émergentes des écosystèmes.Dans un premier temps, je propose un cadre mathématique général et rigoureux à la théorie contemporaine de la niche et la méthode graphique qui lui est associée. Après avoir étendu ce cadre à la prise en compte d’un continuum de stratégies en interaction à l’aide d’enveloppes géométriques, je montre comment appliquer la théorie contemporaine de la niche à deux perspectives, à savoir les dynamiques éco-évolutives et l’assemblage de communautés par remplacements successifs de stratégies.Dans un second temps, j’applique cette approche à l’étude de l’évolution des défenses des plantes contre les herbivores le long de gradients de nutriments, en considérant l’évolution des traits d’acquisition de la ressource, de tolérance et de résistance aux herbivores. Je montre que la prise en compte des transferts trophiques conduit à la sélection de stratégies compétitives mais sans défense dans les environnements pauvres, alors que ce sont toujours des stratégies défendues (résistantes, tolérantes, ou la coexistence des deux) qui dominent dans les environnements riches en nutriments. Mes résultats mettent en évidence le rôle central joué par la rétroaction plante-herbivores dans la détermination des patrons de défense des plantes.Dans un troisième temps, je montre comment la théorie contemporaine de la niche peut être étendue pour prendre en compte la facilitation. J’utilise ensuite cette approche pour montrer comment la colonisation d’un substrat nu par une communauté de plantes fixatrices d’azote couplée au recyclage des nutriments peut donner naissance à de la succession par facilitation. Contrairement aux modèles habituels de succession, je montre que la succession par facilitation donne lieu à un développement autogène de l’écosystème ainsi qu’un régime de bistabilité entre la végétation et le substrat nu en fin de succession. Enfin, je propose une nouvelle théorie de la succession basée sur les ratios de ressources.Pris dans leur ensemble, ces nouveaux développements démontrent que la théorie de la niche peut être adaptée à l’étude d’un large champ de situations écologiques, de la facilitation aux dynamiques éco-évolutives et à l’assemblage des communautés. Dans ce cadre conceptuel, mon approche basée sur les enveloppes s’avère être un outil efficace pour passer de l’échelle individuelle à l’échelle de l’écosystème, en assimilant le remplacement adaptatif d’espèces à une plasticité des propriétés écosystémiques. Cette approche permet alors de décrire l’émergence des boucles de régulation qui contrôlent le fonctionnement des écosystèmes, comme l’illustrent mes résultats le long de gradients de nutriments sur la transition entre régimes de succession ou encore l’émergence de culs-de-sac trophiques. / As living organisms, plants present a dual relationship with their biotic and abiotic environment. The environment selects plant strategies that can establish, and selected strategies in turn impact and shape the environment as they spread. When fueled by variation ,this environmental feedback loop drives evolution, community assembly and ecosystem development, and eventually determines the emergent properties of ecosystems.Theoretical ecology approaches have long recognized this duality, as it is at the core of contemporary niche theory through the concepts of requirement and impact niche. Similarly, game-theoretical approaches such as adaptive dynamics have emphasized the role played by the environmental feedback loop in driving eco-evolutionary dynamics. However, niche theory could benefit from a more individualistic, selection based perspective, while adaptive dynamics could benefit from niche theory’s duality and graphical approach.In my dissertation, I unify these theoretical perspectives and apply them to various ecological situations in an attempt to understand how the reciprocal interaction between plants and their environment determines plant adaptive traits and emergent ecosystem functions.First, I introduce a general and rigorous mathematical framework to contemporary niche theory and the associated graphical approach. By extending these ideas to a continuum of interacting strategies using geometrical envelopes, I show how contemporary niche theory enables the study of both eco-evolutionary dynamics and community assembly through species sorting. I show how these two perspectives only differ by the range of invaders considered, from infinitesimally similar mutants to any strategy from the species pool. My results also emphasize the fact that selection only acts on the requirement niche, evolution of the impact niche being just an indirect consequence of the former.Second, I use this approach to study the evolution of plant defenses against herbivores along a nutrient gradient, by considering the joint evolution of resource acquisition, tolerance and resistance to herbivores. I show that trophic transfers lead to the selection of very competitive, undefended strategies in nutrient-poor environments, while defended strategies -- either resistant, tolerant or the coexistence of both -- always dominate in nutrient-rich environments. My results highlight the central, and often underestimated, role played by plant-environment feedbacks in shaping plant defense patterns.Third, I extend contemporary niche theory to facilitation originating from positive environmental feedback loops. I use these new tools to show how colonization of a bare substrate by a community of nitrogen-fixing plants coupled with nutrient recycling can lead to facilitative succession. Contrarily to previous competition-based succession models, I point out that facilitative succession leads to autogenic ecosystem development, relatively ordered trajectories and late succession bistability between the vegetated ecosystem and the bare substrate. By showing how facilitative succession can turn into competition-based succession along an increasing nitrogen gradient, I derive a new resource-ratio theory of succession.Overall, these new theoretical developments demonstrate that niche theory can be adapted to study a broad range of ecological situations, from facilitation to eco-evolutionary dynamics and community assembly. Within this framework, my envelope-based approach provides a powerful tool to scale from the individual level to the ecosystem level, lumping selection-driven species turnover into plastic ecosystem properties. This, is turn, helps describing the emergence at the ecosystem scale of regulation feedback loops that drive ecosystem dynamics and functioning, as exemplified by my results along increasing resource gradients showing a transition from facilitation- to competition-based succession or the emergence of trophic dead-ends.

L'homéostasie cellulaire implique une régulation fine de la production ainsi que de l'élimination des protéines. La dérégulation de cette homéostasie entraîne des effets néfastes touchant de nombreuses voies de signalisation et de métabolisme et pouvant conduire à diverses maladies telles que le cancer ou la neurodégénérescence. De ce fait, la dégradation des protéines est un processus hautement contrôlé effectué par le système ubiquitine-protéasome (UPS) qui permet le ciblage, l’étiquetage et la dégradation des protéines mal repliées, endommagées ou en fin de vie. Le protéasome est un complexe multiprotéique vital présent dans toutes les cellules eucaryotes dont la biogenèse, la fonction de dégradation et la régulation dans le cytoplasme sont bien connues. Cependant, la fonction du protéasome dans le noyau, notamment en réponse au stress, est encore peu comprise. Les cellules ont développé de nombreux mécanismes adaptatifs en réponse à la variation de l'apport en nutriments comme l’augmentation de la dégradation et le recyclage des protéines. Chez l’humain, le protéasome est dégradé dans le cytoplasme par autophagie lors d’une privation de nutriments mais les mécanismes de régulation du protéasome nucléaire en réponse au stress métabolique restent peu connus. Nous avons trouvé que le protéasome 26S et la sous-unité régulatrice PSME3 forment des foyers nucléaires dans différents types cellulaires de mammifère en réponse à une privation en nutriments. Les foyers, nommés SIPAN pour Starvation-Induced Proteasome Assemblies in the Nucleus, ne sont colocalisés avec aucune structure ou corps nucléaires connus. La formation des SIPAN est réversible lors d’une réintégration des nutriments, suggérant une réponse spécifique liée à un stress métabolique. La manipulation de la quantité d’acides aminés intracellulaire a révélé que les acides aminés non-essentiels jouent un rôle important dans la formation et la résolution des SIPAN. Une analyse métabolomique a permis de trouver des voies reliées au métabolisme des nucléotides et des acides aminés qui pourraient fournir des facteurs clés pour la dissipation des foyers du protéasome. Le fort dynamisme des SIPAN, la présence d’événements de fusion et leur instabilité vis-à-vis des conditions cellulaires suggèrent que les SIPAN résultent d’une séparation de phase liquide-liquide (LLPS). De plus, nous avons trouvé que l’ubiquitine conjuguée est présente dans les SIPAN et que l’ubiquitination et la déubiquitination semblent être impliquées dans la formation et la résolution, respectivement. Nous avons ensuite découvert que la perte du récepteur à l’ubiquitine RAD23B empêche la formation des SIPAN. En effet, les domaines de liaison au protéasome UBL et de liaison à l’ubiquitine UBA1/UBA2 sont nécessaires pour la formation des SIPAN. De manière intéressante, la perte de RAD23B ou du complexe régulateur PSME3 retarde l’induction de l’apoptose et promeut la survie cellulaire. Enfin, en utilisant un inducteur de l’apoptose, nous avons observé l’apparition de ces foyers du protéasome dans le noyau des cellules dont certaines caractéristiques sont similaires aux SIPAN. Notre étude aborde une question très importante dans la compréhension des rôles et du dynamisme du protéasome nucléaire, en particulier dans l'adaptation au stress, qui peut réguler le niveau des protéines nucléaires. De façon générale, cela nous aidera à mieux comprendre le rôle du protéasome dans l’homéostasie nucléaire et son implication dans les maladies humaines. / Cellular homeostasis involves specific regulation of the production as well as the elimination of proteins. The deregulation of this equilibrium leads to harmful effects affecting many signaling and metabolic pathways and can lead to various diseases, such as cancer or neurodegeneration. Hence, protein degradation is a highly controlled process performed by the ubiquitin-proteasome system (UPS) that allows targeting, labeling and degradation of misfolded, damaged, or end-of-life proteins. The proteasome is a vital multiprotein complex found in all eukaryotic cells whose biogenesis, degradative function, and regulation in the cytoplasm are well known. However, the function of the proteasome in the nucleus, particularly in response to stress, is still poorly understood. Cells have evolved many adaptive mechanisms in response to varying nutrient supply such as increased protein degradation and recycling. In humans, the proteasome is degraded in the cytoplasm by autophagy during nutrient deprivation, but the regulatory mechanisms of the nuclear proteasome in response to metabolic stress remain poorly understood. We have found that the 26S proteasome and regulatory subunit PSME3 form nuclear foci in different mammalian cell types in response to nutrient deprivation. These foci, called SIPAN for Starvation-Induced Proteasome Assemblies in the Nucleus, do not colocalize with any known nuclear structures or bodies. The formation of SIPAN is reversible upon nutrient replenishment, suggesting a specific response to metabolic stress. Manipulation of the intracellular amino acid pool revealed that non-essential amino acids play important roles in the formation and resolution of SIPAN. A metabolomics study has identified pathways related to nucleotide and amino acid metabolism that may provide key factors for the dissipation of the proteasome foci. The strong dynamism of SIPAN, the presence of fusion events and their instability towards cellular conditions suggest that SIPAN result from liquid-liquid phase separation (LLPS). Additionally, we have found that conjugated ubiquitin is present in SIPAN and that ubiquitination and deubiquitination appear to be involved in their formation and resolution, respectively. We then discovered that the depletion of the ubiquitin receptor RAD23B prevents the formation of SIPAN. Indeed, the UBL proteasome binding domain and UBA1/UBA2 ubiquitin binding domains are required for SIPAN formation. Interestingly, the depletion of RAD23B or the proteasome regulatory particle PSME3 delays the induction of apoptosis and promotes cell survival. Finally, we found that an apoptosis-inducing agent promotes proteasome foci formation in the nucleus of cells, and these organelles share similarities with SIPAN. Our study addresses a very important question in understanding the roles and dynamism of the proteasome in the nucleus, specifically during stress adaptation, which can regulate the level of nuclear proteins. In general, this will help us to better understand the role of the proteasome in nuclear homeostasis and its involvement in human diseases.

Les tourbières stockent des quantités importantes de carbone (C) et jouent un rôle essentiel dans la dynamique globale du C, mais elles sont vulnérables aux changements globaux et aux perturbations humaines, notamment les perturbations linéaires telles que les routes non pavées (en gravier). La construction de ces routes et leur utilisation introduisent des quantités considérables de poussière de route dans les tourbières adjacentes, ce qui, combiné au dépôt de poussière atmosphérique, exerce une influence significative sur les tourbières qui est souvent négligée. L'objectif de cette recherche est d'étudier les effets de la poussière des routes sur la structure et les fonctions des tourbières, et plus particulièrement d'examiner les changements dans les assemblages de plantes et de thécamibiens, la chimie des tissus foliaires, de la tourbe et des eaux souterraines, ainsi que l'accumulation de C le long des gradients de dépôt de poussière. Pour ce faire, trois tourbières ombrotrophes ont été sélectionnées dans l'est du Québec, au Canada, qui sont exposées à des niveaux de dépôt de poussière de route variables et chimiquement distincts. Sur chaque site, un transect aligné sur la direction dominante du vent, commençant au bord de la route et perpendiculaire à celle-ci, a été échantillonné à des intervalles croissants jusqu'à 250 m de la route. Les résultats montrent que les dépôts de poussières de route affectent de manière significative les assemblages de plantes et de thécamibiens notamment en créant de l'ombrage physique et en bloquant les stomates, en apportant des cations basiques et en augmentant la disponibilité en nutriments. Plus précisément, les dépôts de poussières de route tendent à réduire la couverture des sphaignes et, dans le cas des amibes, l'abondance des espèces mixotrophes vivant en symbiose avec les algues et celles construisant des coquilles protéinées. Les dépôts de poussières routières réduisent les rapports stœchiométriques de C, d'azote (N) et de phosphore (P) dans la tourbe de surface et les tissus foliaires en réduisant la teneur nette en C et en fournissant des nutriments jusqu'à 200 m du bord de la route et à 15 cm de profondeur à partir de la surface. L'ampleur de cet impact dépend du niveau de dépôt et de la composition chimique de la poussière de route, ainsi que de la date de construction de la route. L'intensité des dépôts de poussières routières est nettement supérieure à celle des dépôts de poussières atmosphériques historiques, ce qui produit des effets contrastés sur les taux d'accumulation de C. Il a été démontré que les dépôts de poussières atmosphériques favorisent l'accumulation de C, tandis que les dépôts de poussières routières ont l'effet inverse, en réduisant le taux d'accumulation de C. Dans l'ensemble, notre étude met en évidence le rôle essentiel, mais encore méconnu, des dépôts de poussières routières dans la formation de la structure des communautés biologiques et dans la régulation de la fonction des tourbières adjacentes. L'étroite corrélation entre les dépôts de poussières routières et la composition des communautés microbiennes suggère l'utilisation possible des thécamibiens comme bioindicateurs des événements de poussières passés et présents. Les méthodes et les résultats de cette étude, qui ne se limitent pas aux effets des poussières routières sur les tourbières, peuvent être étendus aux effets similaires d'autres dépôts de poussières sur les écosystèmes voisins. / Peatlands store substantial amounts of carbon (C) and are of critical importance in global C dynamics, but are vulnerable to global changes and various forms of human disturbance, including linear disturbances such as unpaved (gravel) roads. The construction and use of these roads introduce considerable amounts of road dust into adjacent peatlands, which, combined with atmospheric dust deposition, exerts a significant influence on peatlands that is often overlooked. The objective of this research is to investigate the effects of road dust on peatland structure and function, specifically to examine changes in plant and testate amoeba assemblages; foliar tissue, peat, and groundwater chemistry; and C accumulation along road dust deposition gradients. To achieve this, three ombrotrophic peatlands were selected in eastern Québec, Canada, which are exposed to chemically distinct and varying levels of road dust deposition. At each site, a transect aligned with the dominant wind direction, starting at and perpendicular to the roadside, was sampled at increasing intervals up to 250 m away from the road. The results show that road dust deposition significantly affects plant and testate amoeba assemblages with a diverse array of factors involved, mainly including physical shading and stomatal blockage, base cation inputs, and increased nutrient availability. Specifically, road dust deposition tends to reduce the coverage of Sphagnum mosses, and in the case of amoebae, the abundance of mixotrophic species living in symbiosis with algae and those constructing proteinaceous shells. Road dust deposition reduces the stoichiometric ratios of C, nitrogen (N), and phosphorus (P) in surface peat and foliar tissues by reducing the net C content and supplying nutrients up to 200 m away from the roadside and 15 cm deep from the surface. The extent of this impact depends on the deposition level and the chemical composition of the road dust, as well as the age of the road. The intensity of road dust deposition is markedly greater than that of historical atmospheric dust deposition, yielding contrasting effects on C accumulation rates. Atmospheric dust deposition has been demonstrated to promote C accumulation, while road dust deposition has the opposite effect, reducing the rate of C accumulation. Overall, our study highlights the pivotal yet unacknowledged role of road dust deposition in peatlands on shaping their structure of biological communities and regulating their function. The close correlations between road dust deposition and microbial community composition suggest the possible use of testate amoebae as bioindicators of past and present dust events. The methods and findings of this study, which are not limited to its scope of road dust effects on peatlands, can be extended to similar effects of dust from other proximate sources on neighbouring ecosystems.

Cette thèse de doctorat vise à améliorer notre compréhension de la récupération des nutriments à partir de l'urine séparée à la source, y compris l'azote, le phosphore et le potassium. L'objectif général est de parvenir à une récupération concomitante de ces trois macronutriments. Plus précisément, il s'agit d'intégrer techniquement l'extraction de l'ammoniac, l'adsorption de Na-chabazite et de biochar, et la précipitation de struvite, dans le but d'améliorer l'efficacité de la récupération et la faisabilité économique. La principale nouveauté réside dans l'intégration technique, avec un accent particulier sur la récupération du potassium. Ainsi, la présente étude doctorale commence par une revue complète de la littérature (chapitre I), suivie de deux parties de recherche scientifique axées sur le travail expérimental avec de l'urine hydrolysée et de l'urine fraîche (chapitres II et III), respectivement, et se termine par une évaluation technico-économique dans le chapitre IV. Le chapitre I a fourni un examen critique de l'intégration des trois technologies physicochimiques clés de récupération des nutriments mentionnées ci-dessus du point de vue de la description technique du processus, de l'échelle actuelle d'application et des défis potentiels et perspectives à venir. En se concentrant principalement sur la récupération du K, le chapitre II a identifié la Na-chabazite comme un adsorbant de K approprié en raison de son efficacité de récupération du K de 91,2 % dans une solution de KCl et de sa capacité supplémentaire de récupération du P. Il a également mis en évidence la molarité élevée du Na-chabazite dans une solution de KCl. L'étude a également mis en évidence la forte molarité du NH₄⁺-N comme principal obstacle à la récupération concomitante des nutriments à partir de l'urine hydrolysée. Pour faire face à cette concurrence, l'étude menée dans le chapitre II a suivi une voie technique conventionnelle et a proposé une stratégie d'intégration technique, atteignant une efficacité de récupération de 98% pour NH₄⁺-N, 97% pour PO₄³⁻-P, et 78% pour K⁺ dans l'urine hydrolysée. Dans le chapitre III, une nouvelle approche a été introduite pour récupérer K⁺ et N sous forme d'urée à partir d'urine fraîche, empêchant ainsi la compétition entre K⁺ et NH₄⁺. Cette intégration technique innovante a permis d'atteindre une efficacité de récupération de 93% pour l'azote, 98% pour le phosphore et 81% pour le potassium dans l'urine fraîche. L'évaluation technico-économique du chapitre IV a révélé que le processus innovant nécessite environ 650 000 CAD de moins en dépenses d'investissement et devrait atteindre son seuil de rentabilité dès la 21ème année. Parallèlement, elle a également permis de comprendre les scénarios optimaux de mise en œuvre des deux procédés de récupération des nutriments, facilitant ainsi leur application potentielle à l'échelle pilote ou à grande échelle. En abordant l'effet compétitif du NH₄⁺ sur la récupération du K⁺, cette recherche contribue à la récupération efficace et concomitante des macronutriments à partir de l'urine hydrolysée et de l'urine fraîche. Elle donne accès à des connaissances de pointe sur la récupération des nutriments à partir des eaux usées et inspire des recherches futures pour de nouvelles avancées dans ce domaine. / This PhD thesis aims to enhance our comprehension of nutrient recovery from source-separated urine, including nitrogen, phosphorus, and potassium. The general objective is to achieve concomitant recovery of these three macronutrients. Specifically, it involves technical integration of ammonia stripping, Na-chabazite and biochar adsorption, and struvite precipitation, with the goal of advancing the recovery efficiency and economic feasibility. The primary novelty lies in the technical integration with a specific focus on potassium recovery. Thus, the present PhD study begins with a comprehensive literature review (Chapter I), followed by two sections of scientific research focusing on experimental work with hydrolyzed urine and fresh urine (Chapters II and III, respectively), and concludes with a techno-economic assessment in Chapter IV. Chapter I provided a critical review on the integration of the abovementioned three technologies from the perspective of process technical description, the current scale of application and potential challenges and perspectives ahead. With a primary focus on K recovery, Chapter II identified Na-chabazite as a suitable K adsorbent due to its K recovery efficiency of 91.2% in KCl solution and additional P recovery capacity. It also highlighted the high molarity of NH₄⁺-N as the main obstacle for concomitant nutrient recovery from hydrolyzed urine. To address this competition, the study conducted in Chapter II followed a conventional technical pathway and proposed a technical integration strategy, achieving a recovery efficiency of 98% for NH₄⁺-N, 97% for PO₄³⁻-P, and 78% for K⁺ in hydrolyzed urine. In Chapter III, a novel approach was introduced to recover K⁺ and N as urea from fresh urine, thereby preventing the competition between K⁺ and NH₄⁺. This innovative technical integration achieved a recovery efficiency of 93% for N, 98% for P, and 81% for K in fresh urine. The techno-economic assessment in Chapter IV revealed that the innovative process requires approximately 650,000 CAD less in capital expenditure and is expected to reach its break-even point as early as the 21st year. Meanwhile, it offered insights into the optimal scenarios for implementing both nutrient recovery processes, facilitating their potential pilot or full-scale application. By addressing the competitive effect of NH₄⁺ on K+ recovery, this research contributes to the efficient and concomitant recovery of macronutrients from both hydrolyzed and fresh urine. It provides access to state-of-the-art knowledge regarding nutrient recovery from wastewater and inspire future research for further advancements in this field.

Le concept d'intégration dans la gestion intégrée de l'eau par bassin versant (GIEBV) a été sélectionné pour décloisonner les différentes approches et mieux protéger les ressources en eau dans une optique de développement durable. Ce processus intégré, caractérisé par la transversalité de nombreux enjeux, est complexe. L'évaluation des politiques publiques rattachée à ce type de gestion, l'est tout autant. Au-delà des avancées réalisées dans les dernières décennies, plusieurs problématiques freinent toujours l'intégration de la GIEBV au Québec. Divers ouvrages scientifiques québécois ont abordé divers thèmes et solutions pour la GIEBV. À travers notre démarche, plusieurs de ces analyses ont été sélectionnées et structurées autour de quatre types d'intégration (verticale, de la connaissance, participative, territoriale). Cette approche a permis d'identifier certains enjeux fondamentaux de la GIEBV et de mettre en relation diverses recommandations sous forme de synthèse afin d'évaluer la Politique nationale de l'eau (PNE) de 2002. Dans une optique de responsabilisation des acteurs de l'eau, ces pistes de solutions peuvent bonifier l'approche de la nouvelle Stratégie québécoise de l'eau (2018-2032) et ainsi renforcer le caractère intégré de la GIEBV au Québec. Nos résultats amènent à voir que, malgré les efforts des 15 dernières années, l'intégration pour la GIEBV n'est pas suffisamment effective. Bien qu'une évolution plus marquée soit observée pour l'intégration participative, certaines avenues devraient toutefois être davantage considérées pour ce type d'intégration comme celles d'acteurs plus responsabilisés œuvrant dans une dynamique plus collaborative et une clarification du rôle des organismes de bassins versants (OBV). Pour sa part, l'intégration verticale serait plus efficace par une décentralisation des responsabilités vers le palier régional, une législation révisée afin d'assurer une plus grande concordance entre ministères et secteurs d'activités ainsi que par la mise en place d'un système de redevance diversifié. Pour l'intégration de la connaissance, les différents types de savoirs (scientifiques, locaux, experts) devraient être mieux valorisés dans toutes les étapes du processus de la GIEBV. Pour l'intégration territoriale, l'échelle du bassin versant devrait être davantage considérée comme la plus pertinente pour la planification territoriale et pour articuler davantage la réalité des sous-bassins versants en matière de GIEBV jusqu'aux différents ministères.