Au vu de l’impact croissant du changement climatique global et en particulier de la sécheresse sur les forêts, il est nécessaire de comprendre les mécanismes de réponse des arbres face à des variations de disponibilité en eau. Ces dernières années, des études ont montré un contrôle épigénétique et notamment par la méthylation de l’ADN de la plasticité phénotypique des plantes en réponse aux variations environnementales. Dans ce contexte, cette thèse visait à évaluer le rôle de la méthylation de l’ADN des cellules du méristème apical caulinaire dans la plasticité développementale de la tige feuillée en réponse à des variations de disponibilité en eau chez le peuplier, un arbre modèle. A cette fin, le méthylome de la chromatine non condensée dans le méristème apical caulinaire de Populus trichocarpa a été caractérisé. Ensuite, l’impact de variations de disponibilité en eau sur la méthylation de l’ADN a été étudié dans l’apex caulinaire de différents hybrides (P. × euramericana). Les loci et les réseaux de gènes affectés pour leur expression et leur méthylation ont ainsi été identifiés. Ces travaux ont montré que dans le méristème apical caulinaire, la majorité des gènes étaient dans un état non condensé de la chromatine et méthylés dans leur corps. Ils ont également mis en évidence une forte variation de la méthylation globale de l’ADN selon les génotypes et en réponse à des variations de disponibilité en eau. De plus, des corrélations ont été établies entre les niveaux de croissance des arbres et de méthylation globale de l’ADN dans l’apex caulinaire. Enfin, les variations de la méthylation de l’ADN en réponse aux variations de la disponibilité en eau s’accompagnent de variations d’expression et ont ciblé particulièrement des gènes impliqués dans la signalisation par les phytohormones ou la morphogenèse. Ainsi, les travaux effectués lors de cette thèse suggèrent un rôle de la méthylation de l’ADN dans la plasticité phénotypique en réponse à des variations de disponibilité en eau chez le peuplier via le contrôle de l’expression de réseaux de gènes dans le méristème apical caulinaire. / Predicted climate changes and particularly drought represent a major threat to forest health. Therefore, understanding mechanisms that control trees response to variations in water availability is of great interest. These last years, epigenetic marks such as DNA methylation have been involved in plant phenotypic plasticity in response to environmental stresses. In this context, this work aimed at assessing the role of shoot apical meristem cells DNA methylation in the shoot developmental plasticity towards variations in water availability in poplar, a model tree. For this purpose, the methylome of non condensed chromatin in Populus trichocarpa shoot apical meristem was characterized. Then, the impact of variations in water availability on shoot apex DNA methylation in different hybrids (P. × euramericana) was studied. Loci and gene networks affected by DNA methylation and expression changes were thus identified. This work showed that in shoot apical meristem, most of the genes was in non condensed chromatin state with DNA methylation in their body. A strong variation in DNA methylation depending on genotypes and water availability was highlighted. Moreover, correlations between trees growth and shoot apex DNA methylation levels were established. Lastly, DNA methylation changes in response to variations in water availability correlated to expression variations were identified for genomic loci and gene networks. Thus, the work performed during this thesis suggests a role for DNA methylation in poplar phenotypic plasticity in response to variations in water availability through the control of gene networks transcription in the shoot apical meristem.

L’optimisation de la biomasse produite par les taillis à courte rotation de peupliers représente un enjeu majeur pour la production de biocarburants de deuxième génération. Dans ce contexte, ce travail vise à faciliter le développement à court terme de nouvelles variétés clonales de peuplier permettant la production d’une ressource de qualité en s’intéressant plus particulièrement à l’architecture génétique de la résistance à la rouille foliaire et de la qualité du bois chez le peuplier noir (Populus nigra), espèce parente des hybrides cultivés. Des marqueurs SNP ont été développés à partir du séquençage de 665 fragments de gènes dans un panel de 21 individus. Ces derniers ont été associés à des marqueurs SSR et AFLP pour construire de nouvelles cartes génétiques sur une famille de 324 plein-frères clonés. Une technique de phénotypage à haut débit basée sur la spectrométrie à proche infrarouge a été développée pour prédire les teneurs en composés chimiques du bois ainsi que le rendement en saccharification. La mise en évidence d’une variabilité génétique importante pour l’ensemble des caractères a permis de cartographier les régions génomiques impliquées dans leur variation. Parmi les 11 QTL détectés pour la résistance, un QTL à effet majeur co-localise avec un QTL majeur associé à la résistance à la rouille foliaire du saule. Pour la qualité du bois, 15 QTL à effet faible à moyen ont été détectés, dont un cartographié sur le chromosome XIII qui colocalise avec des QTL précédemment identifiés chez le peuplier pour les teneurs en sucres et en lignines. Ce travail de thèse ouvre des perspectives d’identification de gènes sous-jacents aux QTL par génétique d’association. / Improvement of lignocellulosic resources from poplar short rotation coppices is a major challenge for the production of second generation biofuels. In this context, the present work aims at optimizing short term creation and deployment of improved poplar clonal varieties through the dissection of genetic control of both leaf rust resistance and wood quality in black poplar (Populus nigra), one of the parental species of cultivated hybrids. SNP markers have been developed from the resequencing of 665 gene fragments in a discovery panel of 21 individuals. These markers were combined with SSRs and AFLPs to build new genetic maps in a pedigree composed of 324 cloned full-sibs. High throughput phenotyping based on near infrared spectroscopy has been used to predict wood chemical contents and saccharification yield. High genetic variability expressed in all traits allowed the identification of genomic regions controlling this variation. Of the 11 QTL mapped for resistance, one major QTL co-localized with a major QTL previously detected for leaf rust resistance in willow. For wood quality, 15 QTL with low to moderate effect have been identified. Interestingly, one QTL mapped on chromosome XIII and colocalized with sugar and lignin contents QTL previously detected in poplar. Present results open perspectives towards the identification of candidate genes underlying the detected QTL through association genetics.

La propolis est une substance résineuse collectée par les abeilles sur certaines parties des végétaux. Sa composition en métabolites secondaires est alors variable puisqu’elle dépend notamment de la flore locale près du site de collecte. Dans cette étude, la caractérisation chimique d’un échantillon représentatif de la propolis française de l’entreprise ‘‘Ballot-Flurin Apiculteurs’’ a conduit, au moyen d’analyses HPLC/DAD/MS et RMN 1D & 2D, à l’identification de 51 composés dont deux sont originaux. Les acides et esters phénoliques ainsi que les flavonoïdes identifiés dans cette propolis indiquent qu’elle appartient au type "peuplier". L’évaluation des activités biologiques de différents extraits et composés isolés a montré que cette propolis, qui possède une bonne activité antioxydante (DPPH et ORAC) associée à un potentiel antiglycant (anti-AGEs) très intéressant, représente un bon candidat pour la prévention des maladies, telles que le diabète, impliquant les AGEs. Elle montre également de bonnes activités antifongiques, sur deux levures du genre Candida, et antibactériennes sur Staphylococcus aureus et ses souches résistantes et sensibles à la méticilline, ces dernières étant responsables, à l’heure actuelle, de nombreuses infections nosocomiales. Une étude de variabilité inter-lots ainsi qu’un travail d’optimisation du procédé d’extraction industriel par plan d’expériences ont également été réalisés (partie confidentielle). Enfin, l’analyse de trois autres propolis, provenant d’Amérique Latine (Mexique) et d’Afrique (Côte d’Ivoire et Ouganda), a montré de grandes diversités de résultats en termes de compositions chimiques et d’activités biologiques. / Propolis is a resinous substance collected by honeybees from various plant sources. Its secondary metabolites composition depends on the local flora around the collection site. During this study, the chemical characterization of a representative sample of a French propolis produced by ‘‘Ballot-Flurin Apiculteurs’’ led, through structural identifications involving HPLC/DAD/MS as well as 1D & 2D NMR, to the identification of 51 compounds, two of them being new. Phenolic acids and esters and flavonoids identified in this propolis indicate that it belongs to the so-called "poplar" type. The evaluation of the biological activities of different extracts or isolated compounds showed that this propolis, which exhibits a significant antioxidant activity (DPPH and ORAC) associated with a very interesting anti-glycation (anti-AGEs) potential, would represent a good candidate for the prevention of diseases involving AGEs such as diabetes. These extracts or compounds also exhibit antifungal and antibacterial activities towards two Candida yeasts on the one hand, and Staphylococcus aureus and its methicillin-resistant and susceptible strains on the other hand, the latter being nowadays responsible for many nosocomial infections. A study dealing with the inter-batch variability accompanied by an optimization of the industrial extraction process using experimental design were also carried out (Confidential part). Finally, the analysis of three propolis originating from Latin America (Mexico) and Africa (Ivory Coast and Uganda), revealed a great diversity of results in relation to chemical compositions and biological activities.

L’utilisation de matières résiduelles fertilisantes (MRF) dans les plantations de peupliers hybrides (PEH) au Québec pourrait en maximiser la productivité et le volume marchand. Elle présenterait aussi l’avantage de minimiser l’enfouissement ou l’incinération des MRF. Cependant, le dosage des MRF doit être calibré en fonction de la réponse optimale des arbres. L’étude a été réalisée dans une plantation de PEH en Estrie. Un dispositif expérimental comprenant deux blocs (répétitions) de cinq parcelles - un témoin et quatre traitements de combinaisons de biosolides papetiers et de boue de chaux - y a été mis en place à l’automne 2012 et au printemps 2013, soit trois ans avant l’échantillonnage (été 2015). Les traitements représentaient les doses suivantes : 140 et 15 t ha-1 (humides), 140 et 30 t ha-1, 240 et 15 t ha-1 et 240 et 30 t ha-1 de biosolides et de boue de chaux, respectivement. Les propriétés physico-chimiques du sol et la morphologie et la nutrition des PEH ont été évaluées. Nous avons observé un effet très significatif des traitements de MRF sur la croissance des PEH par rapport aux parcelles non traitées. La hauteur des arbres a augmenté de 1,6 à 2 fois, le diamètre de 2,5 à 4 fois, la surface foliaire de 3 à 8 fois et le poids foliaire de 2,7 à 9 fois dans les parcelles traitées comparativement aux arbres des parcelles non traitées. Toutefois, aucune différence significative n’a pu être constatée entre les différents amendements. Les analyses de nutrition foliaire ont, quant à elles, démontré que la fertilisation avec les MRF permettait de pallier la faible disponibilité des nutriments dans le sol. Ainsi, avec l’ajout de MRF, les macronutriments N, P, K et Ca dans les feuilles se situaient à l’intérieur des plages de concentrations optimales, alors que sans MRF, les feuilles montraient des concentrations sous ces seuils. Malgré les faibles différences observées entre les quatre amendements, le traitement combinant 240 t ha-1 de biosolides et 15 t ha-1 de chaux est celui qui se rapprochait le plus d’une nutrition optimale pour le PEH. Les biosolides papetiers en combinaison avec la boue de chaux donnent des résultats très encourageants en ce qui a trait à la nutrition foliaire et le rendement des plantations du PEH lors des premières années d’établissement. / The use of fertilizing residual materials (FRM) in hybrid poplar (HP) plantations in Quebec could maximize yields and merchantable volumes. It would also have the advantage of minimizing the burial (landfill) or incineration of FRM. However, applications rates of FRM must be calibrated for an optimal response of the trees. The study was conducted in a PEH plantation in the Eastern Townships. An experimental design comprising two blocks (repetitions) of five plots - one control and four combinations of papermill biosolids and lime sludge - was established in fall 2012/spring 2013 and sampling was conducted three years later (summer 2015). The treatments represented the following application rates: 140 and 15 t ha-1 (wet), 140 and 30 t ha-1, 240 and 15 t ha-1 and 240 and 30 t ha-1 of biosolids and lime, respectively. Soil properties as well as morphology and nutrition of HP were evaluated. We observed a highly significant treatment effect on HP growth compared to untreated plots. The height of HP trees in the treated plots increased by 1.6 to 2 times, diameter by 2.5 to 4 times, leaf area by 3 to 8 times and the foliar weight by 2.7 to 9 times compared to the trees in the untreated plots. However, there was no significant difference among the various treatments. Foliar nutrition analyses showed that fertilization with FRM was sufficient to compensate for the low availability of nutrients in the soil. Thus, with FRM application, the macronutrients N, P, K and Ca in the leaves were within the optimal concentration ranges, whereas without FRM, the leaves showed concentrations below these thresholds. Despite the small differences observed among the four amendments, the treatment combining 240 t ha-1 of biosolids and 15 t ha-1 of lime was the one the closest to the optimal nutrition for HP. Papermill biosolids in combination with lime sludge provide very encouraging results in regard to foliar nutrition and yields of HP plantations.

Dans un contexte de changement global, prédire l’évolution de la productivité de la végétation dans le sud-ouest (SO) Sibérien reste un défi du fait d’incertitudes fortes sur les processus régulant la disponibilité en eau et en nutriments. Nous avons mis en évidence des relations entre cycles biogéochimiques, climat et propriétés du sol sur six sites contrastés.La croissance radiale des tiges de peuplier est principalement sensible au bilan hydrique du sol en forêt de steppe, au sud du SO Sibérien, alors qu’elle est stimulée par de hautes températures estivales en sub-taïga, dans le nord de la région.Des mesures de terrain et des simulations du bilan hydrique du sol ont montré que la fonte des neiges est importante pour la recharge des réserves hydriques du sol au sud. Au nord, ces réserves sont souvent rechargées en automne. La fonte des neiges est alors associée à du drainage. De plus, au nord, une épaisse couverture de neige protège le sol du gel en hiver. La distribution des racines fines est plus profonde en forêt de steppe qu’en sub-taïga, impactée par le déficit hydrique et le gel.L’homogénéité du statut en phosphore (P) des sols dans le SO Sibérien montre qu’il n’est pas encore très impacté par la pédogénèse. Les stocks en P élevés, notammen tles formes disponibles pour les plantes, suggèrent que le P n’est pas et ne sera pas limitant dans le futur.La décomposition des litières aériennes et la libération de l’azote (N) sont plus rapides en sub-taïga qu’en forêt de steppe. Un fort drainage pourrait expliquer un transfert profond du N dans les sols en sub-taïga. Cependant ces sols semblent efficaces pour retenir le N, limitant les pertes pour le système sol–plante. / Predicting the evolution of vegetation productivity in SW Siberia in the contextof global change remains a challenge because of major uncertainties concerningthe biogeochemical cycling and the plant-availability of water and nutrients. Weprovided insights on their relation to climate and soil properties, investigating sixcontrasting sites.Aspen stem radial growth is mainly sensitive to soil water budget in the foreststeppezone established in the south of SW Siberia while it is enhanced by highsummer temperatures in the sub-taiga, in the north of the region.Field measurements and water budget simulations revealed that snow-melt isimportant re-filling soil water reserves in the south. In the north, these reservesare mostly re-filled in autumn and snow-melt is associated with drainage. A thicksnow-pack also prevents soil from freezing in winter in the sub-taiga. Water deficitand soil freezing largely impact the distribution of fine roots within the soil profilewhich is deeper in forest-steppe than in sub-taiga.The homogeneous soil phosphorus (P) status in the region investigated revealedthis nutrient has not been yet very impacted by contrasting soil processes. High Pstocks, and in particular plant-available forms, suggest P is unlikely to be limitingunder current and future conditions.By contrast, we found differences in nitrogen (N) status. Above-ground litterdecay and the release of N occurs faster in sub-taiga than in forest-steppe. Higherdrainage may explain deeper N transfer in sub-taiga soils. However, sub-taiga soilsalso seem to be efficient in retaining N, limiting losses from the soil–plant system.

La capacité d’une plante à réguler sa croissance racinaire est une composante importante de l’acclimatation aux stress environnementaux. A l’échelle cellulaire, cette régulation est effectuée via le contrôle de la division et de l’élongation des cellules mais les rôles respectifs de chaque processus et leurs interactions sont peu connus. Notamment, l’activité de production de cellules du méristème apical racinaire (RAM) est trop souvent négligée. Dans cette thèse, l’analyse spatiale de la croissance le long de l’apex racinaire et l’analyse temporelle des trajectoires de croissance des cellules ont été couplées pour comprendre les liens existants entre division et élongation cellulaire. Pour cela, j’ai développé un système de phénotypage de la croissance à haute résolution spatio-temporelle qui a été appliqué à l’étude de racines d’un peuplier euraméricain (Populus deltoides × Populus nigra) en réponse à différents stress (stress osmotique, impédance mécanique). Une forte variabilité du taux de croissance racinaire entre individus ainsi que des variations individuelles cycliques de la croissance ont été observées malgré des conditions environnementales contrôlées. L’utilisation de cette variabilité couplée à la quantification de l’activité du RAM a mis en évidence l’importance du taux de production de cellules pour soutenir la croissance racinaire. Ces travaux analysent une nouvelle échelle de variations spatiales et temporelles de la croissance peu prise en compte jusqu’à présent. Hautement applicable à d’autres questions scientifiques, l’analyse du devenir des cellules une fois sortie du RAM est également discutée pour des conditions de croissance non stables / Regulation of root growth is a crucial capacity of plants for acclimatization to environmental stresses. At cell scale, this regulation is controlled through cell division and cell elongation but respective importance of these processes and interactions between them are still poorly known. Notably, the cell production activity of the root apical meristem (RAM) is often excluded. During this thesis, spatial analyses of growth along the root apex were coupled with temporal analyses of cell trajectories in order to decipher the links between cell division and cell elongation. This required the setup of a system for phenotyping root growth at a high spatiotemporal resolution which was applied to study the growth of roots from an euramerican poplar (Populus deltoides × Populus nigra) in response to different environmental stresses (osmotic stress or mechanical impedance). An important variability of root growth rate between individuals as well as individual cyclic variations of growth along time were observed despite tightly controlled environmental conditions. Use of this variability coupled with quantification of the RAM activity led us to a better understanding of the importance of the cell production rate for sustaining root growth. This work analyses a new spatiotemporal scale of growth variability poorly considered. Widely applicable to others scientific questioning, temporal analyses of cell fate once produced in the RAM is also discussed for non-steady growth conditions

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Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / Titre de l'écran-titre (visionné le 9 juillet 2020) / Documents en annexe en format Excel : Supp08_Pairwise_comparison_taxa_Greenhouse.xlsx; Supp03_Correlation_chimie_vs_taxa_Field.xlsx; Supp10_Correlation_taxa_vs_growth_Greenhouse.xlsx; Supp07_Pairwise_comparison_functions_Greenhouse.xlsx; Supp11_Pairwise_comparison_origin_Greenhouse.xlsx; Supp02_Pairwise_comparison_taxa_functions_Field.xlsx; Supp09_Correlation_chimie_vs_taxa_Greenhouse.xlsx / L’industrie minière au Canada contribue significativement à la prospérité et à la qualité de vie du pays. Toutefois, la législation d’autrefois n’étant pas suffisamment sévère, le Canada s’est retrouvé avec des centaines de sites miniers orphelins non restaurés. Ces sites miniers abandonnés représentent un risque environnemental majeur à cause des grandes quantités de déchets miniers exposés pouvant contaminer l’environnement par la lixiviation et l’érosion éolienne et hydrique. Plusieurs facteurs limitent la revégétalisation naturelle de ces sites, notamment des conditions abiotiques extrêmes, une faible disponibilité en éléments nutritifs et les activités anthropiques. Cette étude visait, dans un premier temps, à déterminer l’impact de la présence de peupliers baumiers sur les déchets miniers de deux sites miniers contrastés de la région de l’Abitibi-Témiscamingue. La végétation a amélioré les propriétés physicochimiques des déchets miniers et provoqué un changement important dans la composition des communautés bactériennes et fongiques, passant des communautés lithotrophes dominantes dans les environnements de déchets miniers sans végétation à des communautés hétérotrophes impliquées dans le cycle des éléments nutritifs avec végétation. Dans un deuxième temps, lors d’une expérience en serre, dix génotypes de Populus balsamiferarécoltés sur ces sites miniers et en périphérie ont été cultivés dans ces déchets miniers pendant deux saisons de croissance. Le but de cette seconde étude était de déterminer l’effet des interactions génotype-par-environnement sur les propriétés physicochimiques des substrats et des communautés microbiennes à l’aide dumétabarcodage. Bien que le type de substrat ait été identifié comme le facteur principal de la diversité et de la structure du microbiome de la rhizosphère, un effet significatif du génotype de l’arbre a également été détecté. Nos résultats mettent en évidence l’influence du génotype du peuplier baumier sur son environnement et l’importance potentielle de la sélection du génotype des arbres dans le contexte de la restauration de sites miniers

Dans le but de mieux comprendre la dynamique forestière après feu du peuplier faux-tremble (Populus tremuloides) et de l'épinette noire (Picea mariana) sur argiles de la région de Matagami (Nord-du-Québec), nous avons procédé (1) à l'échelle du paysage, à une analyse d'ordination et de groupement de la composition de 609 placettes d'inventaires existantes et (2) à l'échelle du site, à l'inventaire et à l'échantillonnage de la composition, de la structure (arbres matures vs. régénération) et de la croissance (reconstitution dendrochronologique) de 30 peuplements de 100 ans : 10 peupleraies pures, 10 pessières pures et 10 peuplements à composition mélangée. La composition forestière du paysage était dominée par un gradient de peupleraies pures vers des pessières pures et, secondairement, par l'abondance de sapin baumier (Abies balsamea). Les 30 sites échantillonnés montrent que le peuplier et l'épinette noire peuvent s'installer sur les mêmes sites : leur abondance relative dépend d'autres facteurs, probablement historiques. Pour la prochaine génération, les peuplements à composition mélangée échantillonnés évolueront probablement vers des peuplements à dominance résineuse (dynamique successionnelle), tandis que certaines pessières pures maintiendront leur dominance (dynamique cyclique) et d'autres pourraient se paludifier (dynamique successionnelle). La dynamique forestière des peupleraies pures est incertaine et varie selon la régénération présente et l'état des tiges matures : certains peuplements pourraient conserver leur dominance feuillues (dynamique cyclique), d'autres pourraient évoluer vers des peuplements à composition mélangée (dynamique successionnelle) et dans le cas d'une absence de régénération, quelques sites pourraient se dégrader et devenir improductifs (dynamique de dégénérescence).

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / Titre de l'écran-titre (visionné le 9 juillet 2020) / Documents en annexe en format Excel : Supp08_Pairwise_comparison_taxa_Greenhouse.xlsx; Supp03_Correlation_chimie_vs_taxa_Field.xlsx; Supp10_Correlation_taxa_vs_growth_Greenhouse.xlsx; Supp07_Pairwise_comparison_functions_Greenhouse.xlsx; Supp11_Pairwise_comparison_origin_Greenhouse.xlsx; Supp02_Pairwise_comparison_taxa_functions_Field.xlsx; Supp09_Correlation_chimie_vs_taxa_Greenhouse.xlsx / L’industrie minière au Canada contribue significativement à la prospérité et à la qualité de vie du pays. Toutefois, la législation d’autrefois n’étant pas suffisamment sévère, le Canada s’est retrouvé avec des centaines de sites miniers orphelins non restaurés. Ces sites miniers abandonnés représentent un risque environnemental majeur à cause des grandes quantités de déchets miniers exposés pouvant contaminer l’environnement par la lixiviation et l’érosion éolienne et hydrique. Plusieurs facteurs limitent la revégétalisation naturelle de ces sites, notamment des conditions abiotiques extrêmes, une faible disponibilité en éléments nutritifs et les activités anthropiques. Cette étude visait, dans un premier temps, à déterminer l’impact de la présence de peupliers baumiers sur les déchets miniers de deux sites miniers contrastés de la région de l’Abitibi-Témiscamingue. La végétation a amélioré les propriétés physicochimiques des déchets miniers et provoqué un changement important dans la composition des communautés bactériennes et fongiques, passant des communautés lithotrophes dominantes dans les environnements de déchets miniers sans végétation à des communautés hétérotrophes impliquées dans le cycle des éléments nutritifs avec végétation. Dans un deuxième temps, lors d’une expérience en serre, dix génotypes de Populus balsamiferarécoltés sur ces sites miniers et en périphérie ont été cultivés dans ces déchets miniers pendant deux saisons de croissance. Le but de cette seconde étude était de déterminer l’effet des interactions génotype-par-environnement sur les propriétés physicochimiques des substrats et des communautés microbiennes à l’aide dumétabarcodage. Bien que le type de substrat ait été identifié comme le facteur principal de la diversité et de la structure du microbiome de la rhizosphère, un effet significatif du génotype de l’arbre a également été détecté. Nos résultats mettent en évidence l’influence du génotype du peuplier baumier sur son environnement et l’importance potentielle de la sélection du génotype des arbres dans le contexte de la restauration de sites miniers