Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La culture aisée de la pomme de terre et les vertus nutritionnelles de ses tubercules font de celle-ci une plante dominante en agriculture et une denrée alimentaire appréciée à l'échelle mondiale. Malheureusement, les changements climatiques menacent nos capacités de production de cette culture puisque les variétés modernes de pomme de terre sont vulnérables au stress hydrique en raison de leur système racinaire ténu et peu profond. En réponse à cette problématique, la littérature récente au sujet des cystatines suggère que la surexpression de ces inhibiteurs de protéases à cystéine pourrait contribuer à l'amélioration de la tolérance végétale au déficit hydrique, notamment par l'induction d'effets pléiotropiques bénéfiques dans la plante. Dans cette étude, nous avons examiné les impacts de l'expression constitutive de la cystatine recombinante de tomate SlCYS8 dans le tissu foliaire de lignées de pomme de terre transgéniques. La tolérance au stress hydrique des lignées modifiées a été analysée *in vitro* sur des plantules soumises à un choc osmotique, puis sur des plants acclimatés *ex vitro* cultivés en serre sous différents régimes d'irrigation. Les lignées SlCYS8 ont présenté un ratio 'biomasse racinaire/biomasse aérienne' accru en conditions de déficit hydrique ainsi qu'un meilleur rendement en tubercules cultivés en serre toutes conditions d'irrigation confondues. Ces observations suggérant un effet positif de la cystatine sur la tolérance au stress hydrique et le rendement agronomique des lignées modifiées ont été corroborées par une analyse du profil protéomique foliaire démontrant la mise en place d'effets pléiotropiques sur les sous-protéomes du stress, du métabolisme primaire et de photosynthèse. Ensemble, nos données morphologiques et protéomiques confirment le potentiel de la cystatine de tomate SlCYS8 comme outil éventuel pour l'amélioration du degré de tolérance de la pomme de terre au stress hydrique, et ce, en l'absence d'un compromis entre la croissance et l'activation des défenses de la plante.

Notre objectif est d'examiner comment certains comités d'éthique en Europe et au Canada élaborent leurs avis sur la question très controversée des cultures de plantes génétiquement modifiées. Plusieurs critiques ont été adressées directement ou indirectement au travail de tels comités par des spécialistes de philosophie morale et politique, des sociologues et des politologues. Nous proposons de nous interroger sur la pertinence de ces critiques, mais aussi sur la manière dont ces comités fonctionnent et sur l'espèce d'éthique qui dérive de cette institutionnalisation de l'éthique. Pour ce faire, nous avons complété par une enquête de terrain l'examen des documents produits, afin de préciser comment les membres de ces comités perçoivent leur activité. Notre étude permet de dégager des caractéristiques concernant la façon dont l'on y pratique l'éthique appliquée. Les critiques formulées envers ces comités se trouvent confirmées au moins en partie et pour quelques uns d'entre eux. Néanmoins, certains fournissent aussi des apports originaux, susceptibles d'éclairer le débat public concernant les plantes transgéniques. L'analyse des insuffisances des uns et des propositions originales des autres nous a conduit à élaborer une typologie critique des arguments mobilisés. De là, nous avons dégagé des éléments de méthodologie pour l'évaluation éthique des plantes transgéniques. Notre analyse tend finalement à remettre en cause l'unique recours à de tels comités et à se demander si un autre type de fonctionnement complémentaire serait envisageable.

Dans ce travail, nous avons étudié la contribution que les inhibiteurs de glicosidases ont dans la réponse de défense du blé à Fusarium graminearum. Nous avons démontré que les inhibiteurs de xylanases ont la capacité à la fois de contenir l'activité de dégradation de xylanases sécrétées par l'agent pathogène, et de limiter la possibilité de provoquer nécrose dans les tissus du blé. Nous avons démontré que l’expression de la PvPGIP2 dans la lemme, la paléa, les anthères et le rachis détermine une réduction des symptômes de la fusariose de l’épi, au même niveau de l’expression constitutive de cet inhibiteur. Inversement, l'expression de la PvPGIP2 dans l'endosperme ne détermine pas une réduction des symptômes de la maladie. Cela indique que, lorsque l'agent pathogène a atteint ce tissu, l'activité de polygalacturonases de l'agent pathogène n’est pas indispensable pour la propagation fongique. Enfin, la combinaison des différents inhibiteurs de glicosidases, qui renforcent différentes parties de la paroi cellulaire dans le même génotype, a été efficace pour réduire les symptômes de la fusariose, par rapport aux génotypes qui présentent seulment un type d’inhibiteur. Nous avons démontré cet aspect à travers les plantes qui expriment la PvPGIP2 et le TAXI-III. Au contraire, les génotypes qui expriment la PvPGIP2 et l’AcPMEI n’ont pas montré un effect additif sur la résistance, probablement parce que ils renforcent la même partie de la paroi cellulaire, c’est-à-dire la pectine. / In this work we studied the contribution of glycosidase inhibitors in the defense response of wheat against Fusarium graminearum. We demonstrated that xylanase inhibitors are able to limit both the degrading activity of the xylanases secreted by the pathogen and to limit their ability to induce necrosis in wheat cell suspensions and tissues.We demonstrated that the expression of PvPGIP2 in lemma, palea, anthers and rachis causes a reduction in Fusarium head blight symptoms, at the same level of the constitutive expression of this inhibitor. On the contrary, the expression of PvPGIP2 in the endosperm did not result in a reduction of disease symptoms, suggesting that once the pathogen has reached the endosperm, the activity of polygalacturonases secreted by the pathogen is not essential for the progression of symptoms.The pyramiding of glycosidase inhibitors in the same genotype is effective in reducing FHB symptoms although it depends on the specific combination. Pyramiding of PvPGIP2 and AcPMEI does not enhance further wheat resistance against FHB, possibly because they target the same virulent component secreted by the pathogen, that is PG. Conversely, the pyramiding PvPGIP2 and TAXI-III supports a further improvement of resistance compared to plants carrying only PvPGIP2 or TAXI-III.

La constante augmentation des surfaces cultivées avec des plantes génétiquement modifiées (PGM) pose la question du risque environnemental qu'elles représentent. Afin de documenter cette problématique, nous avons dans un premier temps fait la synthèse de 20 années de recherche sur l'impact potentiel des cultures et des arbres génétiquement modifiés sur les champignons. L'analyse des publications scientifiques sur ce sujet montre que les conséquences des plantes transgéniques tolérantes aux herbicides et aux insectes ravageurs sur les champignons sont sous-étudiées alors qu'elles représentent la majorité des PGM cultivées dans le monde. Des changements significatifs affectant les champignons ont été relevés dans 18 études, dans lesquelles les PGM étudiées n'exprimaient pas de caractères transgéniques laissant présager un effet sur les champignons. En dépit du fait qu'elles sont commercialisées depuis 1996, le risque que les PGM représentent à l'heure actuelle pour les communautés fongiques ne peut être clairement défini à partir des données disponibles. L'impact potentiel de peupliers exprimant une résistance à la kanamycine a été évalué sur la communauté des ectomycorhizes (EM), après 8 années de déploiement au champ. Les mesures qualitatives et quantitatives de la diversité des EM n'ont pas mises en évidence de différence significative entre la structure de la communauté des EM provenant des peupliers témoins et celle provenant des peupliers transgéniques. Par contre, la communauté des EM identifée par l'analyse des extrémités racinaires était significativement différente de celle obtenue par le clonage de l'ADN fongique du sol. Ces deux stratégies d'échantillonnage, en les combinant, se sont révélées complémentaires pour une définition plus fine de la diversité des EM. Des travaux effectués en serre sur les conséquences de la surexpression de l'endochitinase dans les racines et les exsudats racinaires d'épinettes blanches transformées avec le gène ech42 n'ont pas détecté d'effet délétère sur la symbiose ectendomycorhizienne et la biomasse fongique du sol. De plus, les effets potentiels de ces épinettes transgéniques sur deux communautés fongiques provenant de sols forestiers ont été suivis pendant 8 mois. Les analyses ont montré que l'insertion dans le génome des épinettes blanches du gène ech42 et son expression n'affectaient pas de manière significative la biomasse, la diversité et la structure des communautés fongiques des deux sols analysés. Cette thèse a permis de faire le point sur l'impact des PGM sur les champignons et d'évaluer le risque que peuvent représenter différents types d'arbres génétiquement modifiés sur les champignons du sol.

Le but de ce mémoire était d’élaborer des outils informatiques et de les intégrer à une chaîne de traitement et d’analyse des données de biopuces. La chaîne d’analyse mise en place dans ce projet consiste d’abord en SLIMS, un logiciel conçu en PHP et MySQL utilisant des termes compatibles avec les standards MIAME. Il permet le suivi des expériences et des échantillons préalablement à l’extraction des ARN pour les expériences de biopuces. Les données sont prises en charge, à l’aide d’une procédure de transfert, par le logiciel BASE qui gère l’information relative aux biopuces. Finalement, les analyses de données sont réalisées avec différents outils disponibles dans Bioconductor et TM4. Un algorithme a été développé pour annoter tous les gènes de la biopuces. L’analyse d’une d’expérience comparant des épinettes transgéniques surexprimant le gène LIM2 a été faite à l’aide de la chaîne de traitement et d’analyse présentée dans ce mémoire. / The goal of this dissertation was to design and implement a microarray analysis pipeline. The first tool of the microarray pipeline is a web-based LIMS: SLIMS. It allows the storage of all data related to experiments and samples from harvest to RNA extraction. This tool was designed in PHP and MySQL allowing easy access and manipulation of the data. A tranfer algorithm was designed to allow stored data to be automatically integrated into the BASE software, a tool that allows storage and analysis of microarray data. An annotation algorithm was also designed in order to annotate genes that are on the microarrays. A lignin/cellwall annotation was also included to enable the rapid indentification of all the genes related to the lignin biosynthesis pathway and cell wall assembly. This pipeline was used to analyze transgenic spruce overexpressing the pine LIM2 gene.

L'extinction post-transcriptionnelle de gènes ou PTGS (Posttranscriptional Gene Silencing) est un phénomène hautement conservé à travers l'évolution. Retrouvé chez des organismes allant des champignons aux vertébrés, ce système reconnaît spécifiquement les molécules de RNA double brin (db) et les dégrade en fragments de 21-23 nt. Chez les plantes, le PTGS pourrait défendre l'organisme contre les infections virales. En réponse à ce mécanisme de défense, un certain nombre de virus codent pour des protéines capables de supprimer le PTGS. Ces protéines dites "suppresseurs" de PTGS, comme les protéines HCPro des potyvirus et 2b des cucumovirus, ne partagent aucune homologie de séquence ni de structure et jouent des rôles différents dans le cycle de multiplication virale. Les résultats obtenus et décrits dans ce mémoire ont permis l'identification et la caractérisation de nouvelles protéines virales impliquées dans la suppression du PTGS, ceci afin de mieux cerner les mécanismes de suppression. Ainsi, nous avons montré que les protéines P15 et P14 de deux virus apparentés, le PCV (Peanut Clump Virus) et le BNYVV (Beet Necrotic Yellow Vein Virus) sont des suppresseurs de PTGS aux propriétés distinctes. En effet, la protéine P15 se localise dans les peroxysomes et semble être active sous une forme multimérique ; quant à la protéine P14, elle se localise dans le cytoplasme et le nucléole et supprime plus faiblement le PTGS. Par ailleurs, nous avons également découvert que la protéine P0 du BWYV (Beet Western Yellows Virus) est un suppresseur de PTGS très efficace hors de son contexte viral. De manière surprenante, son expression est fortement régulée par le virus au cours de l'infection. Enfin, nous avons confirmé que la protéine P0 jouait un rôle de protection du virus contre le PTGS grâce à l'utilisation de plantes transgéniques exprimant la protéine mineure de capside du BWYV. Ce virus déclenche sur ces plantes un PTGS dirigé contre le transgène, sans être affecté.

Les organismes génétiquement modifiés (OGM) suscitent en Europe une intense controverse depuis le milieu des années nonante, qui s'est cristallisée sur les risques pour la santé et l'environnement. Cette thèse postule que les OGM nous posent des questions plus larges sur l'innovation. Est-il par exemple possible d'évaluer la pertinence d'innovations, comme celle des OGM, pour tendre vers une meilleure politique et gestion de l'innovation ? Une approche systémique a été développée pour progresser sur cette question. Elle poursuit trois axes: la compréhension de problèmes agronomiques, des stratégies actuelles pour les gérer et des possibilités d'innovations pour les résoudre à l'horizon 2015-2020. La partie empirique est basée sur des études de cas de couples problème/innovations dans deux filières agroalimentaires. Il s'agit de maladies problématiques en arboriculture fruitière (pommier) et en grandes cultures (froment d'hiver). Les données de quatre composantes sont intégrées : entretiens semi-dirigés, observation participante, revue de la littérature scientifique et analyse de la littérature grise des filières. La gestion de l'innovation dans les filières est caractérisée par une vision de l'innovation à géométrie variable et par des situations de verrouillage technologique (lock-in). Sur un plan conceptuel, on peut distinguer dans la recherche agronomique plusieurs voies d'innovations (trajectoires technologiques) qui poursuivent des logiques distinctes et sont influencées par les déterminants d'innovation. Sur le plan méthodologique, des améliorations des méthodes d'évaluation des innovations sont avancées. Enfin, plusieurs politiques d'innovation adaptées sont proposées (comparaison des choix technologiques, prospective par scénarios). Cette recherche aboutit à une réflexion sur les sciences agronomiques et à la mise en débat d'un nouveau champ disciplinaire : l'agronomie politique. Les propositions visent à ré-encastrer l'innovation dans les enjeux écologiques contemporains et dans les projets politiques et aspirations citoyennes.

La résistance au PVY chez des lignées transgéniques exprimant un inhibiteur de protéase est due en partie à des changements physiologiques occasionnés par l'inhibiteur recombinant exprimé dans la plante. Après clonage et expression hétérologue des protéases de maturation du PVY, nous avons étudié les interactions entre ces protéases et différentes cystatines végétales, démontrant par des tests in vitro que les protéases du PVY ne sont pas sensibles à l'action des inhibiteurs testés. Nous avons ensuite inoculé le virus sur des lignées transgéniques de pomme de terre exprimant la cystatine II du maïs (CCII) et des lignées transgéniques exprimant un inhibiteur de type aspartate, l'inhibiteur de cathepsine D (CDI) de tomate. Ces deux lignées présentent des altérations aux niveaux de leur métabolisme et étaient résistantes au virus PVY. Ces résultats, suggèrent que les inhibiteurs de protéases CCII et CDI exprimés chez les Solanacées entraînent des changements physiologiques significatifs chez la plante hôte induisant indirectement une résistance partielle ou totale au PVY.

Le maïs Bt, une forme transgénique du maïs exprimant une toxine du Bacillus thuringiensis, a été rapidement adopté par les producteurs québécois malgré plusieurs interrogations quant à son utilité réelle et ses impacts environnementaux. Des essais réalisés en 2003 et 2004 sur deux sites agricoles ont montré ici peu de différences de rendement entre les cultivars Bt et conventionnels. Des échantillonnages au champ ont aussi permis de calculer un indice de biodiversité de l'entomofaune similaire, peu importe les lignées testées. En particulier, les lignées transgéniques n'ont montré aucun impact sur les populations de coccinelles et de pucerons, alors que des différences étaient observées d'une lignée conventionnelle à l'autre. Des expériences en serre sur la performance biologique du puceron modèle Rhopalosiphum padi ont confirmé les données de terrain. Une étude protéomique comparant le taux de divergence métabolique inter-hybrides a montré des différences marquées entre les hybrides conventionnels, comparées à de faibles taux de divergence entre les hybrides conventionnels et leurs contreparties transgéniques. En somme, ces résultats suggèrent un impact négligeable des hybrides transgéniques sur la biodiversité des insectes dans les cultures de maïs au Québec, expliqué en partie par une forte ressemblance de ces hybrides avec leur lignée mère.