Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Le palmier à huile africain Elaeis guineensis Jacqu. (Arecales : Arecaceae) est une plante tropicale d’intérêt économique et la première source mondiale d’huile végétale. La production d’huile dépend de la pollinisation par des charançons du genre Elaeidobius (Coleoptera : Curculionidae). Ces insectes sont impliqués dans une relation mutualiste spécialisée avec leur plante-hôte : ils se développent au dépend des inflorescences mâles qu’ils détectent par le biais des odeurs émises durant l’anthèse, tandis que les inflorescences femelles sont pollinisées en mimant les odeurs mâles. Une maladie mortelle sévissant en Amérique du sud et qui touche l’E. guineensis a contribué au développement de variétés commerciales d’hybrides interspécifiques, résultat du croisement entre E. guineensis et le palmier à huile sud-américain Elaeis oleifera (Knuth) Cortés. Mais ces hybrides s’avèrent naturellement mal pollinisées et nécessitent l’intervention d’une pollinisation assistée couteuse et contraignante. Cette thèse part de l’hypothèse que la communication chimique qui permet la rencontre entre les deux espèces de palmiers et leurs pollinisateurs respectifs est déficiente chez les hybrides.L’objectif principal de cette thèse a été d’étudier le fonctionnement du système de pollinisation des deux espèces de palmiers afin de comprendre pourquoi les hybrides sont mal pollinisés. L’étude a été conduite dans une plantation commerciale en Equateur, dans laquelle coexistent les deux espèces E. guineensis et E. oleifera avec leur insecte pollinisateur respectif, le charançon africain Elaeidobius kamerunicus Faust. et le charançon sud-américain Grasidius hybridus O’Brien & Beserra (Coleoptera : Curculionidae) et des palmiers hybrides interspécifiques. En utilisant des techniques de piégeages et l’échantillonnages des odeurs florales, nos résultats ont montré le système de pollinisation des deux espèces de palmier est basé sur l’émission d’un signal chimique spécifique et une duperie olfactive, renforcée par un phénomène de thermogénèse. Les deux insectes sont attirés en faible proportion sur les hybrides, qui possèdent une composition chimique intermédiaire à celle des espèces parentales. Des tests physiologiques et comportementaux ont permis d’identifier les composés organiques volatils clés responsables de l’attraction des insectes pollinisateurs.Ce travail devrait contribuer à apporter des connaissances théoriques sur le système de pollinisation du palmier à huile, et permettre d’élaborer des méthodes pratiques de gestion des pollinisateurs afin de réduire les coûts en pollinisation assistée. / The African oil palm Elaeis guineensis Jacqu. (Arecales: Arecaceae) is a tropical plant of economic interest and the world's leading source of vegetable oil. Oil production depends on pollination by weevils of the genus Elaeidobius (Coleoptera: Curculionidae). These insects are involved in a specialized mutualist relationship with the host plant: they develop at the expense of the male inflorescences they detect through the odors emitted during the anthesis, while the female inflorescences are pollinated by mimicking the male odors. E. guineensis is affected by a lethal disease in South America that leads to the development of commercial varieties of interspecific hybrids, resulting from artificial crossing between E. guineensis and the South American oil palm Elaeis oleifera (Knuth) Cortés. However, the natural pollination of these hybrids is inadequate and require the intervention of a costly assisted pollination. This thesis hypothesizes that the chemical communication underlying the successful encountering between each oil palm species and their respective pollinators is deficient in hybrid palms.The main objective of this work was to study the functioning of the pollination system for both oil palm species to understand why natural pollination in hybrids is inefficient. The study was conducted in a commercial plantation in Ecuador, including the two species E. guineensis and E. oleifera present with their respective pollinating insects, the African weevil Elaeidobius kamerunicus Faust. and the South American weevil Grasidius hybridus O'Brien & Beserra (Coleoptera: Curculionidae), as well as interspecific hybrid palms. Using techniques of trapping and sampling of floral odors, our results showed the pollination system of both species of palm is based on the emission of a specific chemical signal and an olfactory deception, reinforced by a phenomenon of thermogenesis. The two insects are attracted in a small proportion to hybrid palms, which have an intermediate chemical composition compare to parent species. Physiological and behavioral tests permit the identification of the key volatile organic compounds responsible for pollinator attraction.This work should contribute to theoretical knowledge about the oil palm pollination system and the development of practical methods for pollinator management to reduce costs in assisted pollination.

Le développement des plantes repose sur le fonctionnement des méristèmes qui sont à la base de la production des organes durant toute la vie post-embryonnaire de la plante. Ce développement repose également sur la définition de frontières d'une part entre les méristèmes et les organes et d'autre part entre les organes. Les gènes NAM/CUC3 de la famille de facteur de transcription à domaine NAC et leur microARN régulateur miR164, jouent un rôle important dans de tels mécanismes chez les eudicotylédones. En plus de leur rôle dans la définition de frontières, ces gènes sont nécessaires à la formation du méristème apical durant l'embryogenèse, et au contrôle de l'architecture de la plante et de ses organes. Sur la base des connaissances acquises chez les eudicotylédones, se posait la question de la conservation de ces gènes et de leur régulation ainsi que leur implication dans le contrôle du développement chez les palmiers (Arecales, Arecaceae) et, de façon plus large, chez les monocotylédones. Dans ce contexte, trois gènes similaires aux gènes NAM/CUC3 ont été isolés chez le palmier à huile (Elaeis guineensis L.), EgNAM1, EgNAM2 et EgCUC3. Ces gènes sont exprimés dans les tissus méristématiques végétatifs et reproducteurs. Notre analyse a révélée une conservation du module de régulation NAM-miR164 chez cette espèce et une divergence en terme de domaine d'expression entre monocotylédones et eudicotylédones, qui pourrait être associée à des différences majeures des régions cis-régulatrices des gènes NAM. L'analyse des profils d'expression des gènes NAM/CUC3 au cours de l'embryogenèse somatique précoce indique des similarités entre le palmier à huile, le maïs et le riz, ainsi qu'une conservation de la régulation via l'auxine comme observé chez Arabidopsis thaliana. Cependant, même si une régulation post-transcriptionnelle via miR164 a été détectée au cours de l'embryogenèse somatique, la répression par l'auxine semble essentiellement transcriptionelle. / Plant development depends on functioning of meristems, which are at the base of organ production during the post-embryonic phase. The development depends also on the definition of boundaries between meristem and primordia but also between organs. NAM/CUC3 genes belonging to the NAC domain transcription factor family and their microRNA regulator miR164 play an important role in these mechanisms in eudicot species. In addition to their role in boundary definition, they are involved in the establishment of the shoot apical meristem during embryogenesis and in the control of the plant and organ architectures. On the basis of data from eudicot species, the conservation of these genes and their regulation, and their involvement in meristem functioning in palm species (Arecales, Arecaceae) and more generally in monocot species was still an open question. In this context, three NAM/CUC3-related genes have been isolated in oil palm (Elaeis guineensis L.), EgNAM1, EgNAM2 and EgCUC3. Theses genes are expressed in both vegetative and reproductive meristematic tissues. Our analysis revealed the conservation of the NAM-miR164 regulatory module in this species and a divergence in term of expression pattern between monocots and eudicots, which may be related to differences in cis-regulatory regions of NAM genes. In contrast the expression pattern of NAM/CUC3 during somatic embryogenesis indicates similarity in the timing of expression between oil palm, maize and rice and also a conservation of the auxin-dependent regulation of NAM genes during this developmental phase as observed in Arabidopsis thaliana. However, even if miR164-dependent post-transcriptional regulation of NAM genes was detected during somatic embryogenesis, auxin-dependent repression seems to be essentially through transcriptional regulation.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

L’abscission des organes chez les végétaux est hautement régulée au cours du développement. Ce processus physiologique qui consiste à diminuer l’adhésion entre deux cellules adjacentes dépend de l’environnement, du stress, de l’attaque de pathogènes ou encore de l’état physiologique de la plante. L’abscission du fruit et de la graine jouent un rôle déterminant dans le cycle de vie de la plante et en particulier, un rôle central dans la dispersion des graines. C’est également un caractère commun de domestication avec des conséquences économiques pour la plus part des espèces cultivées. Le palmier à huile (Elaeis guineensis) est largement cultivé dans toutes les zones tropicales et l’huile de palme représente aujourd’hui plus d’un tiers des huiles végétales produites dans le monde. La maturation des fruits au sein des régimes est asynchrone. Ainsi, les fruits les plus murs tombent avant le murissement complet du régime, entrainant une baisse du rendement d’une part et rendant leur collecte manuelle fastidieuse et couteuse d’autre part. Dans ce context, le contrôle ou la réduction de la chute des fruits permettrait une meilleure gestion de la récolte à des couts réduits. Dans le cadre de cette étude, un protocole de phénotypage du processus d’abscission du fruit du palmier à huile a été développé et utilisé pour identifier des génotypes à faible ou retard d’abscision des fruits arrivés à maturité. En parallèle, des analyses comparatives de transcriptomes et de protéomes issus de la zone d’abscission (ZA) du fruit ont été conduites tout au long du processus de séparation cellulaire, déclenché au laboratoire par un traitement à l’éthylène ou bien de manière naturelle au champ. Au total 1957 gènes présentent une expression différentielle significative dans la ZA du fruit au cours du processus d’abscission induit par l’éthylène. Parmi ces gènes, 64 sont spécifiquement (ou majoritairement) exprimés dans la ZA des fruits arrivés à maturité par comparaison avec les tissus où le processus de séparation cellulaire n’est pas observé (pédicelle et mésocarpe des fruits murs ; ZA non fonctionnelle des fruits immatures). Le profil d’expression de ces 64 gènes candidats a été également analysé dans la ZA des fruits mûrs prélevés au champ, afin de conforter leur rôle potentiel au cours de l’abscission déclenchée naturellement. Ainsi, en utilisant les nouvelles technologies de séquençage du transcriptome et du protéome, couplées à une analyse biochimique et cellulaire des modifications de la paroi dans la ZA, ce travail a permis de mettre en évidence la conservation de certains processus moléculaires associés à l’abscission des organes chez les monocotylédones par comparaison avec les espèces modèles dicotylédones, telles que la tomate et Arabidopsis. Par exemple, l’identification de gènes codant des polygalacturonases très proches de celles qui sont impliquées dans l’abscission de la fleur chez Arabidopsis suggère la conservation de leur fonction dans l’hydrolyse de la pectine des cellules des ZA, malgré la divergence phylogénétique entre les espèces. Enfin, ce travail a permis également d’identifier de nouveaux régulateurs associés au processus de séparation cellulaire et fournir une liste de gènes associés à des processus biologiques étroitement liés à la fonction de la ZA chez le fruit du palmier à huile. / Plant organ abscission is a complex developmental process that involves cell separation regulated by the environment, stress, pathogens and the physiological status of the plant. In particular, seed and fruit abscission play a central role in seed dispersion and plant reproductive success, and are common domestication traits with important agronomic consequences for many crop species. Oil palm (Elaeis guineensis) is cultivated throughout the tropical regions as one of the most economically important oil crop species in the world. The unsynchronized ripening of the oil palm fruit bunch leads to the abscission of the ripest fruit and consequently high labor cost for harvest and loss of yield. In this context, the control of oil palm ripe fruit abscission is an important agricultural concern for the cultivation of oil palm in a sustainable and cost effective way. In the present study, a protocol to phenotype the oil palm fruit abscission process was developed and used to identify a tree in the field that does not undergo ripe fruit abscission. In parallel, transcriptome and proteome analyses of the oil palm ripe fruit abscission zone (AZ) during abscission induced experimentally by ethylene compared to the AZ undergoing natural abscission in the field was performed. A total of 1,957 candidate genes were identified statistically as differentially expressed in the ripe fruit AZ during ethylene-induced abscission. Furthermore, a total of 64 of these differentially abundant candidates were statistically specific or enriched at least during one time point of the ethylene induced abscission, compared to their profiles in the AZ of immature fruit and the pedicel of ripe fruit, where cell separation is not observed. The profiles of these gene candidates were examined in the ripe fruit AZ undergoing natural abscission in the field to validate their potential role during abscission. Finally, the profiles of selected candidate genes were then examined in the AZ of the tree observed not to undergo fruit abscission in the field. The combined approaches provide evidence of wide scale conservation of the molecular components involved in organ abscission of this monocot compared with the model dicot plants tomato and Arabidopsis. For example, the identification of polygalacturonases very similar to those that function during Arabidopsis floral organ abscission suggests a conservation of the components for pectin disassembly despite the phylogenetic distance between these species. In addition, the data from the global analysis and complementary molecular, cellular and biochemical approaches suggest novel components and provide a robust list of genes and processes important for AZ function during ripe fruit abscission of this important monocot crop species.

Ce travail s’inscrit dans le cadre d’un programme de recherches appuyé par le Conseil de recherches en sciences humaines du Canada. / Les forêts de Bornéo sont inestimables. En plus d’une faune et d’une flore riche et diversifiée, ses milieux naturels constituent d’efficaces réservoirs de carbone. En outre, la matière ligneuse qui y est abondante fait l’objet d’une exploitation intensive. Par contre, c’est le potentiel agricole de l’île qui crée le plus d’enthousiasme, principalement en ce qui concerne la culture du palmier à huile. Pour tenter de mieux comprendre et surveiller le phénomène, nous avons développé des méthodes de détection de la déforestation et de la dégradation des forêts. Ces méthodes doivent tenir compte des caractéristiques propres à l’île. C’est que Bornéo est abondamment affectée par une nébulosité constante qui complexifie considérablement son observation à partir des satellites. Malgré ces contraintes, nous avons produit une série chronologique annuelle des points chauds de déforestation et de dégradation des forêts pour les années 2000 à 2009. / Borneo’s forests are priceless. Beyond the richness and diversity of its fauna and flora, its natural habitats constitute efficient carbon reservoirs. Unfortunately, the vast forests of the island are rapidly being cut down, both by the forestry industry and the rapidly expanding oil palm industry. In this context, we’ve developed methods to detect deforestation and forest degradation in order to better understand and monitor the phenomena. In doing so, the peculiarities of Borneo, such as the persistent cloud cover, had to be accounted for. Nevertheless, we succeeded in producing a time series of the yearly forest degradation and deforestations hotspots for the year 2000 through the year 2009.

Les perturbations environnementales d’origine anthropique favorisent l’établissement de populations invasives. La gestion de ces populations est primordiale pour la santé publique (zoonose, famine), l’environnent (perte de biodiversité), et l’économie (dégâts). L’objectif de cette thèse pluridisciplinaire, menée en conditions naturelles, est d’améliorer les connaissances sur les populations invasives de rongeurs dans des paysages agricoles à grande échelle et d’appréhender les mécanismes d’adaptation qui favorisent une réponse positive aux pressions anthropiques. Les résultats montrent que (1) le rat endémique Rattus tiomanicus, dont la présence est associée à la typologie de l’habitat naturel, et le rat introduit Rattus tanezumi-R3, dont la présence est associée aux activités humaines, constituent les populations invasives des plantations de palmier à huile en Indonésie; (2) leur distribution géographique clinale est probablement contemporaine à l’anthropisation des milieux, et suppose une compétition inter-spécifique; (3) ces grandes populations sont spatialement continues avec un flux génique limité par la distance géographique (caractérisées par un patron d’isolement par la distance) et potentiellement influencé par les transports routiers; (4) R. tanezumi-R3 possède une forte résistance physiologique aux raticides AVK, dont l’origine n’est pas associée à une mutation génétique de la molécule cible mais probablement liée aux enzymes du métabolisme. Ces travaux soulignent des stratégies d’adaptations comportementales et physiologiques des populations invasives de rongeurs en milieux agricoles et procurent des bases pour l’élaboration de stratégies de lutte adaptée / Anthropogenic activities modulate landscape and promote the establishment of invasive populations. Management of these populations represents a major issue for public health (zoonotic disease, famine), environment (biodiversity loss) and economy (damages). This multidisciplinary thesis has been conducted in natural conditions on populations of rodents infesting agricultural landscapes at large scale. This work aims to understand biological mechanisms that promote adaptations to anthropogenic pressures. The results suggest that (1) two species may infest oil palm plantations in Indonesia: an endemic rat Rattus tiomanicus - which presence is associated with natural habitat typology - and an introduced rats Rattus tanezumi-R3 - which occur in association with the Human Footprint- ; (2) clinal geographic distribution of these species is probably due to both phylogeography and contemporary human activities, and suggest interspecific competition; (3) genetic isolation by distance patterns among these populations, and restricted gene flow potentially influenced by road transport; (4) R. tanezumi-R3 developed a strong physiological resistance to coumatetralyl under AVK exposure. This resistance is not associated with a genetic mutation of the target molecule, and may relate to metabolic enzymes. This work highlights behavioral and physiological adaptations of invasive populations of rodents in agricultural landscape, and thus provides scientific basis for integrated pest management

Cette thèse porte sur l’étude de la filière palmier à huile au Burundi. Son enjeu principal est d’analyser la manière dont cette culture construit son territoire. Elle étudie les acteurs de la filière palmier à huile, leurs stratégies et la manière dont ils sont organisés ainsi que l’espace territorialisée par cette filière. La filière palmier à huile au Burundi a connu deux importants modes de cultures. Le mode de culture traditionnelle dominé par l’ancienne variété « dura », il était caractérisé par la polyculture extensive. Entre des palmiers espacés, la culture du vivrier était possible. Le deuxième mode de culture concerne la monoculture du palmier à huile qui est uniquement destinée à produire de l’huile de palme. Il consiste à la culture de la nouvelle variété « tenera » jugée plus productive que l’ancienne variété. La transition de l’ancien au nouveau mode d’exploitation agricole ne s’est pas faite sans conséquences sur les modes de vie des paysans des principales zones palméicoles burundaises (Rumonge et Nyanza-Lac). L’installation de la nouvelle variété « tenera » à Rumonge et à Nyanza lac a certes, généré une véritable agriculture marchande, mais elle s’est faite au détriment d’autres cultures vivrières. Dans ce travail nous montrons les bouleversements socio-économiques que la culture a engendrés sur les modes de vie des paysans, notamment l’exacerbation des conflits fonciers. La culture du palmier à huile ne cesse de s’étendre sur d’autres régions du pays. Par une analyse historique, nous montrons comment la construction du territoire du palmier à huile s’est faite autour des acteurs qui n’ont ni les mêmes moyens financiers ni les mêmes objectifs. Les modes d’organisation et les stratégies varient en fonction de chaque groupe d’acteurs et de son capital financier initial. La faible organisation de petits palméiculteurs observée à l’Imbo-sud n’augure pas un bon avenir pour eux. Enfin, l’étude montre comment les détenteurs de capitaux accèdent à la filière palmier à huile en passant par la simple location de terres de pauvres paysans. / This thesis focuses on the study of the palm oil chain in Burundi. Its main aim is to analyze how this culture constructs its territory. It studies palm’s actors, their strategies and the way they are organized and the territorialized space by this chain. The palm oil chain in Burundi has experienced two important modes of cultures. The traditional method of farming dominated by the old variety "dura" and was characterized by extensive polyculture. Between spaced palms, food crops growing were possible. The second concerns the method of cultivation of monoculture oil palm which is only intended to produce palm oil. It involves cultivation of the new variety "tenera" considered more productive than the old variety. The transition from the old to the new farming method did not without consequences on the livelihoods of farmers in major palmicole areas Burundi (Rumonge and Nyanza-Lac). The installation of the new variety "tenera" in Rumonge and Nyanza Lac, respectively entrusted to the Regional Development Company Rumonge and Nyanza Lake project has certainly generated a real commercial agriculture, but it was at the expense of other food crops. In this work we show the socio-economic upheavals that culture has generated the lifestyles of farmers, for example the exacerbation of land conflicts. The cultivation of oil palm continues to expand into other regions. Through a historic analysis of the construction of oil palm land, we show how the construction of the oil palm area is about actors who do not have the same financial means nor the same objectives. The modes of organization and strategies vary according to each stakeholder group and initial financial capital. The weak organization of small producers of oil palm observed in Imbo area does not augur a good future for them. For lack of means, are forced to sell their farms to wealthy people. Finally, the study shows how capital holders access to the palm oil chain through the lease of land from poor peasants.

Les forêts de Bornéo sont inestimables. En plus d’une faune et d’une flore riche et diversifiée, ses milieux naturels constituent d’efficaces réservoirs de carbone. En outre, la matière ligneuse qui y est abondante fait l’objet d’une exploitation intensive. Par contre, c’est le potentiel agricole de l’île qui crée le plus d’enthousiasme, principalement en ce qui concerne la culture du palmier à huile. Pour tenter de mieux comprendre et surveiller le phénomène, nous avons développé des méthodes de détection de la déforestation et de la dégradation des forêts. Ces méthodes doivent tenir compte des caractéristiques propres à l’île. C’est que Bornéo est abondamment affectée par une nébulosité constante qui complexifie considérablement son observation à partir des satellites. Malgré ces contraintes, nous avons produit une série chronologique annuelle des points chauds de déforestation et de dégradation des forêts pour les années 2000 à 2009. / Borneo’s forests are priceless. Beyond the richness and diversity of its fauna and flora, its natural habitats constitute efficient carbon reservoirs. Unfortunately, the vast forests of the island are rapidly being cut down, both by the forestry industry and the rapidly expanding oil palm industry. In this context, we’ve developed methods to detect deforestation and forest degradation in order to better understand and monitor the phenomena. In doing so, the peculiarities of Borneo, such as the persistent cloud cover, had to be accounted for. Nevertheless, we succeeded in producing a time series of the yearly forest degradation and deforestations hotspots for the year 2000 through the year 2009. / Ce travail s’inscrit dans le cadre d’un programme de recherches appuyé par le Conseil de recherches en sciences humaines du Canada.

Les perturbations environnementales d'origine anthropique favorisent l'établissement de populations invasives. La gestion de ces populations est primordiale pour la santé publique (zoonose, famine), l'environnent (perte de biodiversité), et l'économie (dégâts). L'objectif de cette thèse pluridisciplinaire, menée en conditions naturelles, est d'améliorer les connaissances sur les populations invasives de rongeurs dans des paysages agricoles à grande échelle et d'appréhender les mécanismes d'adaptation qui favorisent une réponse positive aux pressions anthropiques. Les résultats montrent que (1) le rat endémique Rattus tiomanicus, dont la présence est associée à la typologie de l'habitat naturel, et le rat introduit Rattus tanezumi-R3, dont la présence est associée aux activités humaines, constituent les populations invasives des plantations de palmier à huile en Indonésie; (2) leur distribution géographique clinale est probablement contemporaine à l'anthropisation des milieux, et suppose une compétition inter-spécifique; (3) ces grandes populations sont spatialement continues avec un flux génique limité par la distance géographique (caractérisées par un patron d'isolement par la distance) et potentiellement influencé par les transports routiers; (4) R. tanezumi-R3 possède une forte résistance physiologique aux raticides AVK, dont l'origine n'est pas associée à une mutation génétique de la molécule cible mais probablement liée aux enzymes du métabolisme. Ces travaux soulignent des stratégies d'adaptations comportementales et physiologiques des populations invasives de rongeurs en milieux agricoles et procurent des bases pour l'élaboration de stratégies de lutte adaptée