L’utilisation des microorganismes marins ou terrestres pour la séquestration à long terme du CO2 est une des solutions envisagées pour diminuer la teneur en CO2 dans l'atmosphère. Le travail de cette thèse se concentre sur les microorganismes calcifiants, et notamment les cyanobactéries, qui peuvent fixer du CO2 sous forme de biomasse et carbonate de calcium. Ce dernier, insoluble dans l’eau, précipite et peut donc constituer un puits à long terme. La compréhension des mécanismes de calcification induits par les cyanobactéries et la possibilité de contrôler ces processus sont nécessaires pour développer une technologie de séquestration du CO2. Cette biotechnologie pourrait constituer une alternative à la technologie de capture et stockage géologique du CO2. Synechococcus PCC8806 une souche marine de cyanobactérie purifiée à l'Institut Pasteur de Paris est utilisée comme organisme au cours du travail expérimental réalisé dans le cadre de cette thèse. Le premier résultat important de cette thèse est le développement d'une stratégie analytique ayant permis d'accéder à un bilan de masse carbone et calcium au cours d'une culture de cyanobactérie sur hydrogénocarbonate. La mise en œuvre de cette stratégie au cours de différents essais réalisés dans le cadre de ce travail a permis par ailleurs de quantifier avec précision la production de carbone organique (biomasse) et de carbone inorganique (CaCO3) en fonction du calcium et du carbone inorganique présent dans les milieux de culture. Nous avons ensuite étudié la précipitation de la calcite au cours de la croissance de Synechococcus PCC8806 en présence de calcium. Pour cela les conditions de culture ont été variées de telle sorte que la survenue des évènements de précipitations a pu être comprise ainsi que l'influence de sites de nucléation mis en évidence. Le grossissement des cristaux a également été étudié attentivement par microscopie électronique à balayage. Une autre partie de ce travail a permis d'identifier la source de carbone inorganique utilisée par Synechococcus PCC8806 pour la photosynthèse. Cela a été l'occasion de réécrire les équations liées aux transferts entre le CO2 atmosphérique et le système carbonaté, ainsi que les équations de photosynthèse en fonction des conditions de disponibilité des deux sources de carbone inorganique (CO2 et hydrogénocarbonate). De plus ont pu être mis en évidence, les effets des phases diurne et nocturne de la croissance de cyanobactéries sur les équilibres du système carbonaté et le pH. Ce travail a également permis de déterminer les vitesses de croissance des cyanobactéries et donc de calculer des rendements de croissance par unité de surface. Cela permettra à terme d'optimiser la production de biomasse et de calcite dans un procédé industriel / The use of marine or terrestrial microorganisms for long-term sequestration of CO2 is a possible solution to reduce the CO2 content in atmosphere. This thesis work focuses on calcifying organisms, in particular the cyanobacteria, which can fix CO2 as biomass and calcium carbonate. The latter is insoluble in water; precipitates may therefore constitute a long term sink. Understanding of the calcification mechanisms induced by cyanobacteria and the possibility of controlling these processes are necessary to develop a technology for CO2 sequestration. This biotechnology could be an alternative technology to CO2 capture and geological storage. Synechococcus strain PCC8806, marine cyanobacteria purified by the Institute Pasteur de Paris is used during the experimental work in this thesis. The first important result of this work is to develop an analytical strategy that allowed access to a mass balance of carbon and calcium in a cyanobacteria culture on hydrogencarbonate. The implementation of this strategy in various tests of this work has also allowed to accurately quantify the production of organic carbon (biomass) and inorganic carbon (CaCO3) according to the calcium and Ci introduced (hydrogencarbonate) in the medium. We then studied the calcite precipitation during growth of Synechococcus PCC8806 in the presence of calcium. For that, culture conditions were varied in order to understand the occurrence of precipitation events and the influence of nucleation sites. The development of crystals has also been carefully studied by scanning electron microscopy. Another part of this work has identified the inorganic carbon source used by Synechococcus PCC8806 for photosynthesis. This was an opportunity to rewrite the equations related to transfers between atmospheric CO2 and the carbonate medium, as well as the equations of photosynthesis depending on the conditions of availability of two sources of inorganic carbon (CO2 and hydrogencarbonate). In addition, we have revealed the effects of diurnal and nocturnal phases of the growth of cyanobacteria on the carbonate system balance and pH. This work also allowed estimating the cyanobacteria growth rates and thus calculating growth yields per unit area. This will ultimately optimize biomass and calcite production in an industrial process

Les caroténoïdes jouent un rôle essentiel dans les premiers événements photosynthétiques. Ils absorbent la lumière et transfèrent l'énergie résultante en excitation aux molécules voisines, assurant le respect de la succession des étapes photosynthétiques. En plus de l'absorption de la lumière, les caroténoïdes protègent l'appareil photosynthétique du stress photo-oxydatif survenant en condition de lumière intense, évitant les éventuels dommages. Les propriétés électroniques des caroténoïdes sont à la base de leurs mécanismes d'action et dans ce travail de recherche une combinaison de techniques biochimiques et spectroscopiques est utilisée pour examiner plus loin ces mécanismes avec un accent mis sur le rôle photoprotecteur joué par des caroténoïdes. Les d'échantillons analysés représentent différent niveaux d'organisation des protéines collectrices de lumière contenants ces pigments. Dans cette thèse quatre études principaux ont étés réalisés pour comprendre comment: les propriétés d'absorption des caroténoïdes lutéine et -carotène près les plantes peuvent être réglées in vivo par le site de liaison à leur protéines, le majeur complexe de capture de la lumière (LHCII) et le photosystème II (PSII) respectivement; l'altération des gènes de la voie biosynthétique des caroténoïdes peut indirectement provoquer une altération du transport d'électrons dans l'organisme photosynthétique; des molécules artificielles sont capable d'imiter le mécanisme photoprotecteur de transfert d'énergie entre les états de triplet des chromophores en mimant les protéines de l'apparat photosynthétique; la flexibilité structurelle de l'LHCII peut être explorée en modifiant son environnement. / Carotenoids play an essential role in the first steps of photosynthesis. They absorb light and they transfer the resulting excitation energy to the neighboring molecules, guaranteeing the correct order of the photosynthetic events. Additionally, carotenoids are able to protect the photosynthetic apparatus from the oxidative stress occurring in high light condition. Biological functions of carotenoids involving interaction with light, such as photosynthesis, are determined by the electronic properties of the conjugated polyene chain that is characteristic of carotenoid molecules. Understanding how these properties are tuned, is essential for understanding the mechanisms underlying carotenoid functions. Here we show that, by using a combination of different spectroscopic and biochemical approaches, these characteristics can be assessed in different kind of samples having the carotenoid molecules as common denominator. In this thesis four major studied have been performed in order to study how: the absorption properties of the two -carotenes molecules in PSII-RC and those of the two luteins in LHCII are tuned in vivo by their protein binding site, the alteration of the genes involved in the biosynthetic pathway of carotenoids has a pleiotropic effect on the photosynthetic organisms, artificial constructs are able to reproduce the photoprotective mechanism of triplet-triplet energy transfer between chromophores by mimicking the naturally occurring photosynthetic proteins, the structural flexibility of the major light harvesting complex can be probed by modifying its surrounding environment.

L’anticipation des effets des changements climatiques nécessite une bonne compréhension dufonctionnement carboné des écosystèmes continentaux. L’une des principales contraintes liées àl’étude de ces écosystèmes est la forte variabilité à la fois spatiale et temporelle de leurs flux decarbone et de leurs réponses aux contraintes abiotiques. L’usage de méthodes de télédétectionoptiques pourrait permettre de suivre de façon spatialisée le fonctionnement des couverts végétaux.Ce travail vise à évaluer le potentiel de méthodes de télédétection pour décrire la structure et lefonctionnement de couverts végétaux à des échelles spatiales et temporelles variées. Pour ce faire,les relations entre indices optiques et phénomènes biologiques ont été étudiées en suivant unedémarche de transfert d’échelle, des échelles les plus fines aux plus larges. Il a été montré que le PRI(Photochemical Reflectance Index), utilisé en tant qu’indicateur du LUE (Light Use Efficiency), est parnature un signal composite qui reflète principalement la régulation du rendement de laphotosynthèse sur des échelles de temps fines, et la structure et composition biochimique ducouvert à l’échelle de la saison. L’analyse de courbes de réponse du PRI au PAR (PhotosyntheticallyActive Radiation) a permis de déconvoluer ces deux sources de variabilité, via l’introduction duconcept de PRI0 ou PRI d’une feuille idéalement adaptée à l’obscurité. Ce PRI0, capturant la variabilitédu PRI indépendante du LUE, a pu être mesuré à l’échelle de la feuille, et estimé à l’échelle de jeunescouverts végétaux et de la parcelle. Cette variabilité a pu être expliquée à l’échelle de la feuille et dejeunes couverts végétaux par les variations du contenu en pigment des feuilles. A l’échelle depeuplements adultes et de l’année, elle résulte cependant d’effets combinés de la compositionbiochimique et de la structure des couverts qui n’ont pu être séparés. Ces effets sont susceptiblesaux échelles larges de masquer en bonne partie, voire de biaiser la relation entre PRI et LUE. Il a enoutre été montré que la représentativité du PRI est limitée aux strates supérieures des canopées etdépend de la structure du couvert et du climat lumineux, ce qui peut limiter son intérêt en tantqu’estimateur du LUE à l’échelle de l’écosystème. Ces résultats soulignent la nécessité de prendre encompte la structure et la composition biochimique des couverts végétaux dans le cadre d’uneutilisation du PRI en tant que proxy du LUE de l’écosystème. / In order to assess the effect of global warming, a good understanding of carbon functioning ofterrestrial ecosystems is needed. The study of terrestrial ecosystem carbon fluxes and responses toabiotic stress remain challenging due to their high spatial and temporal variability. The use of remotesensing may help us to describe those sources of variability. The aim of this work is to assess thepotential of remote sensing as a way to describe canopy structure and functioning over a broadrange of temporal and spatial scales. The relationships between optical indices and biologicalphenomenon were investigated over a range of increasing scales. The PRI (PhotochemicalReflectance Index), used as a proxy of the LUE (Light Use Efficiency) was shown to be a compositesignal, mainly impacted by the regulation of the LUE at short time scales, and by canopy structureand pigment content at seasonal scale. The analysis of PRI response to PAR (PhotosyntheticallyActive Radiation) allowed us to deconvolve those two sources of variability thanks to theintroduction of the PRI0 defined as the PRI of ideally dark adapted leaves. The PRI0 was shown toefficiently describe the LUE unrelated PRI variability, and could be measured at leaf scale, andestimated at the leaf, canopy and stand scales. This variability could be explained by changes in leafpigment content over the growing season at leaf and canopy scales. At the stand scale and over theyear, this LUE independent PRI variability resulted from combined effects of canopy structure andpigment content, which could not be separated. These effects may result in biased or masked PRIversus LUE relationships at larges scales. Moreover, it was shown that the in-situ PRI measurementsmainly responded to the LUE of sunlit leaves, depending on canopy structure and sky conditions. Thismay considerably hamper the use of the PRI as a proxy of the whole ecosystem LUE. These resultsillustrate the need to take canopy structure and pigment content into account while using the PRI asa proxy of the ecosystem LUE.

Un des plus importants challenges scientifique de notre époque, est de trouver des réponses et solutions pour les questions et problèmes différents concernant la consommation d'énergie d'humanité. Les études scientifiques sur l'utilisation des ressources renouvelables spécialement d'énergie solaire gagnent en importance. Dans la biosphère conversion d'énergie solaire est accompli par des organismes photosynthétiques. Photosynthèse, spécialement ses mécanismes différents de régulation sont loin d'être compris. Les membranes thylacoïdales possèdent un rôle central dans la photosynthèse. Dans cette thèse nous étudions les paramètres structuraux des membranes thylacoïdales isolé des plants ou dans les algues avec la diffusion de neutrons aux petits angles et la dynamique des fragments des membranes thylacoïdales (BBY) avec diffusion élastique incohérente des neutrons. Des résultats présentés ici, présentent évidence pour l'occurrence des réorganisations petites mais bien discernables des membranes thylacoïdales pendent la photosynthèse et pour une transition dans les membranes BBY à les températures physiologiques et aussi présentent des exemples pour l'utilisation possible de diffusion neutronique pour l'investigation des échantillons biologiques in vivo. / One of the most important scientific challenges of our time is to find answers and solutions for the various questions and problems about the energy consumption of humanity. Scientific studies on the utilization of renewable resources, especially of solar energy, gain more and more importance. In the Biosphere, solar energy conversion to chemical energy is performed by photosynthetic organisms. Photosynthesis, especially its different regulatory mechanisms is far from being understood. Thylakoid membranes possess a central role in photosynthesis. In the present thesis we investigate structural parameters of the thylakoid membranes, isolated from higher plants and in different algal cells, with small-angle neutron scattering, and the dynamics of isolated thylakoid membrane fragments with elastic incoherent neutron scattering. The presented results, in addition to providing clear evidence for the occurrence of small but well discernible membrane reorganizations in thylakoid membranes during photosynthesis, and for a transition in BBY membranes at physiological temperatures, also present example of possible application of neutron scattering for the investigation of in vivo biological samples.

Dans les organismes photosynthétiques, la ferrédoxine:NADP oxydoréductase (FNR) fournit le NADPH nécessaire à l'assimilation du CO2, mais elle réduit aussi la ferrédoxine (Fd) à partir du NADPH. La cyanobactérie Synechocystis sp. PCC6803 contient deux isoformes de FNR : une forme courte (FNRS, 34 kDa) et une forme longue (FNRL, 46 kDa) qui est liée au phycobilisome (PBS), un complexe collecteur de lumière. Nous avons purifié un sous-complexe du PBS qui contient la FNRL (FNRL-PC) et comparé les propriétés enzymatiques de FNRL-PC à FNRS. Par rapport à FNRS, FNRL-PC présente des affinités plus faible/forte pour le NADPH/la Fd, conformément aux prédictions des activités relatives des deux isoformes. La plupart des différences observées sont attribuées à l'encombrement stérique amené par la phycocyanine dans FNRL-PC. En conditions de turnover multiple, les deux isoformes catalysent de la même manière la réduction de NADP+ et de plus le transfert d'électrons (TE) depuis Fdred est limitant à force ionique élevée. Lors d'études in vivo, nous avons observé une augmentation de l'oxydation du NADPH par TE respiratoire ou cyclique chez un mutant ne contenant que la FNRS et chez le type sauvage à faible CO2. Les mesures ont montré clairement que FNRS est impliqué dans ce TE alternative et nous proposons que FNRS constitue le module déshydrogénase de NDH-1. La localisation de la FNR et/ou la présence de substrats semblent être essentiels dans les rôles respectifs des isoformes de FNR in vivo. Des études futures devraient nous donner une vue plus complète des processus de TE in vivo et clarifier le rôle du TE dépendant du NADPH et favorisé par FNRS dans la réduction du pool de PQ

Dans les organismes photosynthétiques, la ferrédoxine:NADP oxydoréductase (FNR) fournit le NADPH nécessaire à l'assimilation du CO2, mais elle réduit aussi la ferrédoxine (Fd) à partir du NADPH. La cyanobactérie Synechocystis sp. PCC6803 contient deux isoformes de FNR : une forme courte (FNRS, 34 kDa) et une forme longue (FNRL, 46 kDa) qui est liée au phycobilisome (PBS), un complexe collecteur de lumière. Nous avons purifié un sous-complexe du PBS qui contient la FNRL (FNRL-PC) et comparé les propriétés enzymatiques de FNRL-PC à FNRS. Par rapport à FNRS, FNRL-PC présente des affinités plus faible/forte pour le NADPH/la Fd, conformément aux prédictions des activités relatives des deux isoformes. La plupart des différences observées sont attribuées à l'encombrement stérique amené par la phycocyanine dans FNRL-PC. En conditions de turnover multiple, les deux isoformes catalysent de la même manière la réduction de NADP+ et de plus le transfert d'électrons (TE) depuis Fdred est limitant à force ionique élevée. Lors d'études in vivo, nous avons observé une augmentation de l'oxydation du NADPH par TE respiratoire ou cyclique chez un mutant ne contenant que la FNRS et chez le type sauvage à faible CO2. Les mesures ont montré clairement que FNRS est impliqué dans ce TE alternative et nous proposons que FNRS constitue le module déshydrogénase de NDH-1. La localisation de la FNR et/ou la présence de substrats semblent être essentiels dans les rôles respectifs des isoformes de FNR in vivo. Des études futures devraient nous donner une vue plus complète des processus de TE in vivo et clarifier le rôle du TE dépendant du NADPH et favorisé par FNRS dans la réduction du pool de PQ.

Les objectifs de notre projet de recherche portaient sur les effets toxiques des nanoparticules d'oxyde de cuivre encapsulées et du dichromate sur la photosynthèse d'une algue verte, C. reinhardtii. Le but de cette étude a été d'utiliser l'avantage des paramètres photosynthétiques dans l'évaluation de toxicité de ces polluants. La formation d'espèces réactives de l'oxygène responsable du stress oxydatif, a été étudiée par l'utilisation d'un marqueur, le 2',7'-dichlorodihydrofluoresceine diacetate dont la fluorescence a été suivie par cytométrie en flux. L'étude des effets sur la photochimie du PSII a été étudiée par la fluorescence chlorophyllienne. Dans la seconde partie du projet, nous avons étudié les effets du dichromate sur le transport d'électrons photosynthétiques et les mécanismes de dissipation d'énergie des Photosystèmes Il et I. Les propriétés structurelles du photosystème II ont été étudiées par «Western blot» et par chromatographie liquide haute performance. Les propriétés fonctionnelles des Photosystème II et I ont été déterminées par la mesure de la cinétique de fluorescence chlorophyllienne et les changements d'absorbance à 830 nm, respectivement. Pour ces études, l'algue verte Chlamydomonas reinhardtii a été utilisée comme modèle biologique dans le domaine d'ecotoxicologie. Nous avons mis en évidence que la nanoparticule d'oxyde de cuivre encapsulée entraînait l'altération de l'intégrité cellulaire par la formation d'espèces réactives de l'oxygène. Nous avons constaté que ces espèces réactives de l'oxygène sont responsables de la détérioration des pigments chlorophylliens. Les dommages importants de l'appareil photosynthétique font que l'énergie lumineuse absorbée sera principalement dissipée par les voies non-photochimiques. Cette étude démontre que les nanoparticules d'oxyde de cuivre encapsulées induisent d'importants effets toxiques au niveau photochimique dans la photosynthèse chez l'algue. Nous avons aussi conclu que les rendements photochimiques des Photosystèmes Il et I sont diminués par les effets du dichromate. L'inhibition de la photochimie par le dichromate cause une diminution de la dissipation d'énergie par la voie photochimique du Photosystème Il et une augmentation de la dissipation d'énergie sous forme non-photochimique non-régulée. Notre recherche nous permet de conclure que les paramètres photosynthétiques peuvent être utilisés pour l'évaluation de la toxicité des métaux. Les nombreuses mesures des différents paramètres, indicateurs de la photochimie dans la photosynthèse, nous ont permis de démontrer la grande utilité de ces paramètres pour évaluer les risques de toxicité par les métaux étudiés dans notre projet. De plus, les indicateurs de formation d'espèces réactives de l'oxygène ont aussi été démontrés comme excellent indicateur de toxicité. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Algues, Aluminium, Chlamydomonas acidophila, Chlamydomonas reinhardtii, Dichromate, Euglena gracilis, Métaux, Photosynthèse, Photosystème l, Photosystème II, Toxicologie.

La pollution des milieux aquatiques est un problème majeur qui a des répercussions importantes au niveau récréatif et commercial, mais également sur la santé des populations humaines, animales et végétales. Les écosystèmes aquatiques sont susceptibles d'être contaminés par une multitude de polluants provenant de sources anthropiques qui peuvent entrainer plusieurs conséquences directes ou indirectes. Le développement de tests rapides pour détecter les polluants aquatiques est essentiel afin d'évaluer le potentiel de risque d'un plan d'eau ou d'une source d'eau potable. L'objectif de mon mémoire a été d'évaluer l'efficacité des bioessais basés sur la fluorescence chlorophyllienne de phytoplancton dans l'étude de problématiques environnementales émergentes telles que la prolifération des cyanobactéries toxiques et la pollution par les perturbateurs endocriniens. Les bioessais basés sur l'activité photosynthétique d'algues ont démontré une grande sensibilité à divers polluants. Or, ils n'ont jamais été utilisés avec les perturbateurs endocriniens et très peu pour les microcystines (MCs). Nous avons donc évalué si ces toxiques influencent l'efficacité photochimique et comment les flux d'énergie du photosystème II (PSII) sont affectés. Pour y parvenir, quatre algues vertes (Chlamydomonas reinhardtii, Pseudokirchneriella subcapitata, Scenedesmus obliquus et Chlorella vulgaris) ont été exposées à des standards de MC (variantes LF, LR, RR, YR) ainsi qu'à des extraits de MC provenant de culture de Microcystis aeruginosa CPCC299, une cyanobactérie toxique. Aussi, ces mêmes espèces (à l'exception de C. vulgaris) ainsi que deux souches de cyanobactéries, M. aeruginosa CPCC299 et CPCC632 ont été exposées aux perturbateurs endocriniens (4-octylphénol, 4-nonylphénol et β-estradiol). Des mesures de l'efficacité photochimique ont été effectuées à l'aide des f1uorimètres PEA (Hansatech Ltd.) et LuminoTox (Lab_Bell Inc.). Nous avons démontré qu'en seulement 15 minutes d'exposition, les toxiques testés ont un effet significatif sur l'activité photosynthétique des organismes utilisées. Une différence de toxicité entre les standards de MC et une plus grande toxicité ont été mesurées pour l'extrait de MC comparativement à la toxine pure équivalente, soit MC-LR. Les trois perturbateurs endocriniens testés ont affecté les flux d'énergie du PSII des phytoplanctons exposés mais l'espèce P. subcapitata s'est avérée tolérante. De plus, les algues étudiées ont manifesté une sensibilité différente face aux toxiques testés, l'espèce la plus sensible face aux MCs et aux perturbateurs endocriniens étant respectivement S. obliquus et M. aeruginosa (CPCC632). Le choix de l'espèce est donc à considérer dans l'élaboration d'un bioessai sensible. Finalement, bien que le PEA s'est avéré moins sensible que le LuminoTox face aux MCs, il a permis d'obtenir de l'information sur le mode d'action des MCs au niveau du PSII. À la lumière de ces résultats, nous pouvons envisager l'utilisation des bioessais basés sur l'efficacité photochimique du phytoplancton pour détecter les MCs et les perturbateurs endocriniens dans un échantillon d'eau. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : bioessais, photosynthèse, perturbateurs endocriniens, microcystines, phytoplancton.

Les prédictions du réseau intergouvernemental sur les changements climatiques indiquent que la concentration ambiante de dioxyde de carbone (CO2) d'environ 350 µm.mol-1 va doubler d'ici la fin du siècle. Cette hausse de CO2 combinée au réchauffement de la température va avoir un effet drastique sur l'agriculture et les écosystèmes. Grâce à leur grande variabilité génétique, le blé (Triticum aestivum) et le seigle (Secale cereale) sont très adaptés aux stress abiotiques et biotiques. Les variétés d'hiver capables de s'acclimater au froid sont plus résistantes aux basses températures. Cette meilleure capacité de tolérance pourrait-elle conférer un avantage durant la croissance et le développement des céréales soumis aux concentrations élevées de CO2 de 700 µm.mol-1? La comparaison des processus physiologiques, biochimiques et moléculaires associés à la réponse du blé et du seigle non acclimatés et acclimatés au froid durant leur croissance et développement en concentrations ambiantes et élevées de CO2 ont été l'objet de notre étude. Dans le premier article de ce travail, nous avons comparé la contribution des effets de la plasticité phénotypique observée au niveau des feuilles et de la plante entière avec les effets biochimiques et moléculaires sur la performance photosynthétique et l'utilisation de l'eau des cultivars hivernaux et printaniers de blé (cv Norstar et cv Katepwa) et de seigle (cv Musketer et cv SR4A) non-acclimatés (20°C) et acclimatés au froid (5°C). Le blé et le seigle d'hiver acclimatés au froid présentent des hausses de 22 et 44% de leur activité photosynthétique maximale (Asat) et du double de leur efficacité d'utilisation de l'eau. Les sucres produits par la photosynthèse sont exportés au niveau des organes de réserve et de la paroi cellulaire. Les analyses biochimiques et moléculaires montrent que les céréales d'hiver acclimatées au froid augmentent leur efficacité et taux de transfert d'électrons photosynthétiques, diminuent la pression d'excitation au niveau de leur photosystème II et augmentent la dissipation de l'énergie sous forme de chaleur, démontrant ainsi une meilleure performance face à l'inhibition photosynthétique associée au froid. Par ailleurs les résultats obtenus avec la surexpression de BNCBF17 chez Brassica napus indiquent que les gènes CBFs/DREBs semblent réguler la tolérance au gel et gouvernent l'architecture des plantes, l'anatomie des feuilles, la performance photosynthétique et l'efficacité de l'utilisation de l'eau. Nous discutons dans cet article des coûts et des bénéfices de la plasticité phénotypique en termes de survie hivernale et de la capacité de reproduction. Dans le deuxième article nous avons déterminé si l'exposition à court terme aux concentrations élevées de CO2 de 700 µm.mol-1 pouvait compenser l'inhibition photosynthétique induite par le froid chez les variétés printanières de céréales. Les taux d'assimilation de la photosynthèse (Asat) ont été mesurés chez deux variétés (hivernale et printanière) de blé Triticum aestivum (cv Norstar et Katepwa) et de seigle Secale cereale (cv Musketeer et cv SR4A) non acclimatées (température 20/16°C jour/nuit) et acclimatées au froid (température 5/5°C jour/nuit). Suite à une exposition courte de aux concentrations élevées de CO2 de 700 µmol C mol-1, les variétés printanières de blé et seigle acclimatées au froid présentent une diminution de 45 à 60% de leur taux de photosynthèse comparée à leurs homologues non acclimatées. Les plants de blé et de seigle d'hiver acclimatés au froid présentent une augmentation de 15 à 35% de leur photosynthèse comparativement aux plants non acclimatés. L'assimilation de CO2 durant l'acclimatation au froid est 60% moins élevée chez les variétés printanières comparativement aux variétés hivernales. Ces résultats démontrent que l'exposition à court terme aux concentrations élevées de CO2 ne peut compenser l'inhibition photosynthétique induite par le froid chez les variétés printanières. La limitation du CO2 pour la Ribulose 1, 5-biphosphate carboxylase/oxygénase que l'on observe généralement à concentration ambiante de CO2 est accentuée par l'acclimatation au froid chez les cultivars de printemps. De plus, l'exposition à court terme aux concentrations élevées de CO2, ne permet pas aux cultivars de printemps d'ajuster la sensibilité thermale associée à la photosynthèse durant l'acclimatation au froid comparativement aux cultivars d'hiver. Dans le troisième article, l'analyse du transcriptome chez le blé (Triticum aestivum. L,) d'hiver Norstar cultivé à long terme en conditions de CO2 ambiant (380 µmol C mol-1) et élevé (700 µmol C mol-1) a été initiée afin de déterminer les facteurs physiologiques et génétiques impliqués dans la réponse des plantes non-acclimatés (NA, 20°C) et acclimaté au froid (CA, 5°C) aux concentrations élevées de CO2. Les plantes acclimatées au froid en conditions de CO2 ambiant présentent, un phénotype court et robuste, une réduction de 33% de leur croissance, une hausse double du poids spécifique de leur feuille de même que de leur quantité de protéine et une hausse de 30% de leur quantité de chlorophylle par unité de surface foliaire comparativement aux plantes non acclimaté. Les concentrations élevées de CO2 ont peu d'effets sur ces paramètres morphologiques. Néanmoins les concentrations élevées de CO2 ont entraîné une hausse de 30% de la biomasse des parties aériennes du blé non acclimaté et acclimaté au froid. Le blé Norstar acclimaté au froid maintient des taux de photosynthèses en conditions de lumière et de CO2 saturantes comparables au blé non-acclimaté, mais requiert moins de quantum pour la fermeture du photosystème et pour la dissipation de l'énergie sous forme de chaleur. Les plantes non acclimaté et acclimaté au froid ne sont pas sensibles à l'inhibition photosynthétique induite par les concentrations élevées de CO2. L'effet le plus marqué des concentrations élevées de CO2 chez le blé non acclimaté est la diminution de l'expression des gènes impliqués dans la défense des plantes face aux pathogènes. Par contre, ces effets sont moins accentués chez les plantes acclimatées au froid grâce à l'induction des gènes impliqués dans la résistance aux pathogènes, dans la tolérance au gel, dans la protection et à la stabilisation du chloroplaste. Ces résultats démontrent que l'acclimatation au froid et les concentrations élevées de CO2 ont des effets opposés sur la régulation du système de défense des plantes. Ces résultats démontrent que es concentrations élevées de CO2 auront moins d'impact sur la performance et la productivité des plantes qui vivent dans les pays nordiques contrairement à celles qui vivent dans les environnements plus chauds. Avec les conditions de CO2 élevé prévu, la sélection de plantes ayant des caractères de résistance aux pathogènes est fortement suggérée. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Assimilation de CO2, concentrations élevées de CO2, acclimatation au froid, transcriptome, stress abiotiques et biotiques, gènes de résistance aux pathogènes

La forme globale d'une plante ornementale est un des ses critères esthétiques majeurs. Celle-ci est conditionnée par son architecture, en particulier par le débourrement des bourgeons et l'élongation des axes. Les facteurs environnementaux et notamment la lumière, ont un impact fort sur ces deux processus. Manipuler les conditions d'éclairement des jeunes plantes en culture pourrait permettre de produire des plantes de formes innovantes, avec des pratiques respectueuses de l'environnement. Il existe toutefois un déficit important de connaissances sur les mécanismes de régulation du développement des plantes par la lumière. Dans cette thèse, nous avons étudié l'impact de la lumière bleue sur le développement architectural de deux variétés de rosier-buisson en couplant des approches morphologiques, histologiques et moléculaires. Nos résultats montrent que la lumière bleue monochromatique a un effet dépressif sur l'assimilation photosynthétique des rosiers mais induit chez les deux cultivars, une activité organogénétique du méristème, une croissance des métamères et un développement floral similaires à ceux induits par un spectre lumineux complet. Au contraire, la suppression du spectre bleu de la lumière blanche stimule l'élongation des axes d'ordre I chez l'un des cultivars. Cette stimulation résulte de l'augmentation de l'assimilation chlorophyllienne et de l'élongation cellulaire au sein des entre-noeuds. Ce photo-contrôle s'exerce sur l'expression de gènes du métabolisme glucidique et du relâchement pariétal. Notre étude sur mutants de photorécepteurs de pois suggère que le phytochrome B est le photorécepteur majeur impliqué dans cette réponse à la lumière bleue.