Le silicium (Si) ne figure pas parmi les éléments essentiels des plantes, mais son effet prophylactique contre divers stress biotiques et abiotiques a été rapporté chez plusieurs espèces. Il existe toutefois une grande variabilité du taux d’absorption du Si au sein du règne végétal, qui est corrélée avec la protection que les plantes en retirent. Cette variabilité s’explique par un transporteur d’influx (Lsi1), une aquaporine de la famille des NIPIII qui assure la perméabilité du Si au niveau des cellules racinaires. Un filtre sélectif aromatique/arginine (ar/R) de type G-S-G-R est aujourd’hui reconnu comme étant essentiel pour la sélectivité du Si, bien que de nouvelles données suggèrent autrement. L’objectif a été d’étudier la fonctionnalité du transporteur Lsi1 afin de déterminer le premier résidu clé du filtre sélectif impliqué dans la sélectivité du Si. Différentes substitutions d'acides aminés ont été étudiées dans le filtre ar/R chez les Lsi1 afin d’évaluer l’impact de ces mutations sur la perméabilité au Si. L’étude a révélé que le résidu glycine à la première position du filtre sélectif n’est pas essentiel à la sélectivité du Si. L’acide aminé glycine adjacent, très conservé au sein des transporteurs de Si, a semblé en revanche plus décisif dans l’accumulation. Ces résultats apportent une meilleure compréhension de la fonctionnalité du transporteur Lsi1 pour mieux exploiter ses propriétés bénéfiques. L’espèce Brassica napus figure parmi les faibles accumulateurs de Si en raison de l’absence du gène Lsi1. Le deuxième objectif a été de mesurer l’effet du Si chez les plants de canola transformés avec le gène Lsi1. Alors que les plants transformés ont accumulé significativement plus de Si, il ne semble pas que la différence ait été suffisante pour contrer la maladie causée par Leptosphaeria maculans. Des études supplémentaires sont nécessaires en vue d’améliorer le taux d’absorption du Si chez le canola. / Silicon (Si) is not considered an essential element for higher plants despite its prophylactic role against many biotic and abiotic stresses. One of the most puzzling properties of Si is its differential absorption by plants, which is correlated with the level of protection. This variability would be explained by the presence or absence of an influx transporter (Lsi1), a NIPIII aquaporin that allows Si absorption in roots cells. A selectivity filter aromatic/arginine (ar/R) composed of four amino acids G-S-G-R is known to determine the selectivity for silicic acid although new data suggest otherwise. The first objective of this project was to determine the first key residue in the ar/R filter to optimize Si accumulation in plants. For this purpose, we conducted several substitutions of residues within the filter and evaluated the impact of each mutation on Si permeability. Our results revealed that the first glycine in the filter is not required for permeability. On the other hand, the adjacent glycine, highly conserved in many aquaporins, plays an essential role. These findings bring new insights into the functionality of Lsi1 transporters that can be applied to better exploit the beneficial properties of Si in agriculture. Brassica napus is considered as a low Si accumulator due to the absence of a functional Lsi1. The second objective was to measure the effects of Si absorption in canola plants transformed with the Lsi1 gene. Even if the transformants were able to accumulate more Si, it seems that the difference was not enough to give a protection against Leptosphaeria maculans. Additional studies are needed to improve Si absorption in canola.

Dans les cellules eucaryotes, chaque membrane a une composition lipidique qui lui est propre. La composition des membranes est finement régulée en fonction des conditions environnementales et physiologiques de la plante. Cette homéostasie lipidique est le résultat des processus de synthèse, conversion, dégradation et de trafic des lipides. Si la majorité des enzymes impliqués dans le métabolisme des lipides est identifiée, la majorité des mécanismes de transferts intermembranaires des lipides reste à caractériser. Nous nous concentrons sur l'homéostasie lipidique des chloroplastes et plus particulièrement celle des galactolipides, lipides essentiels des membranes photosynthétiques. Les galactolipides sont synthétisés au niveau de l'enveloppe des chloroplastes. Cependant, une grande partie des galactolipides proviennent de la phosphatidylcholine, elle-même synthétisée dans le réticulum endoplasmique. Cette délocalisation de la voie de synthèse sur deux compartiments souligne l'importance de l’étape de transfert lipidique associé.Des études transcriptomiques ont montré qu'ALA10, une ATPase de type P4, flippase de phospholipides, est surexprimée dans des conditions faisant varier la synthèse des galactolipides, telles que l'inhibition chimique des MGDG synthases par la galvestine-1 ou la carence de phosphate.Le but de cette thèse est de caractériser ALA10 et d'analyser son rôle dans ce trafic lipidique et dans l’homéostasie des galactolipides chloroplastiques.Pour comprendre le rôle d'ALA10, nous avons d'abord étudié sa localisation subcellulaire à l'aide d'une fusion traductionnelle avec la GFP et effectué des analyses lipidiques de différentes lignées exprimant ALA10 à différents niveaux. L’analyse de la composition lipidique indique qu'ALA10 stimule la synthèse des galactolipides et limite la désaturation de la phosphatidylcholine dans le réticulum endoplasmique. Nous avons recherché les partenaires protéiques potentiels d'ALA10 permettant d'expliquer ces effets et utilisé une approche de complémentation de fluorescence bimoléculaire afin d'étudier ces interactions. Nous avons pu déterminer qu'ALA10 interagit avec ALIS1 et ALIS5, deux sous-unités beta potentiellement nécessaires à la localisation et à la fonction d'ALA10, et confirmer leurs colocalisation avec ALA10 à l'aide de fusions GFP/CFP. ALA10 peut être localisée dans le réticulum endoplasmique à proximité des chloroplastes avec ALIS5 ou au niveau de la membrane plasmique avec ALIS1. Nous avons aussi pu déterminer qu'ALA10 interagit avec l’acide gras désaturase, FAD2, et une E3-ubiquitine ligase, PUB11. L''interaction avec FAD2 confirme un lien entre ALA10 et la désaturation de la phosphatidylcholine.Nous avons ensuite étudié l'effet d'ALIS1 et d'ALIS5 sur la fonction d'ALA10 en utilisant des lignées n’exprimant pas ces protéines ou les surexprimant avec ALA10. L'observation en microscopie électronique a révélé que la forme des chloroplastes et leurs relations avec le système endomembranaire sont modifiées en fonction de l'ALIS coexprimée avec ALA10. Les analyses lipidiques effectuées sur les plantes mutantes confirment un effet d’ALA10 sur l’homéostasie des galactolipides et la désaturation de la phosphatidylcholine. Les résultats suggèrent plusieurs fonctions d'ALA10, dépendantes de l’ALIS. Cet effet apparait variable en fonction de la photopériode ou du rythme circadien et indiquent une régulation post traductionnelle d'ALA10. Le rôle de PUB11 dans cette régulation a été exploré.Au final, cette étude révèle que, dans les cellules chlorophylliennes, ALA10, une flippase de phospholipides du réticulum endoplasmique, est impliquée dans la dynamique de désaturation de la phosphatidylcholine. Son activité stimule la synthèse des galactolipides et active la biogénèse des membranes photosynthétiques, probablement, en favorisant les échanges de lipides entre le chloroplaste et le réticulum endoplasmique. / In a eukaryotic cell, each membrane compartment has a specific lipid composition, regulated according to physiological and environmental conditions. This lipid homeostasis results from coordination of lipid synthesis, conversion, degradation and trafficking. Whereas most enzymes involved in lipid metabolism are now identified, most steps of lipid transport remain to be characterized. We focus on the chloroplast lipid homeostasis, particularly on galactolipid homeostasis, essential lipids of photosynthetic membranes. This lipids are synthetized within the chloroplast's envelope. However, a majority of galactolipids derived from phosphatidylcholine which is synthetized in the endoplasmic reticulum. The delocalization of this synthesis pathway underline the importance of the associated lipid trafficking.Transcriptomic studies have highlighted that ALA10 is overexpressed in condition modifying the galactolipids synthesis such as the chemical inhibition of MGDG synthesis by the galvestine-1, or during phosphate starvation.The aim of this thesis is to characterize ALA10, analyzing its role concerning this lipid trafficking and the chloroplastic galactolipid homeostasis.To understand ALA10's role, we firstly have used GFP fusion to determine its subcellular localization and analyzed lipid composition of different plant lines expressing ALA10 at different levels. Lipid analysis show that ALA10 boosts galactolipid synthesis and limits endoplasmic reticulum located phosphatidylcholine desaturation. We searched ALA10's potential partners in order to explain this effects and studied their interaction using a bimolecular fluorescence complementation approach. We determined that ALA10 interacts with ALIS1 and ALIS5, two beta subunit potentially necessary for ALA10's localization and function, and confirmed the colocalization of these proteins with ALA10 using GFP/CFP fusions. ALA10 with ALIS5 can localize within the endoplasmic reticulum in close proximity to chloroplast, or near the plasma membrane with ALIS1. We have also determined that ALA10 interacts with a fatty acid desaturase, FAD2 and with an E3-ubiquitine ligase PUB11. FAD2 interaction confirms the link between ALA10 and phosphatidylcholine desaturation.Then we have studied the ALIS1 and ALIS5 effect on ALA10 function using KO lines for these proteins or overexpressor lines in conjunction with ALA10 overexpression. Electron microscopy observation revealed that the chloroplast morphology and their relations with endomembrane system are modified depending of the ALIS expressed with ALA10. Lipid analysis on KO lines confirms an impact of ALA10 on galactolipids homeostasis as well as in phosphatidylcholine desaturation. This effect appears to be variable depending of the photoperiod or the circadian rhythm indicating a post traductional regulation of ALA10. The role of PUB11 in this regulation have been studied.Finally this study reveal that, in chlorophyll cells, the endoplasmic reticulum phospholipid flippase ALA10 is involved in the desaturation process of phosphatidylcholine. Its activity stimulates galactolipid synthesis and activates biogenesis of photosynthetic membranes, probably by promoting lipids exchange between chloroplasts and endoplasmic reticulum.

Mon projet de maîtrise avait pour but d’évaluer la faisabilité d’une solution de phytoremédiation par phyto-extraction d’un sol modérément contaminé en zinc et en arsenic. Cette évaluation s’est basée sur les résultats d’une expérience en pots réalisée dans un tunnel de croissance de l’Institut de recherche en biologie végétale (IRBV) durant l’été 2015. Le sol utilisé provenait directement du site contaminé. Les plantes choisies pour cette expérience étaient deux cultivars de saule, Salix purpurea ‘Fish Creek’ et Salix miyabeana ‘SX67’ ainsi que trois herbacées Medicago sativa, Festuca arundinacea et un mélange de plantes utilisé pour la stabilisation de sol. L’impact d’un agent chélateur (acide nitrilotriacétique, NTA) sur la phytoremédiation et le développement des espèces a également été étudié. Les saules ont extrait deux à trois fois plus de zinc que les herbacées. La tendance était inversée pour l’arsenic avec une extraction deux à trois fois plus grande chez les herbacées. Le chélateur NTA a eu un effet positif sur la biomasse aérienne des plantes et sur la phyto-extraction du zinc, mais pas sur la phyto-extraction de l’arsenic. Une diminution importante de la quantité de zinc et d’arsenic a été observée dans les sols. Cette diminution provient des effets combinés de la phyto-extraction et d’autres facteurs, comme la variabilité intrinsèque du sol ainsi que son lessivage. La phyto-extraction de l’arsenic a donné des résultats médiocres, quels que soient les traitements et les plantes utilisés. Les résultats obtenus démontrent l’efficacité des saules et le potentiel du chélateur NTA pour la phyto-extraction du zinc. / My master project aimed to evaluate if phytoremediation by phytoextraction was a viable solution in cleaning up a moderately contaminated soil in zinc and arsenic. This evaluation was based on the results of a potted experiment done within Montreal Botanical Garden, in a growth tunnel set up by Institut de recherche en biologie végétale (IRBV). The soil was collected from a contaminated site. We chose the following plants species: two willow cultivars, Salix purpurea ‘Fish Creek’ and Salix miyabeana ‘SX67’, two grasses Medicago sativa L., Festuca arundinacea and a mix of grasses used for soil stabilization. The impact of a chelating agent (nitrilotriacetic acid, NTA) on phytoextraction and plant growth was also assessed. Salix extracted two to three time more zinc than the grasses. For arsenic, the opposite trend was observed, with two to three times more arsenic extracted by grasses. Chelator NTA had a positive effect on above ground biomass and overall phytoextraction of zinc, but not for arsenic phytoextraction. A significant diminution of zinc and arsenic was observed in soil after the experiment. This diminution comes from the combined effects of phytoextraction and other factors, such as intrinsic soil variability and its leaching. Arsenic phytoextraction was overall mediocre regardless of the species and treatments used. These results show the effectiveness of willows and potential from chelator NTA for zinc phytoextraction.

Dans cette thèse de physique appliquée à la physiologie végétale nous nous intéressons à deux phénomènes liés aux plantes. L'ascension capillaire dans des coins et la verse des céréales et des arbres. Lorsque les plantes sont soumises à de forts stress hydriques, des bulles de gaz apparaissent dans leur sève, c'est l'embolie. Il y a des situations avec interfaces sève/air dans les plantes. De plus nous observons sur les coupes anatomiques des plantes des géométries en forme de coin. Ces géométries et la présence d'interfaces liquide/vapeur permettraient l'ascension capillaire de la sève. Ceci pourrait réparer les embolies soit en remplissant les vaisseaux qui se sont vidés de leur sève, soit en assurant un flux de sève de secours, le temps que de nouveaux vaisseaux remplis de sève soient formés. Nous avons caractérisé la dynamique de l'ascension capillaire dans des géométries en forme de coin et nous l'avons appliquée à l'ascension capillaire dans des rameaux embolisés. La verse est la chute des plantes, elle est causée entre autre par le vent. Elle apparaît tous les ans dans les champs de céréales, détruisant en moyenne 30% des récoltes. Les forêts en sont aussi victimes lors des grandes tempêtes, on pense à Lothar et Martin en 1999 et Klaus en 2009 pour la France. La comparaison entre la vitesse des vents et le pourcentage d'arbres cassés indique une vitesse critique de 150 km/h pour laquelle presque tous les arbres sont détruits. En nous intéressant aux effets de la géométrie des plantes et à leur caractère fragile nous avons déterminé des critères de rupture et notamment retrouvé une vitesse critique proche de 150 km/h pour laquelle les arbres sont versés

Le colza est une culture oléagineuse très exigeante en intrants azotés associée à une faible efficience d’usage de l’azote (EUA). Le défi majeur vise à améliorer le bilan agroenvironnemental du colza par une optimisation de l’EUA, notamment en condition où l’azote est limitant dans le sol. L’EUA est limitée par une faible efficience de remobilisation de l’azote (ERA) lors de la sénescence des feuilles. L’objectif de ce travail de thèse a consisté à rechercher, chez le colza, la topologie et l’orientation des attributs métaboliques associées à l’ERA pendant la sénescence foliaire.Les résultats montrent que le métabolome des feuilles évolue tout au long de leur développement végétatif, de leur croissance à leur chute. Il est spécifique à chaque étage foliaire et traduit des relations trophiques et environnementales particulières liées au positionnement des feuilles dans le couvert végétal. Ces spécificités sont associées à des variations de teneurs en glucides, d’acides aminés,de glucosinolates et de coumarines en lien étroit avec la régulation phytohormonale du développement foliaire et avec leur translocation dans le phloème. Le cas de la Proline a été plus particulièrement approfondi et l’activation de son catabolisme sous régulation circadienne dans les tissus sénescents a été mise en évidence. Une approche combinée de transcriptomique et de métabolomique a permis de démontrer une variabilité génotypique importante dans les processus de dégradation et de transport des protéines, glucides et acides aminés entre deux génotypes à forte ERA. De la même manière, des relati / Oilseed rape is a very demanding oleaginous crop for nitrogen inputs associated with a low nitrogen use efficiency (NUE). The main challenge to improve the agri-environmental balance of oilseed rape is to optimize the NUE, especially under nitrogen deprivation. The NUE is limited by a low nitrogen remobilization efficiency (NRE) during leaf senescence. The aim of this thesis was to define the metabolome topology and orientation associated with NRE during leaf senescence in oilseed rape.The results show that leaf metabolome dynamically evolves throughout their vegetative growth, until their fall. Metabolome was found specific to each leaf rank, reflecting the trophic and environmental relationships related to the leaf positioning in the canopy. These specificities are associated with variations in carbohydrates, amino acids, glucosinolates and coumarins contents in close connection with the phytohormonal regulation of leaf development and with their translocation in the phloem.In particular, the activation of Proline circadian-controlled catabolism in senescent tissues was demonstrated. Finally, significant variations in the degradation and transport of proteins, carbohydrates and amino acids between two highly efficient NRE genotypes were highlighted using a combined transcriptomic and metabolomic approach. Similarly, a close relationship has been described between the genes expression levels and the metabolic content involved to increase NRE under low nitrogen input.The results are discussed regarding nitrogen remobilization improvement and more generally nutrients i

My master's work was done within the context of the PhytoVaLix project, a research project that brings together researchers from the Université de Montréal and private companies. The goal of this project is to develop a technology for the phytotreatment of leachate from engineered landfill sites using willows to replace conventional techniques. A filtering plantation of miyabeana willow (Salix miyabeana) is currently in place on the experimental site. The willows are watered with leachate so that they use ammoniacal nitrogen, the main pollutant, for their growth. In my study, I focused on the morphological and physiological responses developed by four willow species when subjected to various treatments combining flooding and nitrogen overfertilization. The study aimed to compare the potential of these species for nitrogenous water phytoremediation as well as two leachate application methods. Responses to flooding and overfertilization with nitrogen varied and reveal much about the strategies adopted by each species. The biomass of S. miyabeana, S. amygdaloides and S. nigra was not impacted by the leachate treatments, while S. bebbiana suffered greatly from the flooding periods. The native species S. nigra and S. amygdaloides positively stood out in their ability to remove nitrogen from leachate (>75 kg/ha). It would be relevant to continue research on these two with the aim of using them in projects where leachate phytotreatment and biodiversity go hand in hand. / Mon travail de maitrise a été réalisé dans le cadre du projet PhytoVaLix, un projet de recherche qui réunit des chercheurs de l'Université de Montréal et des entreprises privées. Le but de ce projet est de développer une technologie de phytotraitement de lixiviat provenant de lieux d’enfouissement technique à l’aide de saules pour remplacer les techniques conventionnelles. Une plantation filtrante de saule miyabeana (Salix miyabeana) est présentement en place sur le site expérimental. Les saules y sont arrosés avec du lixiviat afin qu’ils utilisent l’azote ammoniacal, le polluant principal, pour leur croissance. Dans mon étude, je me suis intéressée aux réponses morphologiques et physiologiques développées par quatre espèces de saule lorsqu’elles sont soumises à divers traitements combinant l’inondation et la surfertilisation à l’azote. L’étude avait comme objectif de comparer le potentiel de ces espèces pour la phytoremédiation d’eau azotée et de deux méthodes d’application du lixiviat. Les réponses à l’inondation et à la surfertilisation à l’azote furent variées et en révèlent beaucoup sur les stratégies adoptées par chacune des espèces. La biomasse de S. miyabeana, S. amygdaloides et S. nigra ne fut pas impactée par les traitements de lixiviat, alors que S. bebbiana a grandement souffert des périodes d’inondation. Les espèces indigènes S. nigra et S. amygdaloides se sont positivement démarqués quant à leur capacité à retirer l’azote du lixiviat (>75 kg/ha). Il serait pertinent de continuer à faire des recherches sur celles-ci dans le but de les utiliser dans des projets où le phytotraitement du lixiviat et la biodiversité vont de pair.

Le but de cette étude est de comprendre l’effet d’une irrigation par les eaux usées et /ou de la fertilisation par les engrais chimiques sur la productivité aérienne et souterraine d’une plantation de saule Salix miyabeana SX67 en CICR dans un contexte de filtre végétal. Nous avons d’une part évalué l’impact de diverses doses d’eau usées et/ou de la fertilisation minérale sur les rendements en biomasse ligneuse d’une culture de saules au cours d’un cycle de croissance de deux ans. D’autre part et pour la même période nous avons comparé le développement racinaire (biomasse, morphologie et distribution dans le sol) suite aux divers traitements. Les résultats ont montré qu’au terme de deux ans de croissance, les traitements par les eaux usées aussi bien que celle par les engrais a permis l’augmentation des rendements de la biomasse aérienne de notre culture de saules avec un effet plus prononcé suite au traitements des eaux usées qu’à celui du fertilisant chimique. Nous avons mesuré des productivités en biomasse aussi élevées que 39,4 Mg ha-1 et 54,7 Mg ha-1 et ce pour les parcelles qui ont reçu la plus grande quantité d'eaux usées, respectivement pour les saules non fertilisé et fertilisé (D3-NF et D3-F). La majeure partie du système racinaire était en superficie avec 92-96% des racines (racine fine et racine grosse) concentrées dans les premiers 40 cm de sol et nous avons trouvé que la biomasse des racines fines était comprise entre 1,01 et 1,99 Mg ha-1. Généralement la fertilisation chimique n’a pas eu d’effet sur les rendements en biomasse des racines totales et/ou fines. Bien que l’irrigation par les eaux usées ait entraîné une réduction statistiquement significative de la biomasse racinaire, néanmoins cette réduction n'était pas linéaire (avec une réduction de la biomasse de D0 à D1, une augmentation de D1 à D2 pour réduire de nouveau de D2 à D3). Cette tendance porte à penser qu'au-delà d'une certaine quantité d'eau et de nutriments (suite à l’irrigation par les eaux usées), le développement du système racinaire des saules est affecté négativement, et bien que la biomasse aérienne soit restée élevée sous le traitement D3, nous pensons que le développement de la plante a été quelque peu déséquilibré. Aucun changement significatif n'a été constaté dans les traits morphologiques liés à l'irrigation par les eaux usées. / The aim of this study was to understand the effect of both wastewater and/or mineral fertilisation on above- and belowground biomass of a Salix miyabeana SX67 willow SRC in a filter vegetation context. We firstly assessed the impact of various doses of wastewater and/or mineral fertilization on biomass yield after two season growth. On the other hand and during the same period we estimated root production and assessed vertical root distribution and roots morphology in response to various treatments doses. The results showed that after two years of growth both mineral fertilization and wastewater sewage fertilization enhanced willow aboveground biomass yields, with a more accurate effect due to wastewater irrigation than the mineral fertilization. We recorded high biomass yields such as 39.4 Mg ha-1 and 54.7 Mg ha-1 respectively for unfertilized and fertilized plants plots which benefits with the largest amount of wastewater (D3-NF and D3-F). We found that most of the roots were contained in top soil layers with 92-96% of the total roots (including fine and coarse roots) concentrated within the first 40 cm of soil depth, fine root biomass ranged between 1.01 and 1, 99 Mg ha-1. Neither mineral fertilization nor wastewater sewage irrigation showed an effect on total or fine roots biomass yields. Although we found a statistically significant decrease prior to wastewater treatments, this reduction was not linear (with a decrease of the biomass from D0 to D1, increased from D1 to D2 to go down again from D2 to D3). This pattern suggests that beyond a certain amount of water and nutrients (due to irrigation with wastewater) the development of the willow root system is negatively affected, and although the aboveground biomass remained high in the D3 treatment, we believe that the development of the plant was somewhat unbalanced. No significant changes were found in the deep morphological traits related to irrigation with sewage wastewater.

Mon mémoire de maîtrise a été réalisé dans le cadre du projet Génorem (www.genorem.ca), un projet multidisciplinaire qui réunit différents chercheurs de l'Université de Montréal et de l'Université McGill dans le but d'améliorer les techniques utilisées en bioremédiation. Dans le cadre de l'étude, des saules à croissance rapide (Salix sp.) ont été utilisés comme plantes modèles dans l'étude. Ainsi, 11 cultivars de saule ont été suivis afin de déterminer leur potentiel à produire un bon rendement de biomasse, à tolérer des conditions de stress sévère causé par la présence de HAPs (hydrocarbures aromatiques polycycliques) , BPCs (biphényles polychlorés) et d'hydrocarbures pétroliers C10-C50. L'expérimentation consistait en une plantation de saule à forte densité qui a été mise en place en 2011 sur le site d'une ancienne industrie de pétrochimie à Varennes, dans le sud du Québec. Les boutures des génotypes sélectionnés ont été plantées sur une superficie d'environ 5000 m2. Les plantes ont été suivies pendant les deux saisons de croissance suivant le recépage et une série de paramètres de croissance et de mesures physiologiques ont été récoltés (surface foliaire, taux de chlorophylle, conductance stomatique et statut nutritionnel) dans le but d'évaluer et de comparer les performances de chaque génotype sur un sol pollué. Les analyses statistiques ont démontré que le cultivar S. miyabeana (SX61) était le meilleur producteur de biomasse sur le site contaminé, tandis que S. nigra (S05) et S. acutifolia (S54) présentaient la meilleure capacité photosynthétique. S. dasyclados (SV1), S. purpurea (‘Fish Creek’) et S. caprea (S365) ont semblé particulièrement affectés par la présence de contaminants. La capacité d'établissement et la croissance de S. nigra (S05), S. eriocephala (S25) and S. purpurea x S. miyabeana (‘Millbrook’) indiquent une tolérance globale supérieure à la pollution . Cette analyse comparative des différentes réponses physiologiques des saules cultivés sur un sol contaminé pourra guider le processus de sélection de plantes et les techniques de bioremédiation dans les futurs projets de phytoremédiation. / My master thesis is part of a larger multidisciplinary initiative called GenoRem (www.genorem.ca). GenoRem brings together scientists from Université de Montréal and McGill University in a quest to improve bioremediation techniques through molecular and biological processes. Eleven fast-growing willow (Salix sp.) cultivars were studied, primarily to identify those that produce high biomass yields, demonstrate capacity to thrive under harsh environmental conditions and to tolerate the presence of PAHs (polycyclic aromatic hydrocarbons), PCBs (polychlorinated biphenyls) and C10-C50. A high-density field experiment was undertaken during the summer of 2011 on a former petrochemical industrial site in southern Québec, Canada. Cuttings of selected willow genotypes were planted on an area covering ~5000 m². Plants were monitored over the two growing seasons that followed the coppicing by recording a series of growth parameters and physiological measurements (specific leaf area, chlorophyll concentration, stomatal conductance and nutrient concentration) in order to compare growth performance of each genotype on contaminated soils. S. miyabeana cultivars (SX61) achieved the highest biomass production, while S. nigra (S05) and S. acutifolia (S54) had the highest photosynthetic capacity. S. dasyclados (SV1), S. purpurea (‘Fish Creek’) and S. caprea (S365) were negatively affected by the presence of contaminants The establishment capacity and development of S. nigra (S05), S. eriochephala (S25) and S. purpurea X S. miyabeana (‘Millbrook’) were globally less influenced by soil pollution. This comparative analysis of physiological responses of willow on contaminated soil will guide plant selection processes and bioremediation practices in future phytoremediation projects.

L’hexokinase (HK) est la première enzyme du métabolisme des hexoses et catalyse la réaction qui permet aux hexoses d’entrer dans le pool des hexoses phosphates et donc par le fait même la glycolyse. Bien que le glucose soit son principal substrat, cette enzyme peut aussi phosphoryler le mannose et le fructose. Malgré son importance dans le métabolisme primaire, l’HK n’a jamais été purifiée à homogénéité sous forme native. Le but de ce travail était donc de purifier une isoforme d’HK à partir de tubercule de Solanum tuberosum et par la suite de caractériser ses propriétés cinétiques. Bien avant que je commence mon travail, un groupe de recherche avait déjà séparé et partiellement purifié trois isoformes d’HK de S. tuberosum. Un protocole d’extraction était donc disponible, mais l’HK ainsi extraite était peu stable d’où le besoin d’y apporter certaines modifications. En y ajoutant certains inhibiteurs de protéases ainsi qu’en modifiant les concentrations de certains éléments, le tampon d’extraction ainsi modifié a permis d’obtenir un extrait dont l’activité HK était stable pendant au moins 72h après l’extraction, en empêchant la dégradation. À l’aide du tampon d’extraction optimisé et d’une chromatographie sur colonne de butyl sépharose, il a été possible de séparer 4 isoformes d’HKs. Par la suite, une isoforme d’HK (HK1) a été purifiée à l’homogénéité à l’aide de 5 étapes de chromatographie supplémentaires. En plus de caractériser les propriétés cinétiques de cette enzyme, l’analyse de séquençage par MS/MS a permis de l’associer au produit du gène StHK1 de Solanum tuberosum. Avec une activité spécifique de 10.2 U/mg de protéine, il s’agit de l’HK purifiée avec l’activité spécifique la plus élevée jamais rapportée d’un tissu végétal.L’ensemble des informations recueillies lors de la purification de HK1 a ensuite été utilisée pour commencer la purification d’une deuxième isoforme (HK3). Ce travail a permis de donner des lignes directrices pour la purification de cette isoforme et certains résultats préliminaires sur sa caractérisation enzymatique. / Hexokinase (HK) catalyzes the first step of hexose metabolism by phosphorylating hexose to generate the corresponding hexose phosphate thereby allowing hexose entrance in glycolysis. Even though glucose is the main substrate, HK can also phosphorylate a broad spectrum of hexoses. Despite its importance this enzyme has never been purified to homogeneity in a native form. The aim of this work was therefore to purify this enzyme from Solanum tuberosum tubers and subsequently characterize its kinetic properties. Before I started this work, another group had already separated and partially purified 3 HK isoform from S. tuberosum. An extraction protocol was available but improvement was necessary since the extracted HK had little stability. By adding some protease inhibitors and by modifying the concentration of certain components in the extraction buffer we were able to obtain an extract with a HK activity stable for at least 72 h after extraction by preventing degradation. With this buffer and chromatography on butyl sepharose it was possible to separate 4 HK isoforms from S. tuberosum. After 5 more chromatographic steps, one HK isoform was purified to homogeneity (HK1). This enzyme was characterized and sequenced by MS/MS. We were able to associate this protein sequence with the gene product of StHK1 from S. tuberosum. With a specific activity of 10.2 U/mg of protein, this is the HK with the highest specific activity ever reported from a plant tissue. All the information gathered while purifying HK1 was used to undertake the purification of a second isoform (HK3). We were able to obtain preliminary results on its kinetic properties.

En 2011, cinq (5) cultivars de saules ont été sélectionnés pour leur rendement en biomasse. Ils ont été plantés sur quatre sites de la province du Québec et ont été maintenus selon le protocole de la culture intensive sur courtes rotations (CICR) afin de déterminer leur potentiel pour la bioénergie dans des environnements contrastés. La composition et l’anatomie du bois de ces cultivars ont été caractérisées et comparés en fonction des conditions environnementales caractéristiques de chaque site. La hauteur et le diamètre à la base des plantes diffèrent selon les sites. Ainsi, les cultivars répondent de façon spécifique aux conditions pédoclimatiques dans lesquelles ils sont cultivés. L’effet de l’environnement n’a pas été mis en évidence sur la teneur en lignine des cultivars. Cependant, un effet génotypique a pu être constaté soulignant l’importance de la sélectivité des cultivars. La densité du bois a étonnamment conservé la même hiérarchie génotypique entre les sites. À l’opposé, l’anatomie du bois présente des différences notamment au niveau des caractéristiques des fibres et des vaisseaux. Une forte teneur en polyphénols ainsi que des fibres moins larges et des vaisseaux plus nombreux ont été observés sur le site dont le bois est le plus dense supposant l’effet probable d’un stress abiotique. De plus, deux fois plus de fibres gélatineuses, fibres riches en cellulose, ont été identifiées sur ce site montrant un intérêt pour la production de bioéthanol. / In 2011, five (5) willow cultivars were selected for biomass yield. They were planted according to SRC (Short Rotation Coppice) protocol on four sites in Quebec (Canada) to determine their bioenergy potential in contrasting environments. Wood composition and anatomical traits were characterized and compared between both genotypes and environmental growing conditions. Tree height and stem diameter differed between sites, and pedoclimatic conditions more favorable for willow growth were identified. However, each cultivar showed a specific response to its environment. While no significant variation in lignin content was observed between sites, a clonal effect confirms the importance of cultivar selection. Surprisingly, the pattern of genotype variability in stem density was the same on all sites. Wood anatomy differed on fiber and vessel traits between high and low wood density sites, which suggests a probable effect of an abiotic stress. Furthermore, twice as many cellulose-rich G fibers were also found at the most dense site, evidence of potential for use in bioethanol production.