Le giclage de la bière est un phénomène de surmoussage qui a lieu lors de l’ouverture de la bouteille. Ce phénomène va être dépendant des conditions de développement du grain d’orge, la matière première de la bière, et notamment des conditions climatiques. Ces dernières années, le phénomène est observé de manière plus fréquente, et les techniques actuelles, comme la méthode Carlsberg, ne prédisent qu’un risque potentiel de giclage de la matière première avec une importante incertitude. Un test de criblage rapide de la matière première permettant l’identification de facteurs responsables du giclage est donc primordiale pour détecter précocement le risque de ce phénomène. Néanmoins, un manque d’informations et de recul sur les composés impliqués dans le giclage limite le développement de méthodes de prédiction rapide du risque. L’objectif principal de cette étude est d’identifier un ou des composés pouvant être à l’origine du phénomène de giclage de la bière. L’étude a été réalisée sur différents malts industriels présentant un risque giclage ou non et des orges artificiellement contaminées par des moisissures. Les extraits de malt obtenus sont des mélanges éminemment complexes. Ils ont été fractionnés par des procédés appropriés selon les propriétés de leurs constituants : par la taille, les propriétés moussantes et l’hydrophobie. Une réduction de la complexité de l’extrait a été nécessaire et obtenue par des techniques de séparation membranaire. Néanmoins, les macromolécules tels les glucides, les protéines et les polyphénols n’ont pas pu être isolés par ce procédé. La séparation par chromatographie de phase inverse a permis d’obtenir de bonnes informations sur la diversité des protéines présentes dans l’extrait mais l’analyse du potentiel giclage en aval reste limitée. Pour simuler des conditions réelles « comme au champ », une contamination artificielle de l’orge suivie d’une extraction en surface ont été réalisées. Le potentiel giclage des molécules issues de cette extraction a ensuite été analysé. Une purification de phase inverse a permis d’isoler une fraction concentrant les propriétés giclantes. Cette fraction contient des protéines très hydrophobes qui semblent être impliquées dans le giclage. L’identification des protéines après séparation en gel bidimensionnel a montré que ces protéines proviennent de la moisissure. Une protéine avec des propriétés proches des hydrophobines (hydrophobie et taille comparables) appelée Epl 1 a été identifiée et pourrait être un bon candidat responsable du giclage de la bière. En conclusion, la méthodologie développée dans la thèse a permis d’acquérir une meilleure connaissance des composés produits par les moisissures en surface d’orge et est applicable à d’autres orges contaminées ainsi qu’à du malt industriel / Beer gushing is an explosive over-generation of foam following the opening of a bottle. It is highly dependent on barley growing and harvesting climatic conditions and has been observed more frequently over the past years. Current technics, such as the modified Carlsberg test, only provide informations on a predictive gushing potential of malt with a large uncertainty. A rapid screening test on raw material leading to the identification of actual factor(s) responsible for the gushing is consequently highly required by the brewing industry. But a lack of informations about the compounds involved in gushing limits the development of such a technic. The initial goal of this study was to identify the compounds involved in beer gushing. This approach has been applied to industrial malts presenting gushing potential or not and artificially contaminated barleys in order to set a procedure to isolate compounds which may trigger gushing. In a first time, malt extracts, which are complex mixtures, have been produced and fractionated according to the properties of compounds such as their size, their foaming capacity or hydrophobicity. A good reduction of complexity of sample has been obtained after membrane filtration. Nevertheless, compounds like carbohydrates, proteins and polyphenols could not have been separated. Besides, separation by hydrophobicity has provided good information about the diversity of proteins but the analysis of their gushing potential remains difficult. Afterwards, in order to investigate the production of compounds by fungus at the surface of barley simulating real field crop production conditions, an artificial contamination was achieved and surface extraction with ultrapure water has been performed. Extracted molecules have been screened for their gushing activity. Thus, a purification of molecules by reverse phase chromatography allowed to isolate a gushing fraction from the surface extract. This fraction, which concentrates the gushing properties, is composed by proteins with high hydrophobicity which may be involved in gushing. This fraction was analyzed more in depth with a 2DE, and led to the identification of proteins all produced by fungus family. Among them, a protein called Epl1 appears to be of interest and could be a good candidate thanks its properties closed to hydrophobins (size and hydrophobicity). In conclusion, this methodology is developed to acquire a better knowledge about compounds produced by fungi at the surface of barley as well as to some industrial malt

« Thèse en cotutelle : Université Laval, Québec, Canada, et Université de Bordeaux, Talence, France » / L'orge de printemps (*Hordeum vulgare* L.) et la fléole des prés (*Phleum pratense* L.) sont des cultures de première importance économique pour la province du Québec et d'autres régions au climat continental froid et humide (Amérique du Nord, les pays nordiques...). Les modèles sol-culture sont des outils puissants capables de calculer de nombreuses variables d'intérêt agronomique et environnemental. Ils sont conçus pour simuler les interactions complexes entre les cultures, l'eau et l'azote (N) du sol dans le continuum sol-plante-atmosphère. Entre autres modèles, STICS (Simulateur mulTIdisciplinaire pour les Cultures Standard) est un modèle sol-culture basé sur les processus, qui a été développé initialement pour des conditions agropédoclimatiques des régions tempérées. Cependant, étant un modèle générique, il est possible de l'adapter aux conditions d'autres agrosystèmes. Les objectifs de cette thèse étaient d'analyser et d'élargir le domaine d'application de STICS aux deux cultures susmentionnées, cultivées dans des conditions agropédoclimatiques de la province du Québec et d'évaluer ses performances prédictives par des simulations à long terme. Cette thèse est une contribution à l'étude de la généricité de STICS pour des agrosystèmes québécois. Outre le contexte climatique, l'originalité de ce travail porte sur les cultures étudiées, orge de printemps et fléole des prés, et le nombre d'années successives de simulations en continu (sans réinitialisation annuelle). Les performances prédictives de STICS ont été analysées pour la production de biomasse aérienne annuelle, sa teneur en N et la quantité de N exporté pour i) une monoculture d'orge de printemps de 31 ans cultivée avec deux modes de travail du sol et fertilisée avec deux sources de N différentes (engrais azoté minéral et fumier liquide de vaches laitières) ; et ii) une prairie de fléole des prés de 8 ans, fertilisée chaque année avec quatre doses d'engrais azoté minéral (0, 60, 120, 180 kg N ha⁻¹). Nous avons utilisé les bases de données de deux dispositifs expérimentaux au champ d'Agriculture et Agroalimentaire Canada. Pour la monoculture d'orge, la procédure de calibration de STICS a nécessité l'ajustement des paramètres de cultivar en particulier, confirmant ainsi la généricité de la plupart des paramètres des plantes définis dans STICS. Les valeurs simulées sur une période de 31 ans se sont révélées être correctement en accord avec les valeurs observées des variables d'intérêt pour les différents traitements, mais avec une plus grande dispersion pour la nutrition azotée. Les résultats de la simulation des attributs de la production végétale au moment de la récolte étaient plus précis pour les années où les précipitations étaient proches de la normale. Pour la prairie de fléole des prés suivie pendant 8 ans, la correspondance entre les valeurs observées et simulées était satisfaisante pour la première coupe effectuée au printemps. STICS a correctement simulé l'effet positif de la dose de fertilisation azotée sur la production de biomasse et la nutrition azotée des plantes. Néanmoins, les valeurs des variables étaient surestimées par le modèle en l'absence de fertilisation azotée, impliquant une carence excessive en N au fil du temps. Si l'on excepte cette situation très particulière, non représentative des pratiques agronomiques, les performances de STICS sont donc satisfaisantes dans le contexte des deux essais au champ étudiés. De plus, STICS a bien reproduit la tendance à la baisse de la productivité de la fléole des prés observée en fonction de l'âge de la prairie. Les résultats ont montré que cette baisse de rendement au fil du temps est fortement corrélée à la réduction de la réserve métabolique dans les organes de réserve. En conclusion, ce travail de thèse a montré l'applicabilité et la fiabilité du modèle STICS pour la simulation sur le long terme de la production de biomasse et de la nutrition azotée d'orge de printemps et de la fléole des prés dans des conditions agropédoclimatiques de la province de Québec. / Spring barley (*Hordeum vulgare* L.) and timothy (*Phleum pratense* L.) are crops of prime economic importance for the province of Quebec and other regions with cold and humid continental climate (e.g. north America, Nordic countries). Soil-crop models are powerful tools for calculating, a wide range of agronomic and environmental variables They are designed to simulate the complex interactions between crops, water, and soil nitrogen (N) in the soil-plant-atmosphere continuum. Among the existing models, STICS (*Simulateur mulTIdisciplinaire pour les Cultures Standard*) is a process-based soil-crop model initially developed for temperate agropedoclimatic conditions. However, it can be adapted to other agrosystem conditions. The objectives of this thesis were to analyze and extend the scope of application of STICS to the two aforementioned crops grown under agropedoclimatic conditions in the province of Quebec. Furthermore, this study aims to evaluate the model's predictive performance on long-term simulations. This thesis is a contribution to the study of the genericity of STICS for the Quebec agrosystems. In addition to the climatic context, the originality of this work lies in the crops studied - spring barley and timothy - and the number of successive years of continuous simulations (without annual reinitialization). The predictive performances of STICS were analyzed for aboveground biomass production, N content and N export for i) 31-year spring barley monoculture grown under two tillage systems and fertilized with two N sources (mineral N and liquid dairy manure); and ii) 8- year timothy grassland, fertilized each year with four application N rates (0, 60, 120, 180 kg N ha⁻¹). To achieve our goals, we used databases from two experimental field trials conducted by Agriculture and Agri-Food Canada. For the barley monoculture, the STICS calibration procedure particularly required the adjustment of cultivar parameters, thus confirming the genericity of most plant parameters defined in STICS. The results show that there is a good agreement between observed and predicted variables of interest with the various tillage systems and N sources during the 31 successive barley cropping years, but with greater dispersion for the N nutrition. Predictions of crop attributes were more accurate in years with rainfall close to the long-term average. For timothy grassland grown over 8 years, the agreement between observed and predicted values was satisfactory for the first harvest. STICS correctly simulated the positive effect of the N application rates on biomass production and plant N nutrition. Nevertheless, the predicted values were overestimated by the model in the absence of N fertilization, implying an excessive N deficiency over time. Except for this very specific situation, which is not representative of agronomic practices, STICS performed satisfactorily in the context of the two field experiments studied. In addition, STICS reproduced well the decreasing trend in timothy productivity observed with the age of the sward. The results showed that this decrease in yield over time is strongly correlated with the reduction in metabolic reserve in the perennial organs. In conclusion, this thesis has demonstrated the applicability and reliability of the STICS model for the long-term simulation of biomass production and N nutrition of spring barley and timothy under agropedoclimatic conditions in the province of Quebec.

En Europe de l’Ouest, S est devenu un élément limitant pour la croissance des plantes. Ainsi, des carences en S apparaissent de plus en plus fréquemment sur des cultures tel que le colza. Dans le sol, 95% de S est sous formes organiques, non disponibles pour les plantes. L’intervention de la microflore est indispensable pour assurer la minéralisation du S organique en sulfates, assimilables par la plante. Nos objectifs ont été de caractériser la communauté fongique impliquée dans la minéralisation des esters de S, forme majoritaire de S organique, via une activité arylsulfatase (ARS), dans les rhizosphères de colza et d’orge. La communauté fongique est composée de plusieurs genres affiliés principalement aux Ascomycètes. Chez les souches fongiques isolées de la rhizosphère de colza et d’orge, une activité ARS a été détectée dans différents compartiments cellulaires. La régulation de ces activités ARS semble dépendante du taxon considéré. Nous avons par ailleurs montré que l’environnement rhizosphérique n’influence pas toujours la taille de la communauté fongique ARS. Dans les sols, si les activités ARS totale et intracellulaire semblent négativement corrélées avec les quantités de sulfates, l’activité ARS extracellulaire semble indépendante de la disponibilité en sulfates. En conclusion, l’ensemble des expérimentations suggère que la communauté fongique fonctionnelle joue un rôle dans la dynamique du S dans les sols agricoles. Des approches d’écologie fonctionnelle permettraient de mieux cerner leur implication dans la disponibilité en S minéral pour la plante / In Western Europe, sulfur (S) deficiency occurs in certain crops, including crucifers and cereals. Therefore, S becomes limiting for crop production and plants exhaust S mainly from soil organic S. In soil, 95% of S is in organic form that is not readily available for plants. This organic form containing principally ester S requires microbial mineralization to sulfate by arylsulfatase (ARS) enzyme. Our objectives were to characterize the fungal community having the ARS activity in the rhizosphere of rape versus that of barley. Functional fungal community comprised several genera principally belonging to Ascomycota. In different fungal strains, ARS activity was detected in different cellular compartments. The regulation of ARS was mostly dependent on microbial taxa. The density of the functional fungal community was not influenced by rhizospheric compartment.In soils, total and intracellular ARS activities were negatively correlated with soil sulfates whereas soil extracellular ARS activity was independent of sulfates. The overall results suggest that the functional fungal community could play a role in the dynamics of S in agricultural soils. Further approaches should be developed to allow a better understanding of their potential involvement in S nutrition of crops

L’orge (Hordeum vulgare L.) est l'une des céréales les plus importantes du monde et l’une des premières cultures domestiquées. Elle a été utilisée pendant des siècles pour l'alimentation humaine. Comme toutes les autres plantes, l'orge est dépendante de l'azote inorganique. L’efficacité de remobilisation de l'azote est donc très importante pour le remplissage des grains et pour la teneur en protéines du grain. L'objectif de ce travail est de donner une image du métabolisme des feuilles sénescence chez l'orge lorsque les plantes sont cultivées dans des conditions limitantes ou non en nitrates. Les analyses biochimiques, physiologiques et moléculaires de la sénescence des feuilles d'orge ont été réalisées. La gestion de l'azote pendant la sénescence des feuilles a été suivie par l'évolution des différents composés azotés au cours du vieillissement de la feuille. Une étude de profilage métabolique a été effectuée afin de déterminer les caractéristiques métaboliques de la sénescence des feuilles dans l'orge. En parallèle, les enzymes impliquées dans la remobilisation de l'azote ont été étudiées. Leurs activités et les niveaux de leurs transcripts ont été mesurés. Une attention particulière a été portée aux glutamine synthétases et asparagine synthétases et aux protéines de la machinerie de l'autophagie, processus connus pour jouer un rôle dans la remobilisation de l'azote pendant la sénescence des feuilles. A partir de toutes les données de séquences disponibles, ADNc, EST et séquences génomiques, cinq gènes codant pour les isoformes de glutamine synthétase cytosoliques (GS1), cinq gènes codant pour les isoformes d’asparagine synthétase (AS) isoformes et 19 gènes codant pour des protéines de la machinerie de l'autophagie ont été identifiés. Les expressions de tous les gènes identifiés ont été suivies au cours de la sénescence des feuilles et en fonction de l'alimentation en nitrates. La plupart de ces gènes sont sur-exprimés dans les feuilles sénescentes et de façon différentielle en fonction des conditions de nutrition. Toutes les données de séquences fournies par ce travail seront utiles à d'autres études translationelles et d'association génétique. / Barley (Hordeum vulgare L.) is one of the most important cereals in the world. It was one of the first domesticated crops and was used for centuries for human food. As all plants, barley has a fundamental dependence of inorganic nitrogen and nitrogen remobilization efficiency is very important for grain filling and grain protein content. The aim of this work was then to give a picture of the leaf-senescence metabolism in barley leaves when plants are grown under low or high nitrate conditions. Biochemical, physiological and molecular analyses of barley leaf senescence were performed. Nitrogen management during leaf senescence was monitored measuring changes in the different nitrogen pools during leaf ageing. In addition a large metabolite profiling study was performed in order to determine the metabolic hallmarks of leaf senescence in barley. In parallel enzymes involved in nitrogen remobilization were studied measuring their activity and the transcript levels of their coding genes. There was a special focus on glutamine synthetase and asparagine synthetase enzymes and for autophagy machinery that are known to play a role in nitrogen remobilisation during leaf senescence.From all the sequences data available, cDNA, EST and genomic sequences, we could identified five genes coding for cytosolic glutamine synthetase (GS1), five genes coding for asparagine synthetase (AS) and 19 genes coding for autophagy machinery proteins. Transcript levels of all the genes identified were monitored during leaf senescence and depending on nitrate nutrition. Most of these genes were over-expressed in senescing leaves and differentially expressed depending on nitrate conditions. In addition to the characterization of autophagy, GS1 and ASN genes, phylogenic and gene structures were analysed. All the sequences data provided by this work will be helpful to further translational and genetic association studies.

Depuis une trentaine d’années, l’élément soufre (S) est devenu un des éléments les plus limitants pour la croissance des cultures du fait de nombreux facteurs, comme les nouvelles pratiques de gestion des sols et la limitation des pollutions anthropiques. Ainsi, des carences en S apparaissent au sein des cultures et particulièrement en Europe de l’Ouest. Nos objectifs ont été d’appréhender la communauté bactérienne fonctionnelle du sol qui, de par son activité arylsulfatase, permet la minéralisation de la forme majoritaire du S en sulfate (forme de S assimilée par les plantes). D’après nos résultats, la densité de cette communauté bactérienne fonctionnelle est plus importante dans les environnements où le S est potentiellement plus limitant (rhizosphère de colza vs orge). De plus, cette communauté fonctionnelle apparaît diversifiée et est notamment composée de divers genres bactériens affiliés à de nombreuses classes taxonomiques (Actinobactéries, Firmicutes, a-, ß-, d-, ?-protéobactéries et aux Planctomycètes). De plus, au sein de la rhizosphère du colza, des variations temporelles de structure et de diversité de cette communauté fonctionnelle ont également été mises en évidence. En conclusion, l’ensemble des expérimentations semble mettre en évidence, que la communauté bactérienne fonctionnelle minéralisant les esters de sulfate apparaît stimulée sous colza comparée à celle présente sous orge. Ces résultats laissent présager le rôle potentiel de cette communauté fonctionnelle dans le turn-over du S dans les sols agricoles et la mise en place d’approches d’écologie fonctionnelle supplémentaires permettrait de mieux cerner son implication dans la nutrition soufrée des cultures / Over the past thirty years, Sulfur (S) has become one of the most limiting element for crop growth due to many factors, such as new soil management practices and depletion of the anthropogenic pollution. Thus, S deficiencies increase in crops, particularly in Western Europe. Our objectives were to apprehend the soil functional bacterial community which, by its arylsulfatase activity, allows the mineralization of the majority form of S to sulfate (form of S assimilated by plants). Based on our results, the density of the functional bacterial community are higher in environments where S is potentially limiting (rapeseed rhizosphere vs. barley rhizosphere). Moreover, this functional community appeared diverse and belonging to several taxonomic classes (Actinobacteria, firmicutes, a-, ß-, d-, ?-proteobacteria and Planctomycetea). In addition, in the rapeseed rhizosphere, temporal variations of the structure and diversity of this functional community have also been highlighted. In conclusion, our experiments appear to demonstrate that this functional bacterial community mineralizing sulphate esters appeared stimulated in rapeseed rhizosphere compared to that present in barley rhizosphere. However, the establishment of new approaches to allow additional functional ecology bases for this community should be made to allow a better understanding of its potential involvement in sulfur nutrition of crops

Résumé : Chez lorge, la dégradation des polysaccarides des parois cellulaires et de lamidon est de première importance dans le contexte de sa valorisation brassicole. La présente recherche doctorale a été entreprise dans le but didentifier des marqueurs de sélection utilisables lors de lamélioration génétique de lorge de printemps pour ses qualités brassicoles. Des gènes candidats ont dabord été choisis sur base de leur expression dans les tissus de la graine en germination. Leur position cartographique a été déterminée et située par rapport à des marqueurs QTL connus de la qualité brassicole. Exploitant des variétés cultivées de qualités contrastées, une recherche de polymorphismes nucléotidiques au niveau de ces gènes a été réalisée. Tous les gènes savèrent polymorphes, certaines des variations de séquence conduisant à des modifications de la structure primaire de la protéine encodée. Plusieurs caractères technologiques ont été retenus et définis chez les variétés étudiées, en exploitant les données de la littérature : la teneur en extrait, la viscosité, la teneur en β-glucanes du mout, latténuation finale apparente et le pouvoir diastasique. Plusieurs caractères biochimiques ont été étudiés chez ces mêmes variétés et ont ciblé quatre activités enzymatiques impliquées dans la dégradation des polysaccharides pariétaux et de réserve. Le pouvoir discriminant et la simplicité du test dactivité amylase, ainsi que sa relation avec des critères technologiques importants, en font un test prometteur en vue de faciliter la sélection variétale. La relation entre les sites polymorphes de lADN et les caractères technologiques et biochimiques identifient une soixantaine de sites dont les polymorphismes semblent associés à au moins lun des caractères. Sur tous les sites polymorphes, treize sites sont choisis pour leur potentiel en tant que marqueurs de sélection. Ils distinguent en effet un allèle favorable et un allèle défavorable pour plus dun critère brassicole. Ces treize sites sont localisés sur des gènes de (1-3,1-4)-β-glucanase, un gène de (1-3)-β-glucanase, un gène de (1-4)-β-xylan endohydrolase et un gène dα-amylase. La mise en évidence de ces allèles peut être réalisée par des tests PCR simples (« allèles spécifiques ») et relativement peu coûteux, dont six ont été mis au point au terme de la recherche./ Summary: In barley, the degradation of cell wall polysaccharides and starch is of utmost importance for its malting quality. The aim of this thesis is the identification of selection markers useful in the breeding of spring Barley cultivars for improved malting quality. Candidate genes were first chosen based on their expression profile in tissues of germinating seeds. Their mapping positions were determined and compared with known QTLs for malting quality. Varieties with contrasted malting qualities were searched for DNA polymorphisms for each of these genes. All genes proved to be polymorphic, some of the sequence variations leading to changes in the primary structure of the encoded protein. Technological traits were chosen and used to characterize the varieties based on literature data: extract yield, viscosity, β-glucan content of the wort, final apparent attenuation and diastatic power. Biochemical traits were also investigated on the same varieties and focused on four enzyme activities implicated in cell wall polysaccharides and starch degradation. The Discriminant power and ease of the amylase test, as well as its relation with technological traits, make it a promising selection test in breeding programs. The relationship between the DNA polymorphisms and biochemical and technological traits reveals around sixty polymorphisms displaying apparent relationships with at least one trait. Thirteen out of them were chosen for their potential as selection markers. They are located on (1-3,1-4)-β-glucanase genes, on one (1-3)-β-glucanase gene, on one (1-4)-β-xylan endohydrolase gene and on one α-amylase gene. Detection of these alleles can be achieved by simple and inexpensive PCR tests ( allele specific), and six assay protocols have been set up at the completion of this research.

La fonte des semis et la pourriture des racines font partie des maladies céréalières des grandes cultures au Québec. Elles sont causées par deux agents pathogènes, le Fusarium graminearum et le Bipolaris sorokiniana contaminant la semence céréalière, en particulier le blé et l’orge, ce qui entraîne à la fois une baisse de la levée et un rendement moins élevé. Des agriculteurs biologiques tentent de trouver un traitement de semences sans fongicide afin de lutter contre ces champignons, qui sont néfastes pour l’agriculture céréalière. Notre projet a comme objectif d’utiliser l’action oxydative de l’oxygène ou l’ozone humidifié pour engendrer un stress oxydatif afin de diminuer l’impact des deux agents pathogènes responsables de cette maladie, le F. graminearum et le B. sorokiniana, tout en préservant le pouvoir germinatif de ces semences. La dose en agent oxydant, le débit des gaz oxydants (ozone et /ou oxygène) ainsi que le temps d’exposition constituent les paramètres clés à optimiser pour ce traitement oxydatif et la cinétique de germination des graines céréalières traitées. Un tel traitement semblait prometteur pour la semence de blé. Il l’était toutefois un peu moins pour la semence d’orge en raison de son enveloppe assez rigide qui a rendu difficile la pénétration de l’ozone et l’oxygène. Pour remédier à ce problème, nous avons fait des tests préliminaires sur l’orge en utilisant la sonication par ultrasons comme prétraitement de l’orge avant le traitement oxydatif. Les résultats obtenus suggèrent qu’un tel traitement est prometteuret non négligeable afin d’optimiser notre traitement oxydatif et de permettre par la suite de réduire les agents responsables de la maladie sans nuire à la qualité des semences de céréales. Ce point a été abordé dans nos travaux par un test préliminaire sur l’orge, et cette approche s’annonce très prometteuse pour nos recherches futures. / Seedling blight and root rot are part of cereal diseases of field crops in Quebec. They are caused by two pathogens, Fusarium graminearum and Bipolaris sorokiniana, which contaminate the seed grain, especially wheat and barley, which causes both decreased, lift and lower performance. Organic farmers are trying to find a seed without fungicide treatment to fight against these fungi, which are harmful to cereal farming. Our project has as goal to use the oxidative action of oxygen or ozone moistened to cause oxidative stress in order to reduce the impact of the two pathogens responsible for this disease, F. graminearum and B. sorokiniana, while preserving the germinability of the seeds. The dose in oxidizing agent, the flow of oxidizing gases (ozone and/or oxygen) and the time of exposure are key parameters to optimize for this oxidative treatment and germination kinetics treated cereal seed. Such treatment looked promising for the seed of wheat. It was however a little less for the seed of barley because it’s fairly rigid envelope which made difficult the penetration of ozone and oxygen. To remedy this problem, we have preliminary tests on barley using sonication ultrasonic as pre-treatment of barley oxidative pre-treatment. The results suggest that, such treatment is promising and significant in order to optimize our oxidative treatment and subsequently, reduce the causative agents of disease without harming the quality of cereal seed. This point has been addressed in our work by a preliminary test on barley, and this approach looks very promising for our future research.

Afin d'améliorer nos pratiques agricoles dans le contexte d'une agriculture durable, plusieurs agents de lutte biologique (ALB) ont été développés, testés et sont maintenant utilisés dans le monde pour combattre les pertes de rendements causées par les maladies. Blumeria graminis f. sp. hordei ( Bgh) est l'agent pathogène responsable du blanc de l'orge et peut réduire les rendements de cette culture jusqu'à 40%. Un champignon épiphyte, Pseudozyma flocculosa, a été découvert et identifié en 1987 en association étroite avec le blanc du trèfle. Les chercheurs ont alors remarqué que ce champignon exhibait une forte activité antagoniste contre le blanc en détruisant les structures de l'agent pathogène. Suite à d'autres travaux, il est apparu que ce comportement antagoniste était dirigé contre tous les membres des Erysiphales et semblait lié à la synthèse d'un glycolipide antifongique soit la flocculosine. Toutefois, on n'est toujours pas parvenus à associer l'efficacité de l'ALB avec la production de ce glycolipide. Ces observations suggèrent que d'autres facteurs seraient impliqués lorsque les deux protagonistes, l'ALB et le blanc, sont en contact. L'objectif principal de ce projet était donc de chercher d'autres mécanismes moléculaires pouvant expliquer l'interaction P. flocculosa-blanc et orge, en faisant une analyse transcriptomique complète des trois protagonistes en même temps. L'interaction tripartite a été échantillonnée à différents temps suivant l'inoculation de P. flocculosa sur des feuilles d'orge présentant déjà une intensité de blanc d'environ 50%. Les échantillons de feuilles prélevés ont ensuite été utilisés pour l'extraction de l'ARN qui ont été ensuite transformés en ADNc pour la préparation des librairies. Cinq répliquats ont été effectués pour chaque temps et le tout a été séquencé à l'aide de séquençage par synthèse Illumina HiSeq. Les séquences obtenues (reads) ont ensuite été analysées à l'aide du logiciel CLC Genomics Workbench. Brièvement, les séquences obtenues ont été cartographiées sur les trois génomes de référence. Suite à la cartographie, les analyses d'expression ont été conduites et les gènes exprimés de façon différentielle ont été recherchés. Cette étape a été conduite en portant une attention particulière aux gènes codant pour un groupe de protéines appelées CSEP pour “candidate secreted effector proteins” qui seraient possiblement impliquées dans l'interaction tripartite. Parmi les protéines exprimées de façon différentielle en présence du blanc ou en absence de ce dernier, nous avons pu constater que certaines CSEP étaient fortement exprimées en présence du blanc. Ces résultats sont prometteurs et nous offrent une piste certaine pour l'élucidation des mécanismes impliqués dans cette interaction tripartite.

La production céréalière, plus particulièrement le blé et l'orge, subit des pertes importantes de rendement occasionnées par la fonte des semis et les pourritures racinaires. Deux champignons sont majoritairement responsables de ces maladies chez le blé et l'orge : Fusarium graminearum et Bipolaris sorokiniana. L'utilisation des ultrasons comme une alternative « verte » aux fongicides pourrait permettre une culture biologique et minimiser les pertes économiques. L'objectif principal de ce projet consistait à établir les paramètres optimaux (puissance des ultrasons, présence d'éthanol, débit d'oxygène et temps de traitement) afin de réduire la contamination par B. sorokiniana des grains de blé et d'orge sous un seuil de 30 % tout en conservant la germination supérieure au seuil de 85 %. L'ensemble du projet de recherche exploratoire a permis de vérifier l'efficacité de traitements novateurs pour le blé contaminé. Le traitement de ces lots de grains sous forme sèche a révélé un maintien de la germination pour tous les types de traitement (ultrasons 30 W, oxygène en bullage dans l'éthanol et les deux techniques combinées) ainsi qu'une réduction significative du taux de contamination par B. sorokiniana (en moyenne en dessous de 15 %). Pour l'orge, ces traitements semblables ont permis le maintien de la germination ainsi qu'une faible diminution de la contamination par B. sorokiniana. Cette nuance peut être expliquée par la morphologie différente des deux grains. Une réelle avancée dans le domaine du traitement des grains sous forme sèche peut être mise en évidence pour sa rapidité de traitement. Il restera à vérifier l'efficacité du traitement sur d'autres lots et sur des quantités plus importantes pour vérifier la mise à l'échelle du dispositif (supérieure à 100 g). Pour l'avenir, une étude se basant sur le microcalorimétrie sera préconisée pour étudier les prémisses de la germination des grains traités.

Dans un marché en permanente progression et pour répondre aux besoins des brasseurs en malt de qualité, la maîtrise du procédé de maltage est indispensable. La qualité du malt est fortement dépendante des conditions opératoires, en particulier des conditions de trempe, mais également de la qualité de la matière première : l'orge. Dans cette étude, nous avons établi des modèles polynomiaux qui mettent en relation les conditions opératoires et la qualité du malt. Ces modèles ont été couplés à nos algorithmes génétiques et nous ont permis de déterminer les conditions optimales de maltage, soit pour atteindre une qualité ciblée de malt (friabilité), soit pour permettre un maltage à faible teneur en eau (pour réduire la consommation en eau et maîtriser les coûts environnementaux de production) tout en conservant une qualité acceptable de malt. Cependant, la variabilité de la matière première est un facteur limitant de notre approche. Les modèles établis sont en effet très sensibles à l'espèce d'orge (printemps, hiver) ou encore à la variété d'orge utilisée. Les modèles sont surtout très dépendants de l'année de récolte. Les variations observées sur les propriétés d'une année de récolte à une autre sont mal caractérisées et ne sont donc pas intégrées dans nos modèles. Elles empêchent ainsi de capitaliser l'information expérimentale au cours du temps. Certaines propriétés structurelles de l'orge (porosité, dureté) ont été envisagées comme nouveaux facteurs pour mieux caractériser la matière première mais ils n'ont pas permis d'expliquer les variations observés en malterie.Afin de caractériser la matière première, 394 échantillons d'orge issus de 3 années de récolte différentes 2009-2010-2011 ont été analysés par spectroscopie MIR. Les analyses ACP ont confirmé l'effet notable des années de récolte, des espèces, des variétés voire des lieux de culture sur les propriétés de l'orge. Une régression PLS a permis, pour certaines années et pour certaines espèces, de prédire les teneurs en protéines et en béta-glucanes de l'orge à partir des spectres MIR. Cependant, ces résultats, pourtant prometteurs, se heurtent toujours à la variabilité. Ces nouveaux modèles PLS peuvent toutefois être exploités pour mettre en place des stratégies de pilotage du procédé de maltage à partir de mesures spectroscopiques MIR / In a continuously growing market and in order to meet the needs of Brewers in high quality malt, control of the malting process is a great challenge. Malt quality is highly dependent on the malting process operating conditions, especially on the steeping conditions, but also the quality of the raw material: barley. In this study, we established polynomial models that relate the operating conditions and the malt quality. These models have been coupled with our genetic algorithms to determine the optimal steeping conditions, either to obtain a targeted quality of malt (friability), or to allow a malting at low water content while maintaining acceptable quality of malt (to reduce water consumption and control the environmental costs of malt production). However, the variability of the raw material is a limiting factor for our approach. Established models are very sensitive to the species (spring and winter barley) or to the barley variety. The models are especially highly dependent on the crop year. Variations on the properties of a crop from one to another year are poorly characterized and are not incorporated in our models. They thus prevent us to capitalize experimental information over time. Some structural properties of barley (porosity, hardness) were considered as new factors to better characterize barley but they did not explain the observed variations.To characterize barley, 394 samples from 3 years of different crops 2009-2010-2011 were analysed by MIR spectroscopy. ACP analyses have confirmed the significant effect of the crop-years, species, varieties and sometimes of places of harvest on the properties of barley. A PLS regression allowed, for some years and for some species, to predict content of protein and beta-glucans of barley using MIR spectra. These results thus still face product variability, however, these new PLS models are very promising and could be exploited to implement control strategies in malting process using MIR spectroscopic measurements