L'acquisition de la forme - ou morphogenèse - chez les systèmes vivants, est largement contrôlée par les gènes. Néanmoins, le lien précis entre, d'une part, les processus chimiques locaux associés aux gènes, et, d'autre part, la géométrie des tissus, n'est pas complètement identifié. Ce lien est vraisemblablement très indirect et médié par des processus mécaniques. Ainsi, il est aujourd'hui admis que les processus chimiques intracellulaires régulent les propriétés mécaniques des cellules seulement localement, et que la forme émerge comme la résolution globale de contraintes mécaniques. Ce paradigme, dit biomécanique, est employé dans cette thèse dans le cas de la morphogenèse des plantes, qui repose majoritairement sur la croissance cellulaire. Le contrôle local de cette croissance est crucial pour la stabilité et la robustesse de la morphogenèse, et implique différents mécanismes de régulation. En particulier, selon une hypothèse récente, les cellules pourraient adapter dynamiquement leur croissance en réponse aux forces qu'elles subissent.Cette régulation locale s'intègre à une échelle multicellulaire de manière non intuitive. Dans cette thèse, j'ai exploré i/ une formalisation mathématique de la régulation de la croissance par les contraintes mécaniques et ii/ le comportement macroscopique émergent d'un tel mécanisme. Pour cela, j'ai adopté une approche de modélisation multi-échelle basée sur une formulation mathématique continue de la croissance cellulaire (développée précédemment dans le cadre de la théorie de la morphoélasticité), et sur une description moyenne des processus moléculaires locaux étant supposés impliqués dans la mécano-perception et le contrôle de l'élasticité des cellules. J'ai d'autre part conçu des algorithmes dédiés à l'étude de ce modèle, intégrés dans un environnement logiciel existant, basé sur la méthode des éléments finis. Ce modèle est en particulier utilisé dans l'étude de la stabilité d'organes à fort degré d'asymétrie, tels que les feuilles, en suggérant qu'un contrôle de la croissance basé sur les forces peut permettre l'amplification d'asymétries initiales. / How do living objects acquire their shape? Incontrovertibly, morphogenesisis largely regulated by genes. Yet, the precise link between thechemical processes associated with genes, on the one hand, and geometry,one the other hand, is not completely identified. This link is most probablyindirect, and mediated by mechanical processes. It is now well acceptedthat intracellular molecular processes regulate locally cell mechanicalproperties and that shape emerges as the global resolution of resultingmechanical constraints.This so-called biomechanical paradigm is employed in this thesis in thecontext of plant morphogenesis, that mostly relies on cell growth. Thelocal control of growth is crucial for the stability and robustness ofmorphogenesis, and relies on various regulatory mechanisms. Inparticular, according to a recent hypothesis, cells may dynamicallyadapt their growth behavior in response to the mechanical forces theyexperience.This local regulation integrates at larger, multicellular scale, in anonintuitive way. In this thesis, I investigate i/ the mathematicalformalization of a stress-based control of growth and ii/ themacroscopic emergent behavior of such mechanism. To do so, I have used amultiscale modeling approach, based on a continuum mathematical modelof growth (previously developed within the theory of morphoelasticity),and on a mean description of the molecular processes supposedly involvedin mechanoperception and the control of cell elastic properties. Tostudy this model, I have designed dedicated algorithms, integrated into apreviously developed software environment, based on the finite elementmethod. This model is then used to study the mechanical stability ofhighly asymmetric organs like leaves, suggesting that a force-basedcontrol of growth allows the amplification of shape asymmetry duringdevelopment.

Les semences forestières génétiquement améliorées pourraient ne plus être adaptées aux sites où elles sont destinées à cause des changements climatiques. La migration assistée figure parmi les stratégies d'adaptation proposées pour maintenir la productivité forestière et diminuer la vulnérabilité des écosystèmes. Les réponses morpho-physiologiques des plants d’épinette blanche (Picea glauca (Moench) Voss) issus de huit vergers à graines ont été évaluées en pépinière et sur trois sites de plantation. La modélisation des courbes de croissance a montré que la hauteur des vergers méridionaux et de deuxième génération est significativement supérieure à celle des autres vergers. Un modèle à régression multiple a montré que la hauteur finale des plants était significativement corrélée aux conditions climatiques d’origine des vergers. Le verger et le site de plantation ont affecté significativement la croissance en hauteur des plants. Les résultats de la présente étude et ceux obtenus à long terme contribueront à raffiner les règles opérationnelles de transfert des semences propres à la migration assistée. / Due to climate change, genetically improved trees may no longer be adapted to the sites where they are intended to be planted. Assisted migration is a potential adaptation strategy for maintaining forest productivity and reducing vulnerability in the face of a changing climate. Morpho-physiological responses of white spruce (Picea glauca (Moench) Voss) seedlings from eight seed orchards were evaluated in a nursery and at three planting sites. The modeling of growth curves showed that the height of both the southern orchards and second generation orchards was significantly higher than the other orchards. A multiple regression model showed that the final height of the plants was significantly correlated with climatic conditions of the orchards. The orchard and the planting site significantly affected height growth of seedlings. The results of this study and those obtained over the longer term should help to refine the operational rules of seed transfer for assisted migration.

Un approvisionnement stable en fourrage est important pour la pérennité des fermes laitières dans l'Est du Canada. En plus de l'azote, la croissance optimale des cultures fourragères nécessite un apport adéquat en potassium (K) et en phosphore (P), dont la disponibilité pourrait être influencée par les pratiques culturales. L'objectif principal de cette thèse était d'évaluer la stabilité des rendements fourragers sous des pratiques culturales contrastées, mais également de comprendre comment ces pratiques influent sur la dynamique du K et du P dans un sol argileux de l'Est canadien. Un dispositif de longue durée a été initié en 1989 dans la région du Saguenay Lac St-Jean. Il s'agissait d'une rotation fixe orge-fourrage-fourrage établie sur un Gleysol humique sous labour conventionnel (MP) ou chisel (CP) et recevant une fertilisation minérale (MIN) ou organique (fumier liquide de bovins laitiers, LDM). Nous avons identifié que les rendements étaient plus stables cycliquement (par cycle de trois ans) qu'annuellement. L'indice de stabilité du rendement a été réduit d'un facteur de 1.86 ± 0.57 pour les grains, de 1.87 ± 0.24 pour les pailles et de 2.00 ± 0.25 pour les fourrages en utilisant l'évaluation cyclique. Le LDM a permis d'obtenir des rendements en fourrage et en paille plus élevés que MIN. Cependant, le travail du sol n'a pas influencé les rendements. Le bilan cumulé de K était en moyenne de −579 kg K ha⁻¹ cycle⁻¹ avec MIN et +69 kg K ha⁻¹cycle⁻¹ avec LDM. L'accumulation de K échangeable dans les couches supérieures du sol était plus élevée avec LDM qu'avec MIN. Toutefois aucune relation significative entre le bilan cumulé de K et le K échangeable n'a été observée à travers les cycles. Les fractions de K échangeable et non échangeable entre 2001 et 2016 ont augmenté avec MIN malgré un bilan K déficitaire, mettant en évidence l'équilibre dynamique entre les formes de K du sol. Pour le P, le bilan cyclique cumulé variait de –20 à +150 kg P ha⁻¹ avec LDM, et de –33 à +3 kg P ha⁻¹ avec MIN, alors que des réserves plus élevées de P Mehlich-3 ont été mesurées dans la couche arable (0–15 cm) avec MIN qu'avec LDM. Une relation négative entre le bilan cumulé de P et le P Mehlich-3 a été observée soulignant la complexité des mécanismes contrôlant la disponibilité du P dans le sol. L'analyse de la couche 0–15 cm avait montré un P total plus faible sous LDM par rapport à MIN pour deux dates (2001 et 2016), et une diminution de P organique entre 12 et 27 ans sous LDM probablement due à une minéralisation ou à une perte de P organique. Les résultats obtenus avaient également montré que le travail du sol a eu un effet significatif sur la répartition de K et de P dans le sol. En raison de la différence de profondeur de labour entre CP (15 cm) et MP (20 cm), le CP avait conduit à une plus grande accumulation de K et de P dans la couche 0−15 cm, tandis que l'inverse a été constatée dans la couche 15−30 cm. Les résultats semblaient également indiquer qu'un prélèvement de K et de P par les plantes a eu lieu dans la profondeur 15−30 cm. Dans l'ensemble, cette étude a permis de démontrer que la stabilité cyclique des rendements ouvrait une nouvelle perspective de gestion des terres et de stockage des foins et de souligner la forte capacité tampon en K et en P des sols à texture fine. Avec un suivi régulier des cultures, et du statut potassique et phosphaté du sol, le CP et le LDM pourraient assurer la durabilité des systèmes fourragers dans l'Est du Canada. Toutefois, l'approche reliant les bilans de K et de P à leurs formes disponibles pour soutenir le concept d'accumulation et de maintien de la fertilité du sol s'est révélée peu fiable dans ce sol argileux. Enfin, nous recommandons de revisiter localement la stratégie de fertilisation des systèmes fourragers composés de légumineuses et de graminées établis sur un Gleysol humique afin d'inclure la teneur en K non échangeable dans la recommandation en K et la teneur en argile du sol dans la recommandation en P. / A stable supply of forages is important to ensure sustainability of the dairy farms in Eastern Canada. In addition to nitrogen, optimal forage growth requires an adequate supply of potassium (K) and phosphorus (P), whose availability could be influenced by agricultural practices. The main objective of this thesis was to assess forage yields stability under contrasting management practices, but also to understand how these practices influence K and P dynamics in clayey soils of Eastern Canada. We used along-term experiment established in 1989 in the region of Saguenay Lac St-Jean. This was a fixed barley-forage-forage rotation established on a humic Gleysol under moldboard plow (MP) or chisel (CP) plowing and supplied by mineral (MIN) or organic (liquid dairy manure, LDM) fertilizers. We found that crop yields were more stable cyclically (per three-year cycle) than annually. Yield stability index was reduced by factor of 1.86 ± 0.57 for grains, 1.87 ± 0.24 for straw and 2.00 ± 0.25 for forage using cyclic assessment. The LDM returned higher forage and straw yields than MIN. However, yields were not influenced by the tillage practice. Cumulative K budget averaged −579 kg K ha⁻¹ cycle⁻¹ with MIN and +69 kg K ha⁻¹ cycle⁻¹ with LDM. Exchangeable K accumulation in upper soil layers was higher with LDM than MIN. Nevertheless, no significant relationship between cumulative K budget and exchangeable K was observed across cycles. Exchangeable and non-exchangeable K fractions between 2001 and 2016 increased under MIN (deficit K budget), underlying the dynamic equilibrium between soil K forms. For P, cumulative cyclic budget varied from –20 to +150 kg P ha⁻¹ with LDM, and –33 to +3 kg P ha⁻¹ with MIN, while higher reserves of Mehlich-3 P were measured in topsoil (0–15 cm) with MIN than LDM. The negative relationship between cumulative P budget and Mehlich-3 P highlighted the complex mechanisms controlling soil P availability. Soil analysis in 0–15 cm layer showed lower total P with LDM than MIN for two dates (2001 and 2016), and a decline of organic P between 12 and 27 years under LDM probably due to organic P mineralization or loss. Tillage practices had significant effect on soil K and P distribution. Due to the difference in plowing depth between CP (15 cm) and MP (20 cm), the CP led to greater K and P accumulation than MP in the 0−15 cm layer, while the reverse was observed in 15−30 cm layer. The results also indicated that K and P uptakes by plants occurred in the 15−30 cm depth. Overall, this study showed that cyclic yield stability opened up a new perspective for land allocation and forage storage, and underlined the high buffer capacity in K and P of fine-textured soils. With regular monitoring of crops, and soil K and P status, CP and LDM could ensure the sustainability off orage production systems in Eastern Canada. However, the approach relating K and P budget to their available forms to support soil fertility buildup and maintenance appeared to be wrong in this clayey soil. Finally, we suggest to revisit local fertilization strategy of forage legume and grass mixtures in rotation with cereal established on a humic Gleysol in order to include non-exchangeable K content in K fertilizer recommendation and soil clay content in P fertilizer recommendation.

Un enjeu actuel en biotechnologie est d'obtenir des plantes haploïdes doublées par la technique de la culture de microspores isolées (CMI). Pourtant, la CMI génère parfois une proportion importante de plantes albinos, laquelle peut atteindre 100 % chez certains cultivars. Des travaux antérieurs ont indiqué que des remaniements du génome chloroplastique seraient à l'origine de cet albinisme. Afin de mieux comprendre ce processus menant à l'albinisme, nous avons entrepris d'étudier l'intégrité du génome chloroplastique au sein de microspores d'orge et de plantes albinos via une approche de séquençage à grande échelle. L'ADN total extrait de microspores à un stade précoce de la CMI, d'une feuille de la plante-mère (témoin), et de feuilles albinos, a été séquencé et les séquences chloroplastiques ont été analysées. Ceci nous a permis de documenter pour la première fois une diminution de l'ADN chloroplastique chez les microspores. De plus une étude de variations structurales a démontré un abaissement généralisé de la quantité de génomes chloroplastiques chez les microspores. Enfin, d'importants remaniements du génome chloroplastique ont été observés chez les plantes albinos, révélant une forte abondance de génomes chloroplastiques altérés de forme linéaire.

Titre de l'écran-titre (visionné le 26 avril 2023) / L'amarante tuberculée (Amaranthus tuberculatus var. rudis), une mauvaise herbe envahissante introduite depuis 2017 au Québec, est résistante à cinq groupes d'herbicides de synthèse utilisés couramment en agriculture. Des tests moléculaires diagnostiques sont actuellement disponibles pour détecter la résistance de l'amarante à plusieurs herbicides et adapter au besoin les stratégies de désherbage en contexte agricole. Toutefois, aucun test n'est disponible encore pour tester la résistance de cette plante aux herbicides du Groupe 27 ou encore à l'un des deux mécanismes identifiés qui confèrent la résistance aux herbicides du Groupe 5. Afin de développer éventuellement des tests diagnostiques pour la résistance aux herbicides des Groupes 5 et 27 chez l'amarante tuberculée, ce projet avait pour objectif de caractériser le profil transcriptomique de clones d'amarante résistants à l'atrazine, un herbicide du Groupe 5, ou à la mésotrione, un herbicide du Groupe 27. Les objectifs spécifiques du projet étaient (1) d'établir un portrait transcriptomique sommaire de la plante en réaction à l'atrazine ou à la mésotrione; et (2) d'identifier des gènes marqueurs éventuellement utiles pour la mise au point de tests de résistance aux deux mêmes herbicides. Des plantes-mères confirmées résistantes ont été pulvérisées avec les deux herbicides et des échantillons foliaires ont été prélevés avant et après traitements. Un séquençage de type RNAseq a été réalisé ensuite pour caractériser le profil transcriptomique des individus résistants et sensibles, à l'aide d'algorithmes bio-informatiques pour l'identification des gènes exprimés différentiellement. En bref, aucune réponse compensatoire généralisée n'a été constatée chez les individus résistants en réponse aux traitements herbicides. En revanche, la surexpression constitutive d'une glutathion-S-transférase ('At.05g111120') possiblement impliquée dans la métabolisation du composé toxique a été a été observée chez les clones résistants à l'atrazine. De manière similaire, la surexpression du gène d'une cytochrome P450 ('At.00g045440') en réponse à l'herbicide et la surexpression constitutive de deux autres isoformes de la même enzyme ('At.00g045450' et 'At.02g067460') ont été observées chez les clones résistants à la mésotrione. Des études complémentaires seront maintenant bienvenues pour confirmer le potentiel des gènes identifiés comme marqueurs moléculaires pour la mise au point de tests de résistance moléculaires diagnostiques pour l'atrazine et la mésotrione.

L’orientation principale des travaux de recherches qui sont présentés dans cette thèse est de valoriser les espèces nordiques de la région du Nunavik en démontrant la diversité structurale et la spécificité biochimique des métabolites qu’elles biosynthétisent. Nous croyons que la flore nordique du Québec est une source inestimable de composés bioactifs en raison des stress environnementaux auxquels les espèces sont soumisses. En fait, c’est cette pression évolutive qui mène à la diversification structurale des métabolites spécialisés afin que les espèces soient mieux adaptées à leur environnement. La dynamique des écosystèmes du Grand Nord du Québec est toutefois appelée à changer drastiquement avec les changements climatiques. L’expansion de l’arbuste Betula glandulosa depuis les années 1990 est d’ailleurs un problème préoccupant puisque la densification menace la biodiversité en altérant tant l’environnement biotique qu’abiotique des écosystèmes nordiques. Il est ainsi pertinent de caractériser le métabolome nordique de la flore du Québec via l’investigation phytochimique de ces espèces qui sont en continuelle évolution. La présente thèse rapporte les investigations phytochimiques du lichen Stereocaulon paschale qui sont axées vers l’identification de composés anti-inflammatoires. En plus de démontrer le potentiel d’inhibition de l’acide lobarique et de pseudodepsidones envers plusieurs cibles pro-inflammatoires, une relation structure-activité et un mécanisme d’action ont été proposés en réalisant des simulations d’arrimage moléculaire. L’étude de la composition phytochimique des feuilles de l’arbuste Betula glandulosa et l’évaluation du potentiel d’inhibition des métabolites vis-à-vis l’élastase sont également rapportées. L’étude de cette espèce a été un défi de taille en termes d’extraction et de purification en raison de son profil en métabolites très complexe. L’approche des réseaux moléculaires a ainsi été employée pour accélérer le rythme de la découverte des composés inédits et/ou bioactifs. L’étude détaillée du profil en métabolites et la localisation des composés d’intérêts qui ont été respectivement dérépliqués et ciblés par l’utilisation des réseaux moléculaires, sont ainsi présentées. / The main orientation of this thesis is to enhance species in subarctic ecosystem in Northern Quebec by demonstrating the high chemical diversity and biochemical specificity of the secondary metabolites they biosynthesize. We believe that northern flora of Quebec is of great interest for the discovery of novel or bioactive secondary metabolites due to extreme growing conditions in the Nunavik region. In fact, it is this evolutionary pressure that leads to the adaptation of living organisms in their specific ecosystem and the chemical diversification of natural products in nature. The dynamics of the ecosystems of Northern Quebec are, however, about to change drastically with the warming trend that is observed since the 1990s in Nunavik. The expansion and extreme densification of the dwarf birch (Betula glandulosa) in lichen-dominated ecosystems threatens biodiversity by altering biotic and abiotic environment of northern ecosystems. Hence, it is important to characterize the metabolome of northern flora of Quebec by carrying out phytochemical investigations on species that are continuously evolving. In this thesis, the phytochemical investigations of the lichen Stereocaulon paschale focused on the discovery of anti-inflammatory secondary metabolites. Herein we report the potential of lobaric acid and pseudodepsidones to reduce the expression of several pro-inflammatory targets. In addition, docking simulation experiments provided insight on the structure-activity relationship and the mechanism of action. The phytochemical study of the leaf of the shrub Betula glandulosa and the potential of the metabolites to exhibits significant elastase inhibition are also reported in the thesis. The very high complexity of the crude extracts of this species was very challenging in term of extraction and purification. The identification of novel bioactive NPs from such complex matrices remain a significant challenge in drug discovery programs. A molecular networking approach was thus used to explore the chemical diversity and accelerate the speed of the discovery of novel and bioactive NPs. By using this advanced mass spectrometry approach of dereplication, the thorough metabolite profiling of the crude extract was performed with the objective of targeting compounds of interest.

Le pergélisol est une composante majeure du système climatique terrestre. Avec le réchauffement du climat, le dégel du pergélisol profite à l’activité biochimique qui décompose davantage de matière organique dans les sols arctiques et la rejette dans l’atmosphère sous forme de gaz à effet de serre (CO2, CH4). Ce phénomène pourrait constituer une rétroaction climatique positive majeure. Prédire ces effets nécessite d’étudier l’évolution du régime thermique du pergélisol ainsi que des facteurs qui l’influencent. Le manteau neigeux, de par son pouvoir isolant, contrôle les échanges de chaleur entre le sol et l’atmosphère une grande partie de l’année. Le flux de chaleur à travers la neige dépend de la hauteur du manteau neigeux et de la conductivité thermique des couches de neige qui le constituent. Ces deux variables sont elles-même très dépendantes des conditions climatiques et de la présence de végétation. Nous réalisons ici le suivi des propriétés de la neige et du sol d’un site haut arctique de toundra herbacée (Île Bylot, 73°N), et d’un site bas arctique à la frontière de la toundra arbustive et forestière (Umiujaq, 56°N). Nous utilisons les données issues de stations de mesure automatiques complétées par des mesures manuelles. Une attention particulière est portée sur la conductivité thermique de la neige, car peu de données sont disponibles pour les régions arctiques. Le modèle numérique couplé ISBA-Crocus est ensuite utilisé pour simuler les propriétés de la neige et du sol des deux sites étudiés. Les résultats sont comparés aux mesures de terrain afin d’évaluer la capacité du modèle à simuler le régime thermique des sols arctiques. Nous avons pu caractériser les interactions atmosphère-neige-végétation qui façonnent la structure des manteaux neigeux arctiques. Le vent et la redistribution de neige qu’il induit sont des paramètres fondamentaux qui déterminent la hauteur et la conductivité thermique de la neige. Un couvert végétal haut et dense (arbustes, arbres) piège la neige soufflée et l’abrite du tassement éolien. De plus, la structure ligneuse des massifs arbustifs soutient la masse de neige et empêche son tassement. Cet abri procure à la neige une capacité d’isolation élevée qui retarde le gel du sol dès les premières accumulations. Le refroidissement atmosphérique se poursuivant, le manteau neigeux peu épais est soumis à un gradient thermique élevé qui provoque d’importants transferts de vapeur d’eau depuis le sol et les couches de neige basales, vers les couches supérieures et l’atmosphère. La croissance de givre de profondeur qui s’opère, favorisée à la fois par le gradient thermique élevé et la faible densité de la neige, aboutit à la formation de couches très isolantes en contact avec la surface du sol. Tant que le sol demeure relativement chaud, la croissance de givre de profondeur perdure. Finalement, des épisodes de fonte peuvent avoir lieu en automne durant la mise en place du manteau neigeux dans les régions arctiques. Le regel de la neige peut rapidement annuler ou même temporairement inverser l’effet isolant des interactions neige-végétation. Une surface de neige gelée ne subit pas l’effet du vent et empêche sa redistribution. La formation de croûtes de regel à forte conductivité thermique accélère le refroidissement du sol. Le manteau neigeux affecté par la fonte au début de l’hiver a donc une capacité d’isolation diminuée qui pourrait entraver le réchauffement des sols arctiques. Nos résultats de simulation montrent que ces différents effets ne sont pas correctement représentés dans les modèles de neige. Les erreurs dans les conductivités thermiques de la neige simulées sont particulièrement problématiques puisqu’elles interviennent lors de la période de gel du sol. Étant donné l’étendue des régions affectées par le pergélisol, ces erreurs sur la modélisation de la neige arctique pourraient significativement affecter les simulations climatiques et les projections de la hausse des températures globales / Permafrost is a major component of the Earth climatic system. Global warming provokes the degradation of permafrost which favors biogeochemical activity in Arctic soils. The decomposition of organic matter increases and results in the release of high amounts of greenhouse gases (CO2 and CH4) to the atmosphere. By amplifying the greenhouse effect induced by human activities, this phenomenon may constitute one of the strongest positive feedbacks on global warming. Predicting these effects requires to study the evolution of the permafrost thermal regime and the factors governing it. The snowpack, because of its insulating effect, modulates the heat fluxes between permafrost and atmosphere most of the year. The snow insulating capacity depends on snow height and thermal conductivity. These two variables are highly dependent on climatic conditions and on the presence of vegetation. Here we monitor the snow and soil physical properties at a high Arctic site typical of herbaceous tundra (Bylot Island, 73°N), and at a low Arctic site situated at the limit between shrub and forest tundra (Umiujaq, 56°N). We use data from automatic measurement stations and manual measurements. A special attention is given to the snow thermal conductivity because very few data are available for Arctic regions. Results are interpreted in relation to vegetation type and atmospheric conditions. The numerical coupled model ISBA-Crocus is then used to simulate snow and soil properties at our sites. Results are compared to field data in order to evaluate the model capacity to accurately simulate the permafrost thermal regime. We managed to describe atmosphere-snow-vegetation interactions that shape the structure of Arctic snowpacks. Wind and the snow redistribution it induces are fundamental parameters governing snow height and thermal conductivity. A high vegetation cover (i.e. shrubs and forest) traps blowing snow and shields it from wind compaction. Vegetation growth thus favors the formation of an insulating snowpack which slows down or even prevents soil freezing. Furthermore, the shrubs woody structure supports the snow mass and prevents the resulting compaction of bottom snow layers. Thus sheltered, snow in shrubs develops a high insulating capacity which delays soil freezing. Continued atmospheric cooling increases the thermal gradient in the snow, maintaining large water vapor transfers from the soil and the snow basal layers to upper layers and atmosphere. The growth of depth hoar, enhanced by the large thermal gradient and the low snow density, results in the formation of highly insulating snow layers thus constituting a positive feedback loop between soil temperature and snow insulation. As long as the soil stays relatively warm, depth hoar growth persists. Finally, if warm spells occur in autumn, they can trigger the partial melting of the early snowpack which can cancel or temporarily reverse the insulating effect of snow-vegetation interactions. A frozen snow surface prevents snow drifting and its redistribution. The presence of highly conductive refrozen layers facilitates soil cooling and reduces the thermal gradient. An early snowpack affected by melting is thus less insulative which could hamper Arctic soil warming. Simulation results show that these different effects are not correctly represented in snow models. Errors in the estimated snow thermal conductivities are particularly problematic as they highly affect the simulation of soil freezing. Given the area of permafrost-affected regions, these errors on Arctic snow modelling could significantly impact climate simulations and the global warming projections

Avec ses grains nus et sa valeur nutritive exceptionnelle, l'avoine nue (Avena sativa L. var nuda) est une céréale très intéressante pour plusieurs marchés niches. Toutefois, l'avoine nue récoltée au Québec développe en moyenne 10 % de grains vêtus et parfois davantage. L'objectif de ce projet était de détenniner l'effet de l'environnement et des herbicides sur la proportion de grains vêtus, la teneur en huile, les profils d'acides gras et la teneur en protéines des génotypes d'avoine nue. Les résultats démontrent que la proportion de grains vêtus est influencée par l'environnement, le type de sol, les herbicides et leur stade d'application. Les proportions de grains vêtus les plus élevées ont été obtenues à deux sites différents en 2006 et 2007. Plus de grains vêtus ont été produits sur le loam sableux que sur le loam. L'application de l'herbicide dicamba/MCPA au stade 12-13 de Zadoks a augmenté la proportion de grains vêtus et son application au stade 22-23 l'a accrue davantage. Quel que soit leur stade d'application, les herbicides bromoxynil/MCPA et thifensulfuron méthyle/tribenuron méthyle n'ont pas produit plus de grains vêtus que le témoin désherbé manuellement. Toutefois, des différences appréciables dans la réaction des génotypes ont été notées. Les génotypes qui produisent beaucoup de grains vêtus ont montré de grandes variations entre les sites et les herbicides. La teneur en huile et les profils d'acides gras de l'avoine nue sont influencés par l'environnement. C'est au site le plus frais que les teneurs en huile ont été les plus élevées et ce n'est pas le même site qui a donné la teneur la plus élevée pour tous les acides gras. Les herbicides ont eu un effet significatif sur les génotypes à teneur élevée en huile seulement une année sur deux. L'herbicide dicamba/MCPA a diminué la teneur en huile et en acide linoléique et l'herbicide bromoxynil/MCPA a réduit la teneur en acide oléique. Les résultats de ce projet montrent que l'utilisation des herbicides, tel que le dicamba/MCPA, sont à éviter pour le désherbage de l'avoine nue.

Le développement de nouvelles techniques a accéléré l'exploration structurale et fonctionnelle des génomes des conifères et contribué à l’étude de leur physiologie et leur adaptation aux conditions environnementales. Cette thèse s’intéresse à l’évolution des gènes chez les conifères et (i) fait le point sur les facteurs génomiques qui ont influencé la structure des gènes et (ii) analyse une grande famille de gènes impliqués dans la tolérance à la sécheresse, les déhydrines. Notre étude de la structure génique s’est fait à partir de diverses séquences de l’épinette blanche (Picea glauca [Moench] Voss) provenant de clones BAC, de l'assemblage du génome et de l’espace génique obtenu à partir de la technologie de «sequence capture». Par le biais d’analyses comparatives, nous avons observé que les conifères présentent plus de séquences introniques par gène que la plupart des plantes à fleurs (angiospermes) et que la longueur moyenne des introns n'était pas directement corrélée à la taille du génome. Nous avons constaté que les éléments répétitifs qui sont responsables de la très grande taille des génomes des conifères affectent également l'évolution des exons et des introns. Dans la deuxième partie de la thèse, nous avons entrepris la première analyse exhaustive de la famille des gènes des déhydrines chez les conifères. Les analyses phylogénétiques ont indiqué l'apparition d'une série de duplications de gènes dont une duplication qui a provoqué l'expansion de la famille génique spécifiquement au sein du genre Picea. L’analyse démontre que les déhydrines ont une structure modulaire et présentent chez les conifères des agencements variés de différents motifs d'acides aminés. Ces structures sont particulièrement diverses chez l'épinette et sont associées à différents patrons d'expression en réponse à la sècheresse. Dans l’ensemble, nos résultats suggèrent que l'évolution de la structure génique est dynamique chez les conifères alors que l'évolution des chromosomes est largement reconnue comme étant lente chez ceux-ci. Ils indiquent aussi que l'expansion et la diversification des familles de gènes liés à l'adaptation, comme les déhydrines, pourraient conférer de la plasticité phénotypique permettant de répondre aux changements environnementaux au cours du long cycle de vie qui est typique de plusieurs conifères. / Technical advances have accelerated the structural and functional exploration of conifer genomes and opened up new approaches to study their physiology and adaptation to environmental conditions. This thesis focuses on the evolution of conifer genes and explores (i) the genomic factors that have impacted the evolution of gene structure and (ii) the evolution of a large gene family involved in drought tolerance, the dehydrins. The analysis of gene structure was based on white spruce (Picea glauca [Moench] Voss) sequence data from BAC clones, the genome assembly and the gene space obtained from sequence capture. Through comparative analyses, we found that conifers presented more intronic sequence per gene than most flowering plants (angiosperms) and that the average intron length was not directly correlated to genome size. We found that repetitive elements, which are responsible for the very large size of conifer genomes, also affect the evolution of exons and introns. In the second part of the thesis, we undertook the first exhaustive analysis of the dehydrin gene family in conifers. The phylogenetic analyses indicated the occurrence of a series of gene duplications in conifers and a major lineage duplication, which caused the expansion of the dehydrin family in the genus Picea. Conifer dehydrins have an array of modular amino acid structures, and in spruce, these structures are particularly diverse and are associated with different expression patterns in response to dehydration stress. Taken together, our findings suggest that the evolution of gene structure is dynamic in conifers, which contrast with a widely accepted slow rate of chromosome evolution. They further indicate that the expansion and diversification of adaptation-related genes, like the dehydrins in spruce, may confer the phenotypic plasticity to respond to the environmental changes during their long life span.

Les pelouses sont omniprésentes dans les zones urbaines en Amérique du Nord et constituent un écosystème simplifié avec une faible biodiversité végétale. Étant donné leur importance spatiale, ces zones ont un potentiel considérable pour améliorer la biodiversité en attirant davantage de pollinisateurs. Cependant, il existe peu de données scientifiques sur l'utilisation de couvre-sols alternatifs dans les pelouses existantes. Par conséquent, l'objectif de ce projet de deux ans était d'évaluer la survie et la croissance de quatre espèces de couvre-sol différentes (*Fragaria virginiana* Miller, *Bellis perennis* Linnaeus, *Trifolium repens* Linnaeus et *Thymus serpyllum* Linnaeus) incorporées dans les pelouses existantes des villes de Québec et Montréal (Canada) tout en surveillant l'attraction des pollinisateurs. En juin 2021, neuf sites expérimentaux ont été implantés. Chaque site comprenait une pelouse traditionnellement tondue et une pelouse non tondue utilisées comme témoins. Les données sur la survie, la croissance et la période de floraison des plantes ont été collectées tous les 21 jours en 2021 et mensuellement en 2022. Des captures au filet ont été effectuées pour évaluer la diversité et l'abondance des pollinisateurs. Nos résultats ont montré que les quatre plantes pouvaient être introduites avec succès dans les pelouses existantes. *Fragaria virginiana* et *T. serpyllum* avaient les taux de survie les plus élevés, *T. repens* et *T. serpyllum* présentaient la couverture la plus élevée, tandis que *B. perennis* produisait systématiquement le plus grand nombre de fleurs. Cependant, *B. perennis* était également la plus affectée par la sécheresse et avait le taux de survie le plus bas parmi tous les couvre-sols. Toutes les espèces de couvre-sol ont pu tolérer des tontes fréquentes (tous les 14 à 21 jours) à une hauteur de 8 cm. Les pelouses dans tous les sites présentaient déjà une diversité florale importante. Un total de 2 389 abeilles et syrphes a été capturé dans les pelouses, ce qui constitue un nombre important considérant la fréquence d'échantillonnage utilisée. Cette étude démontre que les pelouses ont un bon potentiel d'attraction des pollinisateurs en milieu urbain. Bien que l'ajout de couvre-sols a peu d'impact lorsque les pelouses sont déjà diversifiées, ces derniers pourraient être bénéfiques dans les pelouses homogènes. Les résultats de cette étude pourront être utiles pour les propriétaires, les municipalités et les producteurs de gazon en plaques souhaitant améliorer la biodiversité des pelouses et fournir de nouvelles sources de nourriture aux pollinisateurs. / Lawns are ubiquitous in urban areas in North America and represent a simplified ecosystem with low plant biodiversity. Given their spatial importance, these areas have significant potential to enhance biodiversity by attracting more pollinators. However, there is limited scientific data on the use of alternative ground covers in existing lawns. Therefore, the objective of this two-year project was to assess the survival and growth of four different ground cover species (*Fragaria virginiana* Miller, *Bellis perennis* Linnaeus, *Trifolium repens* Linnaeus, and *Thymus serpyllum* Linnaeus) incorporated into existing lawns in Québec City and Montréal, Canada, while monitoring pollinator attraction. In June 2021, nine experimental sites were established. Each site included a conventionally mowed lawn and an unmowed lawn as a control. Data on plant survival, growth, and flowering period were collected every 21 days in 2021 and monthly in 2022. Net captures were conducted to assess pollinator diversity and abundance. Our results showed that all four plants could be successfully introduced into existing lawns. *Fragaria virginiana* and *T. serpyllum* had the highest survival rates, *T. repens* and *T. serpyllum* exhibited the highest coverage, while *B. perennis* consistently produced the greatest number of flowers. However, *B. perennis* was also most affected by drought and had the lowest survival rate among all ground covers. All ground cover species were able to tolerate frequent mowing (every 14 to 21 days) at a height of 8 cm. The lawns in all sites already exhibited significant floral diversity. A total of 2,389 bees and hoverflies were captured in the lawns, which is a large number considering the sampling frequency used. This study demonstrates that lawns have good potential for attracting pollinators in urban environments. While the addition of ground covers has limited impact when lawns are already diverse, they could be beneficial in homogeneous lawns. The findings of this study can be valuable for homeowners, municipalities, and sod producers aiming to enhance lawn biodiversity and provide new food sources for pollinators.