Parmi les produits frais pouvant être cultivés en milieux urbains ou bâtiments, la production de jeunes légumes-feuilles riches en nutriments, communément appelés verdurettes, est en plein développement. La régie de fertilisation appliquée en culture biologique hors sol reste un déterminant majeur de la performance agronomique des cultures et de la qualité des produits. Par ailleurs plusieurs études rapportent que les biostimulants peuvent entraîner une production de biomasse plus élevée et améliorer la qualité de plusieurs légumes et fruits en augmentant l’absorption des éléments nutritifs ainsi que la résilience des plantes aux stress abiotiques et biotiques. Cependant, on sait peu de choses sur les apports optimaux en fertilisants et les avantages de l’ajout de biostimulants au milieu de culture de verdurettes biologiques. Par conséquent, ce projet visait à évaluer l’effet de (1) 5 concentrations de fertilisation biologique (0 % ; 50 % ; 100 % [14 g N m -2 ] ; 150 % ; 200 %) pour 3 milieux de culture (sans ou avec mycorrhizes et algues et acides humiques) (2) la réutilisation de ces milieux de culture et (3) 11 biostimulants (Bacillus pumilus, algues, Triacontanol, vermicompost, Trichoderma harzianum, acide humique, CaSiO3, engrais d’insectes, frass et farine de Hermetia illucens et témoin) sur la croissance, la productivité et l’activité biologique du sol de 6 espèces de verdurette. Les doses de fertilisation de 100 et 150 % ont été suffisantes pour la production de la chicorée, shiso, basilic et laitue, alors que l’épinard et la bette à carde ont bénéficié d’une fertilisation de 200 %. La teneur en NO3 observée dans les feuilles a été à l’intérieur des normes de la Commission Européenne UE n ° 1258/2011 (2 000 à 7000 mg NO3/kg selon l’espèce et saison. Peu de différences ont été observées entre le milieu de culture témoin et le milieu de culture amendé de mycorhizes. La réutilisation des milieux de culture a permis d’accroître les rendements. Par ailleurs, peu d’effets positifs des biostimulants sur le rendement et les paramètres photobiologiques ont été observés, suite au court cycle de production et l’absence de stress. Les traitements à base de frass ont toutefois augmenté l’activité biologique du milieu de culture. Avec les frass, la baisse du rendement observée pourrait impliquer une éventuelle immobilisation et/ou utilisation des éléments nutritifs dans le milieu de culture par les microorganismes du sol. / Among the fresh produce that can be grown in urban settings or in buildings, the production of nutrient-rich baby leafy vegetables or microgreens is booming. The management of fertilization applied to organic cultivation remains a major determinant of the agronomic performance of greenhouse crops and of product quality. In addition, several studies reported that biostimulants can lead to higher biomass and improve the quality of several vegetables and fruits by increasing nutrient uptake and plant resilience to abiotic and biotic stresses. However, little is known about the optimal fertilization and the benefits of adding biostimulants to organic growing media. Therefore, this project aimed to evaluate the effect of (1) 5 concentrations of organic fertilization (0%; 50%; 100%; 150%; 200%) for 3 growing media (without or with mycorrizae, seaweed and humates), (2) reusing the growing media and (3) 11 biostimulants (Bacillus pumilus, seaweed extract, triacontanol vermicompost, Trichoderma harzianum, humic acid, CaSiO3, insect fertilizer, frass and meal of Hermetia illucens and control) on 6 species of microgreens. The growing media had significant effects on plant biomass. The growing medium amended with mycorrhizae, algae and humic acids increased the total fresh and dry biomass of shiso, basil and lettuce, while no gain in productivity was observed for spinach and Swiss chard. For chicory, only the total dry biomass was increased. Spinach and Swiss chard had the highest biomass with 200% fertilization, while chicory, shiso, basil and lettuce achieved optimal yield with 100 and 150%. In general, a positive correlation was observed between yield, nutrient uptake and mineral availability. However, the nutrient use efficiency decreased with increasing rates of fertilization. The fertilization treatments had a significant effect on leaf NO3 content, which increased with N concentration. However, leaf NO3 content was within the standards of the European Commission EUn°1258/2011; 2000-7000 mg NO3/kg spinach according to species and seasons. When reusing the growing media, similar effects of fertilizer x growing medium treatments were observed. However, biostimulants had few significant effects on yield and the photobiological parameters. This could be explained by the short growth cycle, added to the lack of stress in the plants. Frass resulted in an increase in the biological activity of the growing medium compared with the control without any biostimulant, but reduced yield which could imply a possible immobilization and/or use of nutrients by soil microorganisms, while humic acid decreased the FDA.

Afin de caractériser sa fonction, des lignées transgéniques de type ihpRNA ont été produites pour induire une inactivation spécifique du gène AtMLH1 chez Arabidopsis thaliana. Elles ont été générées en transformant la plante avec un vecteur comportant un même fragment du gène AtMLH1 inséré en directions sens et anti-sens. Cinq lignées montrant un éventail d'intensités de répression ont été rigoureusement analysées. Trois lignées, ihpMLH1-63, -70 et 73, présentaient une forte réduction de l'abondance du transcrit (~10 % du sauvage), une (ihpMLH1-51) montrait un abaissement intermédiaire (~30 % du sauvage) et une dernière (ihpMLH1-54) n'avait qu'une inactivation mineure (~60 %), tel que mesuré par RT-PCR semi-quantitatif. Une étude northern a permis de détecter des siRNA dont l'abondance était corrélée avec l'intensité de la répression. L'étude des conséquences phénotypiques de l'inactivation du gène AtMLH1 a été amorcée en examinant son impact sur l'instabilité des microsatellites via un gène rapporteur. Dû à un phénomène de co-suppression, cette analyse n'a pas été informative. Les conséquences de l'inactivation du gène AtMLH1 feront donc l'objet de futurs travaux.

La culture de la fraise (Fragaria x ananassa Duch.), l’une des plus importantes productions horticoles au Canada, fait face à des défis importants pouvant affecter la productivité et la qualité des fruits. Par conséquent, cette étude se concentre sur l'utilisation des biostimulants les plus prometteurs pour les fraises pouvant améliorer le microbiote du sol, le développement, la productivité et la qualité des fraises produites sous abris. Deux expériences en blocs aléatoires complets ont été réalisées en serre et sous grands tunnels. Dans l'essai en serre, nous avons étudié l'effet de 14 traitements sous gestion conventionnelle (7 traitements) et biologique (7 traitements). Pour le système de culture conventionnelle, les traitements consistaient en: 1- Témoin (sans biostimulant), 2- Extrait d'algue, 3- Trichoderma harzianum souche T22, 4- Rhizoglomus irregulare, 5- Combinaison d'Azospirillum brasilense, Gluconacetobacter diazotrophicus et Bacillus amyloliquefaciens, 6- Mélange des traitements 4 et 5, et 7- Formulation à base d'acide citrique. Pour le système de culture biologique, les traitements biostimulants étaient: 8- Témoin (sans biostimulant), 9- Extrait d'algue, 10- Rhizoglomus irregulare, 11- Combinaison d'Azospirillum brasilense, Gluconacetobacter diazotrophicus et Bacillus amyloliquefaciens, 12- Mélange des traitements 10 et 11, 13- Mélange des traitements 10 et 11 à faible fertilisation, et 14- Formulation à base d'acide citrique, dans une conception de blocs aléatoires complets avec cinq répétitions. D'autre part, dans un essai sous grands tunnels, nous avons étudié six traitements 1- Témoin (sans biostimulant), 2- Rhizoglomus irregulare, 3- Combinaison d'Azospirillum brasilense, Gluconacetobacter diazotrophicus et Bacillus amyloliquefaciens, 4- Mélange des traitements 2 et 3, 5- Formulation à base d'acide citrique et 6- Formulation à base d'acide citrique et lactique à l’intérieur d’un dispositif expérimental en blocs aléatoires complets de quatre répétitions. Nos résultats ont montré que les paramètres d'activité du sol étaient plus élevés sous une gestion de culture biologique, bien que les traitements de biostimulants n'ont pas augmenté l'activité microbienne du sol par rapport à leurs contrôles respectifs, à l'exception de la combinaison de mycorhizes et de bactéries pour des plantes cultivées conventionnellement sous grands tunnels. Pour les deux expériences, les biostimulants n'ont pas influencé significativement la performance photosynthétique des feuilles. Cependant, les biostimulants ont eu un impact sur le développement des plantes et certains paramètres de croissance. En serre, les mycorhizes sous régie biologique et le traitement de mycorhizes et de bactéries sous régie conventionnelle ont diminué le nombre de tiges florifères par rapport aux plantes témoins. En revanche, tous les biostimulants ont augmenté la croissance des plantes cultivées sous grands tunnels. En serre et sous régie conventionnelle, le rendement des plantes traitées avec l'acide citrique a été supérieur à celui des plantes témoins, tandis que l'acide citrique et une combinaison de mycorhizes et de bactéries sous régie biologique a augmenté le rendement. Sous grands tunnels, aucun effet significatif sur le rendement n'a été observé. Le traitement de mycorhizes et de bactéries a augmenté la teneur des fruits en ºBrix, en polyphénols et en anthocyanines des plantes cultivées en serre et sous régie biologique, tandis que Trichoderma a augmenté la teneur en polyphénols et en anthocyanines des fruits sous régie conventionnelle. Aucun effet des biostimulants sur le contenu des fruits en ºBrix et polyphénols n'a été observé sous grands tunnels, tandis que tous les biostimulants ont augmenté la teneur en anthocyanines des fruits. D'après cette étude, nous pouvons conclure que certains biostimulants ont montré des effets bénéfiques, permettant ainsi d’améliorer la performance agronomique de la fraise en termes de croissance, de rendement et de la qualité des fruits de plantes cultivées sous abris. La variabilité observée entre les deux systèmes de production confirme l'importance de la validation de ces résultats sous différentes conditions de croissance et saisons de production. / The strawberry (Fragaria x ananassa Duch.) is one of the most important horticultural crops in Canada. However, several challenges limit the productivity and quality of this crop. Therefore, this study focused on using the most promising biostimulants that can improve soil microbiota, plant development, crop productivity, and berry quality in the greenhouse and high tunnels. In order to study different biostimulants treatments, a greenhouse and high tunnel experiments were carried in a complete randomized block design with five or four replicates. For the greenhouse trial, we studied the effect of 14 treatments under conventional (7 treatments) and organic (7 treatments) growing management. Studied treatments for the conventional growing system consisted of 1- Control (without biostimulant), 2- Seaweed extract, 3- Trichoderma harzianum strain T22, 4- Rhizoglomus irregulare, 5- Combination of Azospirillum brasilense, Gluconacetobacter diazotrophicus and Bacillus amyloliquefaciens, 6- Mixture of treatments 4 and 5, and 7- Citric acid-based formulation. For the organic growing system, the biostimulant treatments were: 8- Control (without biostimulant), 9- Seaweed extract, 10- Rhizoglomus irregulare, 11- Combination of Azospirillum brasilense, Gluconacetobacter diazotrophicus and Bacillus amyloliquefaciens, 12- Mixture of treatments 10 and 11, 13- Mixture of treatments 10 and 11 with low fertilization, and 14- Citric acid-based. For the high tunnel experiment, six treatments were compared: 1- Control (without biostimulant), 2- Rhizoglomus irregulare, 3- Combination of Azospirillum brasilense, Gluconacetobacter diazotrophicus and Bacillus amyloliquefaciens, 4- Mixture of treatments 2 and 3, 5- Citric acid-based formulation, and 6- Citric and lactic acid-based formulation. Our results showed that soil activity parameters were higher under organic crop management compared with the conventional one, although biostimulant treatments did not increase soil microbial activity compared with their respective control, except for the combination of mycorrhiza and bacteria of high tunnel conventionally grown plants. For both experiments, biostimulants did not influence significantly leaf photosynthetic performance. However, biostimulants did impact plant development and some growth parameters. Compared with control plants, our results showed that the number of flowering stalks decreased for greenhouse organically grown plants treated with mycorrhiza and for conventionally grown plants treated with the combination of mycorrhiza and bacteria. On the other hand, all biostimulants increased the growth of plants grown under the high tunnels. Concerning yield parameters, conventionally grown plants treated with citric acid produced higher total and marketable yield compared with control plants, while the marketable yield of organically grown plants was higher in the plants treated with citric acid and the combination of mycorrhiza and bacteria. In contrast to the greenhouse experiment, no yield effect was observed for high tunnel plants. In terms of berry quality, Trichoderma increased the polyphenol and anthocyanin content of conventionally grown berries, while a combination of mycorrhiza and bacteria increased the ºBrix, polyphenol and anthocyanin content of organically grown plants compared with control. No effect of biostimulants on ºBrix and polyphenols were observed for high tunnel plants compared with control, while all biostimulants increased berry anthocyanin content. From our study, we can conclude that some biostimulants may improve strawberry performance in terms of growth, yield, and fruit quality. The lack of a significant difference between biostimulant treatments, due to large variability, confirms the importance of validating these results under different growing conditions and production seasons.

Les plantes ont développé, au cours du temps, des mécanismes de protection leur permettant de survivre et de se développer en dépit des nombreux stress biotiques auxquels elles sont soumises. Cette thèse doctorale, en trois volets, visait à caractériser les réponses biochimiques et physiologiques de la pomme de terre (Solanum tuberosum) attaquée par un insecte coléoptère, le doryphore de la pomme de terre (Leptinotarsa decemlineata). Le premier volet du projet visait à caractériser l'impact de l'insecte sur le protéome foliaire de la plante, en utilisant comme modèle des plantes traitées avec des larves de doryphore, des plantes soumises à des blessures mécaniques et des plantes infestées par un insecte suceur, le puceron de la pomme de terre (Macrosiphum euphorbiae). Le second volet visait à caractériser le protéome des sécrétions orales du doryphore, avec pour objectif de cerner l'incidence relative des protéines de l'insecte et de la plante hôte aux sites de blessure générés par l'herbivore. Le troisième et dernier volet visait, enfin, à déterminer l'impact des altérations du protéome foliaire de la plante sur ses capacités photosynthétiques, et à mettre en évidence l'impact possible des composantes moléculaires de la plante sur les réponses observées. En résumé, nos résultats ont démontré que plusieurs protéines des métabolismes primaire et secondaire, incluant des protéines associées à la photosynthèse, sont régulées dans les feuilles en réponse au doryphore de la pomme de terre. L'impact négatif de l'herbivore sur plusieurs protéines photosynthétiques, notamment celles du photosystème I, a toutefois des répercussions négligeables sur la capture de lumière par la plante. La seconde phase du processus photosynthétique, en revanche, est affectée de manière notable par le doryphore, vraisemblablement par l'action de molécules provenant aussi bien de l'insecte que de la plante elle-même. Ces résultats suggèrent, dans l'ensemble, un impact spécifique, mais limité du doryphore de la pomme de terre sur le protéome primaire et les fonctions photosynthétiques de sa plante hôte. Ils suggèrent aussi la mise en place de mécanismes compensatoires in planta et la grande plasticité du métabolisme primaire de la plante en réponse à l'herbivore. / Higher plants have developed, over time, a variety of protection mechanisms allowing them to survive and cope with a variety of biotic stress cues in their surrounding environment. The main goal of this three-part doctoral thesis was to characterize the biochemical and the physiological responses of potato (Solanum tuberosum) to defoliation by the coleopteran insect herbivore Colorado potato beetle (Leptinotarsa decemlineata). The first objective of the project was to characterize the impact of the insect on the host plant's leaf proteome, using as a model plants treated with potato beetle larvae, mechanically wounded plants and plants infested with a sucking/piercing insect, the potato aphid (Macrosiphum euphorbiae). The second objective was to gain some insight about the proteome of potato beetle oral secretions, with the aim of assessing the relative incidence of insect and host plant proteins at wound sites generated during insect feeding. The third objective, finally, was to determine the impact of leaf proteome alterations on photosynthetic capacities of the host plant, and to determine the possible impact of the plant's own molecular constituents on the responses observed. In brief, our results showed that several proteins involved in the primary and the secondary metabolisms, including photosynthesis-related proteins, were regulated in leaves in response to potato beetle feeding. However, the negative impact of the insect on several photosynthetic proteins, notably photosystem I proteins, only had negligible effects on the light capture process by the plant. The second phase of photosynthesis, on the other hand, was significantly affected by the insect, presumably via molecular effectors from both the insect and the host plant itself. These findings suggest, overall, a specific, but somewhat limited impact of Colorado potato beetle larvae on the leaf proteome and photosynthetic capacities of the potato host. They also suggest the possible induction of compensatory mechanisms in planta and the high plasticity of primary metabolism functions in the plant upon herbivore feeding.

L’androgenèse est une biotechnologie végétale utilisée pour fixer le bagage génétique des plantes en une seule génération. Elle repose sur la capacité d’un grain de pollen immature, la microspore, à restaurer sa totipotence cellulaire végétale et se dédifférencier puis s’engager dans la voie de l’embryogenèse. Or, on observe que la capacité de la microspore à s’engager dans l’embryogenèse est génétiquement variable. En dépit des nombreux avantages qu’elle présente, l’androgenèse entraîne souvent une conséquence indésirable, soit une distorsion de la ségrégation (DS) chez les populations issues de cette biotechnologie. Ma thèse porte sur l’étude (i) du transcriptome de la microspore en transition entre la voie de développement du grain de pollen et celle de l’androgenèse et (ii) de la DS pour déterminer quand la DS survient dans le processus et où elle affecte le génome. J’ai utilisé l’orge comme espèce modèle pour mon étude. L’analyse transcriptomique a été réalisée sur la microspore isolée de l’anthère à trois stades, soit avant (jour 0) et immédiatement après (jours 2 et 5) l'application d'un traitement de stress visant à induire la voie de l’androgenèse. Je me suis intéressé à deux catégories de gènes; soit les gènes exprimés exclusivement à un stade précis et les gènes exprimés différemment lors de l’initiation de l’androgenèse. J’ai pu identifier des gènes exprimés exclusivement dans la microspore au jour 0 (11), 2 (34) ou 5 (367). Au jour 5, j’ai constaté l’induction de nombreux gènes codant pour des FT et des gènes impliqués dans la synthèse ou la transduction du signal de nombreux régulateurs de croissance. L’analyse des gènes exprimés différemment m’a permis d’identifier certains processus métaboliques qui sont activés/réprimés lors du passage de la microspore du jour 0 au jour 2 et du jour 2 au jour 5. Les gènes exprimés exclusivement à un stade précis du développement pourraient servir de marqueurs moléculaires indicateurs de la performance en androgenèse pour optimiser les protocoles de culture. Ensuite, la DS a été étudiée par une approche de génotypage à l’échelle génomique. J’ai d’abord développé une méthodologie d’analyse génotypique novatrice, reproductible et précise pour étudier la fréquence allélique sur un échantillon en composite. Cette méthode m’a permis d’étudier la fréquence allélique chez 1) des échantillons de microspores (avant et après l’application d’un stress), 2) des embryons et 3) des plantes régénérées. J’ai montré que la DS survenait à la fois lors du développement des embryons et la régénération des plantes. Aucune DS n’a été observée chez les échantillons de microspores. Mes résultats montrent que la sélection engendrant la DS s’opère au cours de la culture in vitro. Toujours à l’aide de cette méthode de génotypage en composite, j’ai identifié et comparé la fréquence et l’étendue de la DS chez 12 populations de lignées haploïdes doublées (HD). Dans cette seule étude, un plus grand nombre de populations de lignées HD (12) ont été caractérisées que ce qui avait été fait dans la somme de toutes les études antérieures dans la littérature scientifique. Nous avons montré que les régions de distorsion de ségrégation différaient beaucoup quant à leur position, leur étendue et l’amplitude de la distorsion d’un croisement à l’autre. La connaissance de ces allèles permettrait de prédire le potentiel androgénique des génotypes dans un programme de sélection. Mes travaux de thèse élèvent à l’ère des «omics» la recherche chez la microspore d’orge dans le système de l’androgenèse. À une échelle sans précédent, mon étude transcriptomique explore et décrit les changements d’expression génique au cours de la transition développementale de la microspore. Mon étude génomique identifie quand s’exerce la sélection engendrant la distorsion de la ségrégation des allèles dans ce système et décrit quelles régions chromosomiques sont affectées par cette distorsion. À la lumière de mes résultats, dans le dernier chapitre, je propose certaines pistes de recherche pour poursuivre l’étude des mécanismes moléculaires dirigeant la transition développementale de la microspore en androgenèse et pour développer des outils de génotypage afin d’utiliser la DS comme un outil d’amélioration génétique. / Androgenesis is a plant biotechnology used to fix the genetic background of plants in a single generation. This is based on the ability of an immature pollen grain, the microspore, to restore its totipotency, to dedifferentiate and then to engage in the path of embryogenesis. However, it is observed that the ability of the microspore to engage in embryogenesis is genetically variable. Despite the many desirable attributes of androgenesis, an undesirable side - effect is the segregation distortion (SD) encountered in populations resulting from this biotechnology. My thesis focuses on (i) the study of the transcriptome of microspores undergoing a developmental transition from the pollen - grain pathway towards embryogenesis and (ii) to identify when SD arises in the process and in which genomic regions it occurs. I used barley as a model species for my studies. Transcriptomic analysis was performed on microspores isolated from anthers at three stages corresponding to the microspore before (day 0) and immediately after (days 2 and 5) the application of a stress treatment aimed at inducing embryogenesis. I was interested in two categories of genes: those expressed exclusively at a specific stage of microspore development and those that were differentially expressed during the initiation of androgenesis. I was able to identify genes expressed exclusively in the microspore on day 0 (11), 2 (34) or 5 (367). On day 5, I found the induction of many genes encoding transcription factors (T Fs) in addition to genes involved in the synthesis or signal transduction of many growth regulators. The analysis of differentially expressed genes allowed me to identify certain metabolic processes that were activated/repressed during microspore development from day 0 to 2 and from day 2 to 5. Genes expressed exclusively at a specific stage of development could serve as molecular markers indicative of the performance in androgenesis to optimize isolated microspore culture protocols. Then, SD was studied using a whole - genome genotyping approach. I first developed an innovative, reproducible and accurate genotypic analysis methodology to determine allelic frequency on pooled samples. This method was then used to estimate allelic frequencies in samples of microspores (before and after the application of stress), embryos and regenerated plants. I showed that SD arises during both the development of embryos and the regeneration of plants. No SD was observed in samples of microspores. My results show that the selective forces promoting SD act during in vitro culture. Still using the same genotyping method performed on pooled samples, I identified and compared the frequency and extent of SD in 12 populations of doubled haploid lines (DH). A greater number of DH (12) populations were characterized in my study alone than the sum of all previous studies in barley. I showed that segregation distortion regions greatly differ in their position, extent, and magnitude in different DH populations. Knowledge of these alleles would be useful to predict the androgenic potential of a genotype in a breeding program. My dissertation has allowed research into barley microspores, or more widely androgenesis, to enter into the “omics” era. On an unprecedented scale, my transcriptomic study explores and describes the gene expression changes that occur during the developmental transition that the microspore undergoes in the course of androgenesis. My genomic study identifies when the selection (producing SD) arises in this system and describes which chromosomal regions are affected by this distortion. In light of my findings, in the final chapter I propose some lines of research to further study the molecular mechanisms driving the developmental transition from microspores to embryos and to develop genotyping tools to use SD as a genetic improvement tool.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2004-2005 / La mort cellulaire programmée (PCD) est un processus physiologique ou pathologique permettant l’élimination sélective de cellules devenues inutiles, endommagées ou infectées pour le maintien de l’intégrité ou l’adaptation (fitness) de l’organisme ou de la population cellulaire. Chez les végétaux, les mécanismes moléculaires régulant la PCD ne sont pas encore élucidés, mais la découverte que la protéine humaine anti-PCD Bax Inhibitor-1 (BI-1) est conservée chez les plantes, pourtant dépourvues de la protéine pro-PCD Bax, en a fait un candidat fort prometteur pour l’élucidation de sentiers de mort évolutivement conservés. En ce sens, cette thèse décrit la caractérisation d’orthologues de BI-1 isolés de Brassica napus (BnBI-1) et de Nicotiana tabacum (NtBI-1). Nous avons déterminé par des analyses informatiques et des études d’expression que BI-1 est une protéine membranaire intégrale possédant sept domaines transmembranaires putatifs et localisée au réticulum endoplasmique. Des essais fonctionnels dans des cellules humaines HEK 293 ont révélé que des orthologues végétaux de BI-1 peuvent inhiber la PCD (apoptose) induite par Bax dans ces cellules. Par ailleurs, des lignées cellulaires de tabac présentant des niveaux inférieurs de la protéine NtBI-1 grâce à l’expression d’un ARNm antisens entament un programme précoce de PCD suite à une déficience en carbone, démontrant ainsi le rôle anti-PCD intrinsèque de BI-1 dans des cellules végétales. Nous avons également découvert que la protéine NtBI-1 est surexprimée en présence de cytokinines (CK) dans des cultures cellulaires de tabac, et ce à des concentrations coïncidant avec l’établissement d’une réponse de stress, un phénomène impliquant des mécanismes de régulation post-transcriptionnels. La réponse cellulaire envers les CK comprend également un influx rapide de Ca2+ de l’apoplaste vers le cytosol. Cet influx est partiellement impliqué dans l’induction de la PCD mais non dans la signalisation menant à la surexpression de BI-1. L’ensemble de nos résultats indique que BI-1 est bel et bien un régulateur négatif de la PCD végétale, qui agirait au sein d’un sentier de mort évolutivement conservé. L’augmentation de l’accumulation de la protéine NtBI-1 lors de la réponse de stress envers les CK pourrait contribuer à la survie des cellules et laisse supposer que la protéine est impliquée dans l’activité anti-sénescence des CK. BI-1 s’insère dans un sentier où son niveau d’expression influence la capacité cellulaire à résister aux stress générés entre autres par une disette en carbone, et ce potentiellement via la modulation de l’homéostasie du Ca2+ intracellulaire. / Programmed cell death (PCD) is a physiological or pathological process allowing the selective elimination of useless, damaged or infected cells with the aim of maintaining the integrity or fitness of the remaining organism or cell population. In plants, molecular mechanisms regulating PCD are not yet elucidated, but the identification of functional plant orthologs of the human anti-PCD protein Bax Inhibitor-1 (BI-1), given that the pro-PCD protein Bax is absent in the plant kingdom, revealed the potential of BI-1 as an evolutionary conserved cell death regulator. Accordingly, this thesis describes the characterization of BI-1 orthologs isolated from Brassica napus (BnBI-1) and Nicotiana tabacum (NtBI-1). While combining bioinformatics analysis and localization studies using a fusion between BnBI-1 and the green fluorescent protein, we determined that BI-1 is an integral membrane protein provided with seven putative transmembrane domains localized at the endoplasmic reticulum. We also proceeded to functional assays in human HEK 293 cells, and we demonstrated that plant BI-1 orthologs can inhibit Bax-induced PCD (apoptosis) in these mammalian cells. On the other hand, we demonstrated that tobacco cell lines expressing lower levels of the NtBI-1 protein via an antisens mRNA induced an early PCD program under carbon starvation. We also discovered the up-regulation of NtBI-1 when cultured cells were grown in the presence of cytokinins (CKs), which correlated with the establishment of a stress response. The phenomenon involved post-transcriptional regulatory mechanisms of the BI-1 protein accumulation. Cellular response to CKs also involved a rapid influx of Ca2+ from the apoplast to the cytosol and this influx is partly involved in PCD induction but not in signaling leading to BI-1 modulation. Taken together, our data indicate that BI-1 is a negative regulator of plant PCD that would act in an evolutionary conserved death pathway. NtBI-1 protein over-accumulation in the stress response to CKs could contribute to cell survival and suggests the involvement of the protein in the senescence-delay activities of CKs. BI-1 is part of a pathway where its expression level influence cellular ability to resist to carbon starvation- or senescence-induced stresses, potentially via modulation of intracellular Ca2+ homeostasis.

La berce du Caucase (Heracleum mantegazzianum) est une plante envahissante à l'origine disséminée à travers le monde pour son intérêt ornemental. Elle nuit aux milieux dans lesquels elle s'établit, par exemple en y réduisant la diversité spécifique et en causant l'érosion des berges. Sa sève toxique pose également un important problème de santé publique. Si la dynamique de ses populations a été étudiée en Europe, on ne connaît rien sur la génétique des populations québécoises. Cette étude visait à élucider les patrons spatiaux dans l'invasion de la berce au Québec et dans les régions avoisinantes. Elle cherchait entre autres à discerner le rôle de la dissémination anthropique versus naturelle dans la répartition actuelle de la plante. Pour ce faire, des analyses génétiques (1065 marqueurs de type « polymorphisme nucléotidique simple ») ont été effectuées sur un total de 940 individus provenant de 63 sites. Les résultats ont démontré la présence de trois lignées génétiques fortement différenciées parmi les populations québécoises. De multiples évènements de dissémination anthropique volontaire et involontaire ont été identifiés. Ces résultats pourront servir à améliorer les mesures de contrôle de la berce actuellement en place en plus de contribuer à la compréhension théorique de la dynamique des invasions biologiques. / Giant hogweed (Heracleum mantegazzianum) is an invasive plant historically propagated around the world for its horticultural interest. It negatively impacts environments it colonizes, notably by reducing specific diversity and by increasing erosion in river banks. Furthermore, its toxic sap causes an important public health hazard. The species' population dynamics have been studied in Europe, but nothing is known about the genetics of Quebec populations. This study aimed to elucidate spatial patterns in the giant hogweed invasion in Quebec and in surrounding regions. Amongst other things, it focused on discerning the roles of anthropic versus natural dissemination in the current distribution of the plant. Genetic analyses (1065 single nucleotide polymorphism markers) were performed on a total of 940 individuals from 63 sites. The results demonstrated the presence of three strongly genetically differenciated lineages in Quebec populations. Multiple events of voluntary and involuntary anthropogenic dissemination were identified. The results of this study could be used to improve control policies for this species as well as to improve our understanding of the dynamics of biological invasions.

Huit régimes hormonaux ont été comparés en culture d’anthères chez deux génotypes d’orge de printemps à six rangs. Quatre paramètres ont été notés : le nombre de cals, d’embryons, de plantes vertes et d’albinos. L’analyse de la variance a montré que les génotypes (G), les traitements (T), le rang de récolte des épis (R) et l’interaction R x G avaient des impacts significatifs sur les paramètres à l’étude. Le génotype Altona s’est montré beaucoup plus prolifique que le génotype C97-21-38-3 (19,6 vs 1,3 plantes vertes par 100 anthères). Les traitements 3 (0,1 mg/L de BAP ; 0,1mg/L de 2,4-D) et 6 (0,3 mg/L de BAP ; 0,3 mg/L de 2,4-D) ont permis d’obtenir entre 2 et 3 fois plus de plantes vertes que les traitements témoins. Finalement, chez Altona, les deuxième et troisième épis ont produit significativement plus de plantes vertes, alors que chez C97-21-38-3 aucune différence n’a été observée. / Eight hormonal regimes were compared in anther culture on two genotypes of six-row spring barley. Observations were made on four parameters: the number of calli, embryos, green plants and albinos. An analysis of variance showed that the genotype (G), the treatment (T), the harvest rank of the spike (R) and the R X G interaction all had significant impacts on the studied parameters. Altona proved much more productive in anther culture than C97-21-38-3 (19.6 vs 1.3 green plants per 100 anthers). Treatments 3 (0.1 mg/L BAP; 0.1mg/L 2,4-D) and 6 (0.3 mg/L BAP; 0.3 mg/L 2,4-D) yielded between 2 and 3-fold more green plants than the control treatments. Finally, whereas the second and third spikes produced significantly more green plants than the first spike with Altona, no such difference was observed with C97-21-38-3.

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.

Titre de l'écran-titre (visionné le 2 octobre 2023) / Le soya (Glycine max [L.] Merr.) est une culture de plusieurs milliards de dollars principalement utilisée pour l'industrie de l'élevage, l'alimentation humaine et aussi le biocarburant. Le Canada se classe au quatrième rang en termes de superficie, et cette dernière augmente chaque année. Avec l'augmentation de la superficie cultivée, les problèmes de ravageurs et de maladies ont également augmenté. Le pourridié phytophthoréen (PRR) est l'une des maladies les plus importantes du soya. L'oomycète Phytophthora sojae est l'agent pathogène responsable du PRR et représente chaque année un milliard de dollars de pertes pour l'industrie nord-américaine du soya. Ce pathogène attaque la plante à tous ses stades de croissance, entraînant souvent le besoin de semer de nouveau et même la perte complète de la récolte. Le moyen le plus efficace de réduire les pertes économiques causées par le PRR est d'utiliser des cultivars résistants à P. sojae. Ces cultivars possèdent des gènes de résistance (Rps) et, jusqu'à ce jour, 33 gènes Rps ont été répertoriés grâce à l'utilisation de marqueurs génétiques. Toutefois, seul le gène Rps11 a été cloné et identifié. Récemment, notre laboratoire a identifié des gènes candidat qui seraient possiblement des gènes Rps. Pour confirmer la fonction de ces gènes, il faut être en mesure de les exprimer par une plante sensible via la transformation génétique. Différentes méthodes telles que la transformation médiée par Agrobacterium ou la transformation biolistique génèrent des plants de soya génétiquement modifiés à partir de cals ou d'autres explants. Pourtant, ces techniques demandent beaucoup de main-d'œuvre et de temps, avec un faible taux d'efficacité. Lors de l'étude des gènes exprimés dans les systèmes racinaires, la technique de transformation par Rhizobium rhizogenes est idéale. Cet organisme, par le transfert d'un ADN aux cellules de la plante, cause une prolifération de fines racines « hairy root ». Cette méthode de transformation génétique a été régulièrement appliquée pour étudier la biologie des racines ou bien pour la production de métabolites secondaires, mais rarement pour étudier les interactions hôte-pathogène. Dans ce travail, la technique de transformation hairy-root a été optimisée pour caractériser la fonctionnalité des gènes candidats Rps contre P. sojae par des essais biologiques dans des systèmes hydroponiques. Dans un premier temps, nous avons testé plusieurs souches de Rhizobium rhizogenes et différentes méthodes d'inoculation pour optimiser le procédé qui donnerait le nombre maximum de racines transformées. En tant que gène rapporteur, RUBY a été sélectionné pour ses propriétés non destructives et son expression facilement identifiable dans les racines transformées. Afin d'optimiser la cassette d'expression pour les gènes candidat, la fonction de six promoteurs de soya a également été validée. Cinq promoteurs sur six ont présenté une expression du gène rapporteur dsRed2 supérieure au promoteur le plus couramment utilisé soit le CaMV35S. Pour les besoins de ces travaux, le promoteur du gène de l'ubiquitine a été choisi pour la conception de la cassette d'expression servant à héberger les gènes candidat Rps. À la suite de l'expression de ces gènes candidats dans les racines transformées, il devenait alors possible de tester la fonction de ces derniers par bioessai hydroponique. / Soybean (Glycine max [L.] Merr.) is a multi-billion-dollar crop primarily used to produce animal feed, food, and fuel. Soybean ranks fourth in terms of area, and the area under its cultivation is increasing every year. With the increase in cultivated areas, pest and disease problems have also increased. Phytophthora root rot (PRR) is one of the most important diseases of soybeans. The oomycete Phytophthora sojae is the pathogen responsible for the disease and accounts forbillion in losses annually for the North American soybean industry. This pathogen attacks the plant at all stages of growth, often leading to replanting or complete loss of the crop. The most effective way to reduce the economic losses caused by PRR is to use cultivars resistant to P. sojae (Rps) genes. Approximately 33 Rps genes has been identified. Many of these 33 Rps genes are linked to genetic markers, but only Rps11 has been identified and cloned. Our laboratory has identified putative sequences of Rps genes, and the functional characterization of these sequences must go through the transformation of soybeans. Different methods, such as Agrobacterium-mediated transformation or biolistic transformation, generate genetically modified soybean plants from callus or other explants. Yet, these techniques are labor-intensive and time-consuming, with a low efficiency rate. When studying genes expressed in root systems, the Rhizobium rhizogenes-mediated hairy root transformation technique is ideal. Hairy root transformation has been regularly applied to study root biology or secondary metabolite production, but rarely to study host-pathogen interactions. In this work, the hairy root transformation technique was optimized to characterize the functionality of candidate Rps genes against P. sojae by bioassays in hydroponic systems. First, we tested several strains of Rhizobium rhizogenes and different inoculation methods to identify the procedure that would yield the maximum number of transformed roots. As a reporter gene, RUBY was selected for its non-destructive properties and easily identified expression in transformed roots. We also validated the function of six soybean promoters using the optimized hairy root transformation system. Five of six promoters expressed the dsRed2 reporter gene better than the positive control CaMV35S promoter. Finally, the best promoter was used to design an expression cassette for candidate Rps gene from previously identified sequences, which can be used for functional characterization by hydroponic phenotyping. In conclusion, this optimized hairy root transformation will provide a rapid and reliable method to validate the function of putative Rps genes in the soybean- P. sojae interaction.