Les transporteurs de peptide sont impliqués chez les bactéries dans différentes fonctions comme la nutrition, la communication intercellulaire et la virulence. Peu de données concernant ces systèmes étaient disponibles chez S. aureus, bactérie pathogène majeure. L'analyse systématique de chacun de ses transporteurs constituait mon projet de thèse. L'analyse des 12 génomes de S. aureus séquencés a mis en évidence la présence de 4 opérons opp putatifs (opp1, opp2, opp3 et opp4), d'un gène opp5A isolé, codant une protéine de fixation des peptides potentielle et d'une protéine de transport des di- et tripeptides, DtpT. A l'exception d'opp4, ces transporteurs sont conservés chez toutes les souches de S. aureus. Les systèmes Opp sont, entre eux, assez différents en terme d'homologie de séquence et d'organisation génétique. Afin de déterminer le rôle de chacun de ces transporteurs, des mutants de délétion, simples ou multiples, ont été construits et l'analyse de leurs phénotypes sur plusieurs cribles a été abordée. Seul Opp3 et DtpT apparaissent comme impliqués dans la nutrition azotée. Ils importent respectivement des peptides de 3 à 8 acides aminés et des di- et tripeptides. Leur présence est nécessaire au développement optimal de la bactérie dans le lait. Dans ce milieu, Opp3 joue également un rôle dans la régulation des protéases extracellulaires Ssp et Aur, par un mécanisme qui n'est pas encore élucidé. Chez certaines bactéries, les Opp participent à la communication cellulaire par l'import de phéromones. Pour tester l'existence d'un tel phénomène chez S. aureus, nous avons analysé par spectrométrie de masse, le contenu peptidique d'un surnageant après culture de la bactérie en milieu chimiquement défini. Nos résultats ont été confrontés à une banque de données adaptée à la détection des petits gènes. Cinq peptides sécrétés par la bactérie ont été ainsi, pour la première fois, mis en évidence expérimentalement chez S. aureus. Leur fonction biologique reste à déterminer. Enfin, dans la mesure où sur la base de leur séquence, il est impossible de distinguer les protéines de fixation des peptides de celles qui fixent le nickel, un rôle éventuel des systèmes Opp de S. aureus dans le transport de ce métal a été testé. Nous avons montré qu'Opp2 et Opp5A assuraient cette fonction. Nos résultats mettent en avant le rôle d'Opp3 et DtpT dans la nutrition. L'association d'Opp2 et Opp5A formant un transporteur de nickel, seuls les rôles d'Opp1 et Opp4 restent à élucider.

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.

La culture de Légumineuses présente le double intérêt de permettre une production de graines à haute valeur nutritionnelle sans nécessité d’un apport d’engrais azoté. La nutrition azotée des légumineuses dépend en effet majoritairement de la fixation symbiotique de l’azote atmosphérique réalisée par des bactéries du sol, les rhizobia, au sein des nodosités, et dans une moindre mesure, de l’assimilation de l’azote minéral du sol par les racines.Une meilleure compréhension a été acquise sur le contrôle génétique de la mise en place des racines et des nodosités et sur leur impact sur la nutrition azotée. Une grande variabilité génétique pour ces caractères a été mise en évidence, ainsi que l’existence de corrélations génétiques entre eux. Une approche de génétique quantitative a permis d’identifier des régions génomiques pouvant être impliquées dans leurs variations. Deux pistes d’amélioration de la nutrition azotée ont aussi été étudiées : l’amélioration de l’acquisition d’azote par les racines à partir d’une étude détaillée d’un mutant de développement racinaire, et l’amélioration de la symbiose via l’étude de la capacité des pois à favoriser les associations symbiotiques avec les rhizobia les plus performants.Les résultats obtenus apportent des bases de réflexion concernant la conception d’un idéotype de nutrition azotée. Au-delà de la complémentarité indispensable entre les deux voies d’acquisition d’azote, il convient d’optimiser l’interaction entre les deux partenaires symbiotiques, mécanisme complexe mettant en jeu la formation et le fonctionnement des nodosités, en lien avec une signalétique et des interactions trophiques entre partenaires et intra-plante. / Grain legume pulse crops are of great interest to allow a production of seeds high nutritional value without any contribution of nitrate fertilizer. The nitrogen nutrition of legumes depends indeed mainly on the fixation in nodules of atmospheric dinitrogen through the plant-rhizobium symbiosis, and to a lesser extent, absorption by roots of soil mineral nitrogen.A better understanding has been obtained on the genetic control of the development of roots and nodules and on their impact on nitrogen nutrition. High genetic variability of these characters has been detected, and the existence of genetic correlations between them demonstrated. A quantitative genetic approach has identified several genomic regions that may be involved in their variations. The two different ways to improve nitrogen nutrition were also studied: the improvement of nitrogen acquisition by roots through a detailed study of a root architecture mutant, and the improvement of symbiosis via the study of the ability of peas to promote symbiotic associations with the most effective rhizobia.The results provide interesting bases for the design of a pea nitrogen-nutrition ‘ideotype’. Beyond the essential complementarity between the two pathways of nitrogen acquisition, it is necessary to optimize the interaction between the two symbiotic partners, which is a complex mechanism involving nodules formation and functioning in connection with complex signaling and trophic interactions between the partners and intra-plant.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La filière betteravière française cherche à gagner en productivité afin d'obtenir des rendements en sucre économiquement satisfaisants. La fertilisation azotée est l'un des principaux facteurs influençant le rendement de la betterave sucrière. De nombreux modèles ont pour but de simuler le rendement en sucre de la betterave mais peu prennent en compte l'effet des conditions de nutrition azotée. Dans ce contexte, les objectifs de ce travail étaient: (i) de mener une réflexion conduisant au choix du type de modélisation, (ii) d'identifier les caractéristiques de la plante en réponse à la nutrition azotée pour le paramétrage du modèle, et (iii) d'évaluer notre modèle. La démarche de modélisation s'est concentrée sur l'intégration des effets de la nutrition azotée sur l'élaboration de la surface foliaire, et sur les relations source-puits au sein de la plante. Des expérimentations au champ sur deux années nous ont permis d'acquérir les données nécessaires à l'étude des réponses de la betterave à des conditions contrastées de nutrition azotée et au paramétrage du modèle. Un travail de compilation de données de validation disponibles à l'ITB a permis de prendre en compte la variabilité des paramètres. Nous avons constaté que la betterave répondait à la nutrition azotée comme les autres plantes en C3. Le modèle simule les différences de rendement en sucre en fonction de l'état de nutrition azotée comme annoncé dans la bibliographie. Le modèle permet de retrouver sans les imposer les stades de croissance de la betterave. Couplé au module de fourniture d'azote du modèle STICS, le modèle permet de simuler les grandes tendances des rendements depuis les trente dernières années. / The French sugar beet industry seeks to increase productivity in order to obtain sugar yields economically satisfactory. Nitrogen fertilization is one of the main factors influencing yield of sugar beet. Many models are designed to simulate the yield of sugar beet but few take into account the effect of nitrogen nutrition conditions. In this context, the objectives of this work were: (i) to reflect leading to the choice of the type of modeling, (ii) to identify the plant characteristics in response to nitrogen nutrition for parameterization of the model and (iii) evaluate our model.The modeling approach has focused on the integration of the nitrogen nutrition effects on the leaf area development, and source-sink relationships within the plant. Two years field experiments have enabled us to acquire data necessary for the study of the sugar beet responses under contrasting nitrogen nutrition conditions and parameterization of the model. A compilation of a data set validation at the ITB makes it possible to take into account parameters variability. We found that sugar beet responded to nitrogen nutrition as the other C3 plants. The model simulates the differences in sugar yield based on nitrogen nutrition status as reported in the literature. The model can find growth stages of sugar beet without force them. Coupled to the supply nitrogen module of the STICS crop model, the model simulates the major trends in yields over the past thirty years.

Ce travail a pour objectif d'améliorer la connaissance des mécanismes physiologiques qui président à la tolérance à l'ennoyage du chêne. La principale contrainte de l'ennoyage est un déficit en oxygène (hypoxie). Les réponses à ce stress sont étudiées chez le chêne pédonculé (réputé tolérant) et le chêne sessile (plus sensible), à des stades précoces de développement des semis, en présence des cotylédons. Une période de drainage est incluse pour mimer un ennoyage temporaire. La croissance des semis a été suivie, notamment au niveau de l'architecture racinaire. La contribution de la nutrition azotée (assimilation et allocation) a été évaluée en suivant au préalable le devenir des éléments minéraux azotés dans la rhizosphère. La gestion des réserves glucidiques (amidon et sucres solubles) des organes de réserve (cotylédons) et des organes en croissance lors du développement des semis a été mise en relation avec la tolérance à l'ennoyage des chênes. Il ressort des paramètres de croissance étudiés que l'ennoyage a peu d'effets sur la première vague de croissance foliaire mais inhibe la deuxième vague, alors que la croissance racinaire est particulièrement inhibée. Néanmoins, le chêne pédonculé est capable d'une forte colonisation racinaire des horizons superficiels du sol ennoyé et, après drainage, son aptitude à régénérer des racines est plus efficace que chez le chêne sessile. Dans la rhizosphère, l'ennoyage entraîne un basculement réversible des formes azotées nitrates / ammonium. Les modifications du métabolisme azoté sont globalement similaires entre les deux espèces. L'assimilation de l'azote, via la nitrate réductase et la glutamine synthétase, n'est pas réellement perturbée mais, les deux espèces présentent une carence azotée au niveau foliaire. L'assimilation et l'allocation azotée n'apparaissent pas comme des traits discriminants de la tolérance à l'ennoyage chez ces espèces. Sous ennoyage, l'accumulation totale d'amidon est réduite mais elle reste active dans la partie basale du pivot et dans la tige des deux espèces. Elle est cependant plus élevée chez le chêne pédonculé. L'ennoyage restreint la mobilisation des réserves cotylédonaires d'amidon, notamment chez le chêne pédonculé. L'activité des α amylases cotylédonaires corrobore le taux de mobilisation de l'amidon. La tolérance à l'ennoyage des semis de chêne n'est pas associée à une stimulation de la mobilisation des réserves glucidiques cotylédonaires. Le chêne pédonculé serrait plus économe en glucide que le chêne sessile (faible mobilisation cotylédonaire / stockage d'amidon élevé / meilleure croissance). Cette particularité pourrait constituer un marqueur physiologique important de la tolérance à l'ennoyage chez les chênes.

Ce travail a deux objectifs : l'étude expérimentale de l'assimilation du nitrate et de la croissance au cours du cycle nycthéméral, et sous divers régimes de nutrition azotée allant de la carence à la pléthore ; l'élaboration de modèles permettant de les simuler. L'étude a porté sur de jeunes plants de tomate cultivés en phytotron sur système hydroponique à recirculation continue, afin de pouvoir contrôler finement la nutrition azotée et de mesurer en permanence l'absorption du nitrate. L'assimilation a été mesurée par bilan en fonction de l'absorption, et des variations de contenu en cet ion dans des échantillons prélevés au cours de nycthémères. Les résultats les plus marquants sont : les oscillations nycthémérales accentuées de l'assimilation du nitrate, quelque soit le régime nutritif ; la monotonie de la vitesse d'absorption en régime de nutrition limitante, opposée à de fortes oscillations en régime pléthorique ; la diminution prononcée, d'environ 3 fois, de la vitesse d'assimilation chez des plants riches en nitrate, brutalement exposés à une solution carencée ; une croissance racinaire moins affectée par les changements de régime nutritif que la croissance aérienne. Ces résultats ont été interprétés en termes de réservoirs, 1) de nitrate, découplant l'assimilation de l'absorption, 2) d'acides aminés libres, découplant la croissance de l'assimilation. Un modèle est proposé, où la croissance se nourrit des acides aminés libres produits par l'assimilation du nitrate des tissus. Parmi différentes représentations possibles, c'est le découpage de la plante en 3 classes d'organes (limbes, tiges, racines) qui a donné les simulations les plus réalistes tant en termes de croissance que d'assimilation du nitrate. La tige y tient surtout le rôle de réservoir principal de cet ion. Les simulations reproduisent les caractéristiques suivantes : oscillations nycthémérales de la vitesse d'assimilation ; dominance des limbes en nutrition pléthorique ; importance accentuée des racines en nutrition limitante ; monotonie de la croissance nycthémérale en toutes circonstances. L'étape de modélisation a mis en avant la nécessité d'améliorer les connaissances surtout dans deux domaines : la formalisation des transports du nitrate entre organes ; l'interaction C x N au niveau de leur utilisation pour la croissance, plus qu'au niveau de leur acquisition.

L’azote (N) est un facteur majeur limitant la croissance des plantes. Sa disponibilité peut également avoir un impact sur la résistance des plantes aux pathogènes en régulant leur immunité. Afin de mieux comprendre les liens entre la nutrition azotée et les défenses de la plante, nous avons analysé l’impact de la disponibilité en N sur la résistance de Medicago truncatula à un pathogène racinaire, Aphanomyces euteiches, en prenant en compte la variabilité génétique de la plante. Cet oomycète est considéré comme un des facteurs limitant le plus la production des légumineuses. Deux conditions de nutrition azotée, non limitante ou carencée en N, et dix génotypes de M. truncatula ont été testés in vitro. Les résultats ont montré que la résistance est modulée par les conditions nutritionnelles, dépendament du génotype. Les analyses d’expression de gènes impliqués dans le métabolisme azoté et dans les réponses de défense ainsi que la quantification des teneurs en acides aminés et des composés métaboliques secondaires ont montré des réponses différentes selon les génotypes et la condition nutritive. Elles ont souligné en particulier le rôle potentiellement important de la glutamine dans ce pathosystème. De plus, nous avons mis en évidence l’importance de l’homéostasie du monoxyde d’azote (NO) dans la résistance de M. truncatula à A. euteiches et que la disponibilité en azote impactait l’homéostasie du NO en affectant les niveaux de S-nitrosothiols et l’activité de la S-nitrosoglutathion réductase dans les racines. Ces résultats soulignent l’importance du métabolisme azoté et de son interaction avec le génotype de la plante dans les réactions de défense chez M. truncatula. / Nitrogen (N) is a major limiting factor for plant growth. N availability can also impact plant resistance to pathogens by regulating plant immunity. To better understand the links between N nutrition and plant defense, we analyzed the impact of N availability of plant on Medicago truncatula resistance to the root pathogen, Aphanomyces euteiches, taking into account plant genetic variability. This oomycete is considered as the most limiting factor for legume production. Two conditions of N nutrition, non-limiting or deprived in N, and ten plant genotypes were tested in vitro. The results showed that the resistance is modulated by nutritional conditions, depending on plant genotype. Analysis of the expression of genes involved in N metabolism and defense and quantification of different amino-acids contents and secondary metabolic compounds showed different responses of the genotypes and highlighted a potential role of glutamine in this pathosystem. Furthermore, our work underlined the importance of nitric oxide (NO) homeostasis for M. truncatula resistance to A. euteiches and that N availability impacts NO homeostasis by affecting S-nitrosothiol levels and S-nitrosoglutathione reductase activity in roots. These studies highlight, therefore, the importance of N metabolism and its interaction with plant genotype in defense responses in M. truncatula.

Ce projet a pour but d’évaluer la capacité de la voie des pentoses phosphates (VPP) dans les racines transgéniques de pomme de terre (Solanum tuberosum) modifiées pour exprimer différents niveaux de l'hexokinase (HK) et de la triosephosphate isomérase cytosolique (cTPI). Dans les racines, la VPP alimente la voie de l’assimilation de l’azote en equivalents réducteurs et permet donc la biosynthèse des acides aminés. Le glucose-6-phosphate produit par l’HK est consommé par la partie oxydative de la VPP catalysée par la glucose-6-phosphate déshydrogénase (G6PDH) et la 6-phosphogluconate déshydrogénase (6PGDH). Les changements dans l'expression de HK et cTPI peuvent affecter le fonctionnement de la VPP et les mécanismes qui sont liés à l’utilisation des équivalents réducteurs produits par la VPP, comme l'assimilation de l’azote et la synthèse des acides aminés. Afin d’évaluer l’effet des manipulations génétiques de l’HK et de la cTPI sur l’assimilation de l’azote, nous avons cultivé les racines transgéniques sur des milieux contenant des concentrations élevées (7 mM) ou basses (0,7 mM) de nitrate d’ammonium comme source d’azote. Les résultats montrent que la culture sur un milieu riche en azote induit les activités G6PDH et 6PGDH. Les données montrent que la capacité de la VPP est plus grande avec des niveaux élevés en HK ou en cTPI. Nous avons aussi pu démontrer une plus grande activité spécifique de l’HK dans les conditions pauvres en azote. Ces données ont été complémentées par des mesures des pools d’acides aminés dans les racines transgéniques cultivées sur différents niveaux d’azote. Aucune tendance notable des pools d’acides aminés n’a été remarquée dans les racines modifiées pour leur contenu en HK suggèrant que la manipulation de HK n’affecte pas l'assimilation de l’azote. Dans les racines transgéniques modifiées pour la cTPI, les ratios Gln/Glu et Asn/Asp sont plus élevés chez les clones antisens, indiquant une assimilation de l’azote plus élevée. Ces résultats ont démontré l'activation de l'assimilation de l’azote chez les clones antisens cTPI dans les conditions élevées et basses d’azote alors que la manipulation de l’HK n’affecte pas l’assimilation de l’azote. / This study investigates the capacity of the oxidative pentose phosphate pathway (oxPPP) and nitrogen metabolism in transgenic potato (Solanum tuberosum) roots modified to express different levels of hexokinase (HK) or cytosolic triosephosphate isomerase (cTPI) growing under different nitrogen regimes. The flux of carbon through the oxPPP in cTPI antisense roots is higher than control roots growing under high supply of N. On the other hand, the conversion of Glucose (Glc) to Glucose-6-phosphate (G6P) is higher in roots overexpressing HK than in antisense HK roots growing at a high level of N. Therefore, overexpression of HK or down regulation of cTPI activities in transgenic roots might be compensated by increased C catabolism through the oxPPP. In order to see the affect of HK and cTPI manipulation on N assimilation, the transgenic roots were grown on media with low or high concentration of ammonium nitrate as the N source. The specific activity of the oxPPP enzymes glucose-6-phosphate dehydrogenase (G6PDH) and 6-phosphogluconate dehydrogenase (6PGDH) were both increased by an increased N supply in HK and cTPI transgenic roots. This is consistent with the provision of reducing equivalents for N assimilation. The data also show that the capacity of the oxPPP is higher in roots with high HK or cTPI activity. We were able to detect higher HK specific activity in N deficient conditions. These data were complemented with measurements of amino acid pools in transgenic roots. No trend in amino acid pools was found in roots modified for HK activity. However, down regulation of cTPI led to higher Gln, Gln/Glu and Asn/Asp ratios, indicating higher assimilation of N. These results demonstrated the activation of N assimilation in cTPI antisense clones while the manipulation of HK is unlikely to affect the N assimilation.

La filière betteravière française cherche à gagner en productivité afin d'obtenir des rendements en sucre économiquement satisfaisants. La fertilisation azotée est l'un des principaux facteurs influençant le rendement de la betterave sucrière. De nombreux modèles ont pour but de simuler le rendement en sucre de la betterave mais peu prennent en compte l'effet des conditions de nutrition azotée. Dans ce contexte, les objectifs de ce travail étaient: (i) de mener une réflexion conduisant au choix du type de modélisation, (ii) d'identifier les caractéristiques de la plante en réponse à la nutrition azotée pour le paramétrage du modèle, et (iii) d'évaluer notre modèle. La démarche de modélisation s'est concentrée sur l'intégration des effets de la nutrition azotée sur l'élaboration de la surface foliaire, et sur les relations source-puits au sein de la plante. Des expérimentations au champ sur deux années nous ont permis d'acquérir les données nécessaires à l'étude des réponses de la betterave à des conditions contrastées de nutrition azotée et au paramétrage du modèle. Un travail de compilation de données de validation disponibles à l'ITB a permis de prendre en compte la variabilité des paramètres. Nous avons constaté que la betterave répondait à la nutrition azotée comme les autres plantes en C3. Le modèle simule les différences de rendement en sucre en fonction de l'état de nutrition azotée comme annoncé dans la bibliographie. Le modèle permet de retrouver sans les imposer les stades de croissance de la betterave. Couplé au module de fourniture d'azote du modèle STICS, le modèle permet de simuler les grandes tendances des rendements depuis les trente dernières années.