Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2007-2008. / Le potentiel des plantes pour la production hétérologue de protéines recombinantes est maintenant bien établi, mais des problèmes de stabilité et de modifications post-traductionnelles inadéquates des protéines persistent et nuisent au développement des plateformes végétales. Bien que les plantes aient la capacité d'effectuer la plupart des modifications post-traductionnelles nécessaires aux propriétés biologiques des protéines produites, il existe des différences subtiles mais significatives entre les modifications post-traductionnelles des protéines chez les mammifères et les plantes. Ces différences peuvent affecter les propriétés biologiques des protéines recombinantes végétales et entraver leur valeur commerciale. Parmi ces modifications, la N-glycosylation et la maturation protéolytique sont celles qui affectent le plus souvent les rendements et la qualité des produits recombinants. Afin d'étudier le potentiel des plantes à produire des glycoproteines complexes, nous avons exprimé en culture cellulaire de tabac Nicotiana tabacum cv BY-2 l'inhibiteur de protéases alpha 1-antichymotrypsine (AACT) humaine, une glycopotéine d'intérêt clinique. La protéine a été adressée vers le compartiment endomembranaire de sécrétion (RE, vacuole et apoplasme) ou exprimée directement dans le cytosol afin d'établir l'impact de la localisation cellulaire sur sa stabilité et sa glycosylation. Nos études ont montré que, bien qu'exprimé dans tous les compartiments cellulaires, le produit obtenu était plus hétérogène au sein du système endomembranaire, probablement en raison d'une maturation de la N-glycosylation et à une maturation protéolytique indue. Inversement, la protéine recombinante exprimée dans le cytosol, sous forme non glycosylée, montrait une plus grande stabilité. Des études d'immunolocalisation ont par ailleurs démontré que cette forme de l'AACT exprimée dans le cytosol montrait une double localisation nucléaire et cytoplasmique. L'AACT possède un site de liaison à l'ADN et une mutation de ce site a permis ici d'inhiber cette interaction et d'altérer en partie la localisation nucléaire. Ces derniers résultats suggèrent que la liaison à l'ADN est impliquée dans la rétention nucléaire de l'AACT. / Plants represent interesting production platforms for recombinant proteins of therapeutical value. While the proof of concept for protein production in plants is no longer a matter of debate, protein stability and post-translational modifications essential for biological activity pose, on the other hand, serious challenges to the development of plant factories. Plant cells can perform most protein post-translational modifications, but plant and mammalian proteins often present minor but significant differences, with a possible negative impact on their commercial value. To assess the potential of plants for the production of structurallycomplex mammalian proteins, we expressed human alphal-antichymotrypsin (AACT), a glycosylated serine protease inhibitor, in cultured BY-2 tobacco cells. The inhibitor was targeted to different subcellular compartments to assess the impact of cellular final destination on accumulation, stability and glycosylation of the resulting variants. Our results showed that AACT entering the secretory pathway was readily processed to lower molecular weight forms. This post-translational maturation apparently was the result of glycan maturation and proteolytic processing of the polypeptide along the secretory pathway. Intriguingly, cytosolic expression generated more stable proteins, although not glycosylated, that accumulated mostly in the nucleus. We further demonstrated that mutation of AACT DNA binding site partially altered the nucleus distribution thus suggesting a role of DNA binding in recombinant AACT nuclear retention. Taken together, these results illustrate the complex and unpredictable nature of recombinant protein posttranslational maturation, and stress the need for additional empirical data on the expression of complex glycopropteins in plant cells.

La plupart de variétés élites de blé tendre ne peuvent pas être croisées avec des espèces apparentées ce qui restreint considérablement la base génétique qui peut être utilisée pour l'introgression de nouveaux allèles dans les programmes de sélection. L'inhibition de l'hybridation entre le blé et les espèces apparentées (e.g. seigle, orge) est génétiquement contrôlée. Un certain nombre de QTLs ont été identifiés à ce jour, y compris les gènes Kr1 sur le chromosome 5BL et SKr, un QTL majeur identifié au laboratoire en 1998 sur le bras court du chromosome 5B, tous deux impliqués dans l'inhibition du croisement entre le blé tendre et le seigle. Dans cette étude, nous avons utilisé une population recombinante SSD provenant d'un croisement entre la variété Courtot non croisable et la lignée MP98 croisable pour caractériser l'effet majeur dominant de SKr. Le gène a ensuite été cartographié génétiquement sur la partie distale du chromosome 5BS à proximité du locus GSP (Grain Softness Protein) dont l'homéologue sur le chromosome 5D est impliqué dans la dureté du grain (locus Ha). Les relations de colinéarité avec l'orge et le riz ont été utilisées pour saturer la région de SKr par de nouveaux marqueurs et établir des relations orthologues avec une région de 54 kb sur le chromosome 12L de riz. Au total, 6 marqueurs moléculaires ont été cartographiés dans un intervalle génétique de 0,3 cM, et 400 kb de contigs physiques de BAC ont été établis des deux cotés du gène afin de jeter les bases du clonage positionnel de SKr. De nouvelles populations de grands effectifs ont été développées pour la localisation précise du gène SKr sur les cartes génétiques et physiques. 223 individus d'une population HIF (SSD254.14) ont été testés pour leur aptitude au croisement avec le seigle et génotypés avec les marqueurs proches du gène pour confirmer les données obtenues dans la population de départ. Les résultats montrent que SKr est localisé dans une région hautement recombinante et que les relations entre distances génétiques et distances physiques sont favorables aux dernières étapes de clonage positionnel du gène. Enfin, deux marqueurs SSR complètement liés au gène SKr ont été utilisés pour évaluer une collection de descendances de blé aptes au croisement avec le seigle originaires d'un programme de sélection de triticale primaire. Les résultats confirment l'effet majeur de SKr sur l'aptitude au croisement et l'utilité des deux marqueurs pour introgresser l'aptitude au croisement interspécifique dans des variétés élites de blé tendre.

Les marais filtrants artificiels sont des écosystèmes recréés par l’homme dans le but d’optimiser l’épuration des eaux usées. Lors de la sélection d’espèces végétales pour la mise en place de ces marais filtrants, l’utilisation d’une polyculture ainsi que d’espèces indigènes non invasives est de plus en plus recommandée. Néanmoins, la plupart des marais filtrants existants sont des monocultures utilisant des plantes envahissantes, probablement à cause du manque d’évidences scientifiques sur les avantages de la diversité végétale et de la performance des espèces locales. Ainsi, les questions de recherche autour desquelles s’oriente ma thèse sont: Les polycultures présentent-elles un potentiel épuratoire aussi ou plus grand que les monocultures, et une espèce indigène est-elle aussi efficace et performante qu’une espèce exotique envahissante dans des marais filtrants ? Trois expériences ont été conduites afin de répondre à ces questions. J’ai d’abord testé l’influence de la richesse végétale sur l’élimination des polluants en deux dispositifs expérimentaux: 1) comparant deux espèces de plantes émergentes en monoculture ou combinées séquentiellement, et 2) évaluant la performance de quatre espèces flottantes plantées en monoculture par rapport à des associations de deux (avec toutes les combinaisons possibles) et de quatre espèces. Une troisième expérience a été réalisée afin de comparer l’efficacité épuratoire de l’haplotype européen envahissant du roseau commun (Phragmites australis) et de la sous-espèce locale non-invasive (P. australis subsp. americanus). La composition en espèces végétales a produit un effet notable sur la performance des marais filtrants. La comparaison des performances en mono- et en polyculture n’a pas permis de démontrer clairement les avantages de la diversité végétale pour l’élimination des polluants dans les marais filtrants. Toutefois, les marais filtrants plantés avec une combinaison d’espèces étaient aussi efficaces que les monocultures des espèces les plus performantes. La comparaison entre les deux sous-espèces de P. australis indiquent que la sous-espèce indigène pourrait remplacer le roseau exotique envahissant, évitant ainsi les potentiels risques environnementaux sans toutefois compromettre l’efficacité du traitement. Les résultats prometteurs de la sous-espèce indigène de P. australis doivent encore être testés dans des expériences à grande échelle avant d’utiliser largement cette espèce dans les marais filtrants. Nos résultats suggèrent que, dans des conditions où la performance des macrophytes disponibles est inconnue ou ne peut être déterminée, l’utilisation d’une combinaison d’espèces présente les meilleures chances d’accomplir le plus haut niveau possible d’élimination de polluants. De plus, même si la diversité végétale ne présente pas un avantage mesurable en termes d’efficacité épuratoire, celle-ci améliore la résilience des marais filtrants et leur résistance aux stress et aux maladies. / Treatment wetlands (TWs) are complex engineered ecosystems designed to remove pollutants from wastewater. In selecting plant species for TWs, the use of polycultures as well as the choice of local non-invasive species is increasingly recommended. However, to date, the majority of TWs have been planted in monoculture using invasive species, probably because the performance of native species and the possible advantages associated with plant diversity have not been clearly demonstrated. The research questions of my thesis are: Are polycultures as good as or better than monocultures for pollutant removal, and could a native species be as efficient as an exotic invasive species in TWs? Three experiments were performed to answer this question. The influence of plant richness on pollutant removal was tested in two mesocosm experiments: 1) comparing two emergent plant species in monoculture and planted in sequence, and 2) evaluating four free-floating species, each in monoculture versus pairs of species (all possible combinations) and the four species planted together. A third experiment was carried out to compare the removal efficiency of the invasive European haplotype of common reed (Phragmites australis) and the native non-invasive subspecies (P. australis subsp. americanus). Plant species composition influenced the performance of TWs. The comparison of the performance of monocultures versus polycultures showed that, overall, TWs planted with a combination of species were as efficient as monocultures of the best performing species. Comparing the performance of native and invasive P. australis strongly suggests that the native could replace the invasive species in TWs, thereby avoiding possible environmental risks without compromising treatment efficiency. The promising results of the native P. australis subspecies need to be further tested in full-scale experiments in order to encourage the use of this species in TWs. The results obtained comparing plant species combinations suggest that under circumstances in which the performance of available macrophytes is unknown or cannot be determined, using a mixture of species offers the best chances of achieving the highest possible level of pollutant removal. Furthermore, it has been suggested that plant diversity contributes to TWs in terms of their resilience to stress and disease.

En contexte forestier méditerranéen au sein de la région provençale calcaire (sud de la France), les relations sol/structure fonctionnelle catabolique des communautés microbiennes/communautés végétales ont été abordées selon différentes échelles bioclimatiques : un gradient latitudinal et altitudinal, et une échelle écosystémique restreinte à différentes séries de chênes pubescents. Ces travaux ont permis d’estimer les contributions respectives (et de leurs interactions) de la structure et de la composition de la végétation et des variables abiotiques dans la détermination des propriétés fonctionnelles des communautés microbiennes des sols. Dans le contexte des changements climatiques globaux, cette même stratégie a été mise en œuvre pour estimer les incidences, sur les potentiels cataboliques et les profils fonctionnels, d’un double stress hydrique et thermique ex situ, mimétique d’une vague de chaleur. Pour les diverses échelles spatiales, nos résultats ont mis en évidence la prépondérance de la part d’interaction entre la végétation et les variables abiotiques épigées et hypogées dans la structuration fonctionnelle des communautés microbiennes. Suite au stress, une diminution globale de leurs potentiels cataboliques a pu être observée. Néanmoins, nos résultats ont révélé une robustesse différentielle des relations entre la végétation et la structure fonctionnelle des communautés microbiennes selon le stade d’évolution de la végétation et de la nature des espèces constitutives de ces formations au niveau de leur dynamique d’occupation spatiale. Ceci pourrait atténuer ou exacerber les effets du réchauffement climatique sur les écosystèmes forestiers méditerranéens. / In Mediterranean forest ecosystems in the limestome-based Provence area (south of France), soil-microbial community functional catabolic structure-vegetation relationships were assessed based on different bioclimatic scales, across a latitudinal gradient, an elevation gradient, and at a restricted ecosystemic scale focusing on Pubescent oak forest stands. The respective parts (and their interactions) of the vegetation composition and structure and the abiotic variables in their functional profiles were investigated. Furthermore, in the context of climate change, this same strategy was used to investigate the effects of an ex situ water and thermic stress, mimetic to a heatwave event on microbial community catabolic potentials and functional profiles. For all the considered scales, our results highlighted the major part of the interactions between vegetation and abiotic aboveground-belowground variables in the determination of soil microbial community functional structure. Drought induced a decrease in their potential catabolic activities. Nevertheless, our results revealed a varying robustness of the interactions between vegetation and soil microbial functional structure based on the dynamic step of the evolution of the forest stands and on the type of their constitutive species. This may mitigate or exacerbate climate change effects on Mediterranean forest ecosystems.

D'origine modeste, Achille Joseph Urbain (1884-1957) devient vétérinaire militaire en 1906. Il soutient une thèse de botanique en 1920, puis travaille à l'Institut Pasteur de Paris dans le laboratoire de Besredka. En 1931, Urbain entre au Muséum national d'Histoire naturelle de Paris où il devient, en 1934, le premier titulaire de la chaire d' « Éthologie des animaux sauvages ». Cofondateur du Parc zoologique de Vincennes et préoccupé de protection de la nature dans un cadre national et international, le savant remplit les fonctions de directeur du Muséum de 1942 à 1949. Notre problématique consiste à élucider les mécanismes d'acquisition de sa popularité auprès des scientifiques et du grand public, puis de sa chute dans l'oubli. L'analyse des travaux scientifiques qu'Urbain réalise avec plus de 80 collaborateurs - vétérinaires, pastoriens, médecins des hôpitaux, pharmaciens, zoologistes -, montre que le savant s'est d'abord fait connaître par ses travaux d'immunologie appliquée. Cependant, la qualité de ses travaux scientifiques n'a pas été le seul modus operandi de sa célébrité. Celle-ci s'est construite grâce à la mise en oeuvre de différents réseaux - scientifiques, politiques, médiatiques, mondains -, jusqu'à l'accession d'Urbain à l'Académie nationale de Médecine (1941) et au poste de directeur du Muséum (1942). La fonction de directeur du Parc zoologique de Vincennes et ses voyages - largement médiatisés - dans l'Empire colonial français, expliquent la notoriété d'Urbain auprès du grand public. Quelques éléments permettent d'expliquer pourquoi le savant est aujourd'hui tombé dans l'oubli. Cette absence de notoriété actuelle tient en premier lieu à ses travaux scientifiques sans grande originalité, mais aussi à un moindre degré à la subversion des thèmes scientifiques liés à sa chaire professorale. Il faut aussi chercher du côté de la caution morale qu'Urbain donne finalement aux pratiques coloniales de l'époque. À ses différents facteurs, il faut sans doute ajouter un désintérêt général pour l'histoire naturelle dans les années 1960, des problèmes financiers qui empêchent le Muséum d'investir dans la rénovation du Zoo de Vincennes et une prévention nouvelle du public vis-à-vis de la captivité animale / From a humble background, Achille Joseph Urbain (1884-1957) became a military veterinarian in 1906. He submitted his botany dissertation in 1920, and then worked in Besredka’s laboratory at the Pasteur Institute of Paris. In 1931, Urbain joined the National Museum of Natural History of Paris, in which, he became the first holder of the chair of “ Ethology of wild animals ” in 1934. Cofounder of the zoological park of Vincennes and concerned with protection of nature in the national and international environment, the scientist carried out his functions as Director of the Museum from 1942 to 1949. Our subject consists in clearing up the mechanisms by which Urbain acquired his fame among the scientists and the general public, and which accounted for his fall into oblivion. The analysis of the scientific studies which Urbain carried out with more than 80 collaborators –veterinarians, scientists of the Pasteur Institute, medical doctors, pharmacists, zoologists – shows that the scientist first made himself known for his studies on applied immunology. However, the high standard of his scientific studies is not the only modus operandi of his fame. It was built with the implementation of different networks – scientists, politicians, journalists, colonial residents, High society people –until Urbain was elected to the National Academy of Medicine (1941) and appointed to the position of Director of the Museum (1942). His function as Director of the zoological park of Vincennes and his travels – widely publicized – in the French colonial Empire explain Urbain’s fame among the general public. A few elements can explain why the scientist has nowadays fallen into oblivion. His current lack of fame is due first to the fact that his scientific studies had with no great originality, but also in a lesser degree to the subversion of the scientific themes linked to his teaching chair. We should also look for some reasons to the moral support that Urbain gave to the colonial practices of the time. To these different factors, we should add the general lack of interest in natural science in the 1960s, the financial issues which prevented the Museum from investing in the renovation of the Zoo de Vincennes and the emerging dislike of the general public towards the captivity of animals

Ce travail a été effectué dans le cadre d’une convention de cotutelle entre les Universités de Corse et d’Antananarivo. Il a contribué à la caractérisation de cinq Plantes de Madagascar à travers la composition chimique de leurs huiles essentielles (HE). Quatre plantes aromatiques et médicinales (Cymbopogon giganteus var. madagascariensis, Tana bojeriana, Croton kimosorum et Croton sp.) poussent à l’état spontané dans la région sub-aride du sud-ouest de Madagascar (Toliara) alors que l’espèce Vepris madagascarica est présente dans la forêt dense humide du nord-est (Vohémar). Ainsi, nous avons étudié par combinaison CPG (IR), CPG-SM et RMN 13C la composition chimique d’huiles essentielles obtenues par hydrodistillation (appareil type Clevenger) et par entraînement à la vapeur d’eau (Alambic).Les huiles essentielles de Cymbopogon giganteus Chiov. var. madagascariensis (A. Camus) ou Ahibero possèdent une composition chimique comparable avec celles des espèces Cymbopogon giganteus Chiov. africaines décrites dans la littérature. Elles sont dominées par les quatre menthadiénols (cis- et trans-p-mentha-1(7),8-dièn-2-ol, cis- et trans-p-mentha-2,8-dièn-1-ol) et le limonène. Nous avons aussi identifié quatre hydropéroxydes possédant le squelette p-menthane. Une monographie de l’huile essentielle d’Ahibero a été proposée à l’intention des utilisateurs de cette huile essentielle.La composition chimique de l’HE de Tana bojeriana Baker est caractérisée par la présence majoritaire de l’-phellandrène (30,4%), de la carvone (22,3%), du limonène (13,3%) et du dill éther (7,7%). Cette composition chimique apparait très proche de celle d’Anethum graveolens (Apiaceae). La présence du trans-p-menth-2-èn-1,6-diol et du p-mentha-1(7),2-dièn-6-ol lui confère une certaine originalité Elle pourrait donc constituer une alternative aux huiles essentielles qui sont bien implantées sur le marché des Plantes Aromatiques et Médicinales (PAM).La composition chimique de l’HE de feuilles de Vepris madagascarica (Baill.) H. Perrier est caractérisée par une très forte teneur en (E)-anéthole (78,2%). L’étude comparative de la composition chimique des huiles essentielles de feuilles (fraîches et séchées) et d’écorces de tronc confirme la prédominance du (E)-anéthole (69,5 à 84,6%). Compte tenu de la répartition restreinte de cette plante aromatique et en vue d’une gestion durable de cette espèce, son exploitation devrait être limitée aux huiles essentielles des feuilles qui pourraient ainsi constituer une source de (E)-anéthole, composé très utilisé en agro-alimentaire.Deux espèces de Croton endémiques de Madagascar ont été étudiées, Croton kimosorum Leandri (Zanapoly ou Napoly) et Croton sp. (Andriambolamena ou Riamena). Les huiles essentielles de ces deux plantes aromatiques et médicinales sont caractérisées par la présence du linalol (Zanapoly) et du limonène(Andriambolamena). La première HE est caractérisée par une majorité de composés oxygénés tandis que la seconde est dominée par les composés oléfiniques monoterpéniques. Dans les deux cas, de nombreux sesquiterpènes oxygénés ont été identifiés. Parmi eux, l’épi--bisabolol, jamais décrit dans une HE du genre Croton, est trouvé pour la première fois dans les deux espèces. / This study was conducted under an agreement of co-supervision between the Universities of Antananarivo (Madagascar) and Corsica (France). It contributed to the characterization of five malagasy plants through the chemical composition of their essential oils (EO). Four aromatic and medicinal plants: Cymbopogon giganteus var. madagascariensis, Tana bojeriana, Croton kimosorum and Croton sp. grow wild in the south-western region of Madagascar (Toliara) whereas the species Vepris madagascarica is widespread in the rainforest of the north-eastern region (Vohémar). The identification of components of EOs produced by hydrodistillation (Clevenger type apparatus) and by steam distillation (Alembic) has been obtained by combination of GC (RI), GC-MS and 13C NMR.Cymbopogon giganteus Chiov. var. madagascariensis (A. Camus) EO or Ahibero EO of Madagascar has similar chemical composition with Cymbopogon giganteus Chiov. african species described in literature. Its chemical composition is dominated by four p-menthadienols (cis- and trans-p-mentha-1(7),8-dien-2-ol, cis- and trans-p-mentha-2,8-dien-1-ol) and limonene. Moreover, four peroxides derivatives bearing the p-menthane skeleton were also identified. A monography has been proposed to Ahibero EO users.Tana bojeriana Baker EO is characterized by the predominance of -phellandrene (30.4%), carvone (22.3%), limonene (13.3%) and dill ether (7.7%). The chemical composition of this EO was very close to that of Anetum graveolens (Apiaceae family), constituents. The presence of trans-p-menth-2-en-1,6-diol and p-mentha-1(7) ,2-dien-6-ol, gives some originality to Tana bojeriana EO. It could be therefore an alternative for essential oils that are already well established on the Medicinal and Aromatic Plants market.The chemical composition of Vepris madagascarica (Baill.) H. Perrier leaf EO is characterized by a high content of (E)-anethole (78.2%). The comparative study of the chemical composition of leaves (fresh and dried) and bark trunk EOs confirmed the predominance of (E)-anethole (69.5 to 84.6%). Taking account of the restricted distribution of this aromatic plant and the need for sustainable management of this species, its potential use would be limited to leaf oil and could be a source for this compound widely used in food industry.Two species of Croton endemic from Madagascar were studied, Croton kimosorum Leandri (Zanapoly or Napoly) and Croton sp. (Andriambolamena or Riamena). Both aromatic and medicinal plants EOs are characterized by the presence of linalool (Zanapoly) and limonene (Andriambolamena). Croton kimosorum is characterized by a majority of oxygenated compounds, while the second is dominated by hydrocarbon monoterpenes. In both cases, several oxygenated sesquiterpenes are identified. Among these, the epi--bisabolol, never reported in of Croton EOs, was found for the first time in both species.

Les bactéries promotrices de la croissance des plantes (PGPR) peuvent améliorer la performance et la tolérance des plantes lors de stress environnementaux. Arabidopsis thaliana est un modèle de choix pour étudier les mécanismes impliqués dans les interactions plante-bactéries. Nous avons analysé de multiples traits associés à la dynamique de croissance, au développement et la physiologie des végétaux afin d'évaluer les effets de l'inoculation par Phyllobacterium brassicacearum STM196, une PGPR isolée de la rhizosphère du colza, sur les réponses d'A. thaliana à des stress hydriques de différentes intensités. Grâce à des outils performants de phénotypage, nous avons développé une nouvelle approche d'analyse à haut-débit pour examiner l'implication de STM196 dans les stratégies de résistance des plantes au stress hydrique. Nos résultats montrent pour la première fois que les PGPR peuvent interférer dans les stratégies d'échappement des plantes grâce à des modifications de la croissance et du temps de floraison. De plus, STM196 induit une meilleure résistance au déficit hydrique modéré et une meilleure tolérance à la déshydratation sous une contrainte hydrique sévère. L'inoculation par STM196 peut ainsi représenter une valeur ajoutée aux stratégies de résistance intrinsèques aux plantes, ce qui est illustrée par sa remarquable capacité à promouvoir la survie et la production de biomasse végétale dans des environnements contrastés. Nos résultats soulignent l'importance des interactions plantes-bactéries dans les réponses des plantes à la sécheresse et offrent de nouvelles voies de recherches pour l'amélioration de la résistance à la sécheresse dans les cultures. / Plant growth promoting rhizobacteria (PGPR) can enhance plant performance and plant tolerance to environmental stresses. Arabidopsis thaliana is a useful organism to study the mechanisms involved in plant-PGPR interactions. We analyzed multiple plant traits related to growth dynamics, development and physiology in order to assess the effects of Phyllobacterium brassicacearum STM196 strain, isolated from the rhizosphere of oilseed rape, on Arabidopsis responses to well-defined soil water availability. Using powerful tools for phenotyping, we developed a new high-throughput analysis to examine the implication of STM196 on plant strategies to cope with water stress. Our results show for the first time that PGPR can interfere in escape strategies of plants through modifications in plant growth and flowering time. Moreover, STM196 induced a better resistance to moderate water deficit and a better tolerance to dehydration under a severe stress. Inoculation by STM196 can represent an added value to plant resistance strategies, as illustrated by its remarkable ability to promote plant survival and biomass production under contrasted environments. Our results highlight the importance of plant-bacteria interactions in plant responses to drought and provide a new avenue of investigations to improve drought resistance in crops.

Les écosystèmes prairiaux alpestres sont supposés être très sensibles au changement climatique. Cependant leur long historique fait de variation du climat et de multiples siècles d'utilisation des terres peut avoir sélectionné des mécanismes de résilience écologique à la variabilité climatique et aux stress climatiques extrêmes. Nous avons utilisé un dispositif expérimental de grande envergure pour explorer les mécanismes de réponses des prairies subalpines à une combinaison d’extrêmes météorologiques hivernaux (fonte des neiges précoce) et estivaux (sécheresse) en fonction de la composition fonctionnelle des communautés végétales et des pratiques de gestion des terres. La composition fonctionnelle des prairies a été manipulée à l’aide d’assemblages de trois espèces de poacées en différentes abondances relatives, représentant in fine un gradient d’utilisation des ressources allant de la conservation à l'exploitation. De manière générale, la composition fonctionnelle a été le principal déterminant de tous les paramètres observés pour la performance individuelle des plantes, les réponses intraspécifiques des plantes, la décomposition de la litière et les processus de recyclage de l'azote. Le fonctionnement des écosystèmes prairiaux dominés par des plantes conservatrices a été remarquablement résistant aux traitements climatiques extrêmes, tandis que les écosystèmes prairiaux dominés par des plantes plus exploitatrices ont été plus résilients. Les pratiques de gestion ont modulé ces réponses et plus particulièrement dans le cas des communautés exploitatrices. Les allocations souterraines aux réserves glucidiques et aux pools d'azote microbiens ont été identifiées comme deux mécanismes clés sous-tendant les réponses des communautés résilientes. Néanmoins, des répercussions à plus long terme du changement climatique pourraient être observées, causées par un épuisement successif des réserves végétales et une diminution des retours azotés vers le sol via les processus de décomposition. / Alpine grassland ecosystems are presumed to be highly sensitive to climate change, yet their long history of climate variability, and multiple centuries of land use may have selected for mechanisms of ecological resilience to climate variability and climate extremes. We used a large experimental design to explore patterns and mechanisms for responses of subalpine grasslands to combined winter (snow removal) and summer (drought) weather extremes depending on plant functional composition and management. Plant functional composition was manipulated by establishing grass mixtures with three species representing a conservation to exploitation gradient planted at varying relative abundances. Overall, functional composition was the primary determinant of all observed parameters for plant individual performance, intraspecific plant trait responses, litter decomposition and nitrogen recycling processes. The functioning of grassland ecosystems dominated by conservative plants was remarkably resistant to extreme weather treatments, while grassland ecosystems dominated by more exploitative plants were more resilient. Management altered these responses mostly in the case of exploitative communities. Belowground allocation to carbohydrate reserves and to microbial nitrogen pools were identified as two key mechanisms underpinning these resilient responses. Longer-term impacts of climate change may however unfold through the exhaustion of plant reserves and decreasing nitrogen returns to soils via decomposition process.

À travers l'analyse comparative des pratiques traditionnelles de culture du manioc (Manihot esculenta Crantz) au Gabon, cette thèse explore l'origine de la diversité du manioc en Afrique. Diversité est à comprendre ici au sens large : diversité nommée (à travers la variété, qui est l'unité de gestion de la diversité accessible aux agriculteurs), diversité morphologique (sélection des variétés basée sur la perception de leurs différences, à travers des systèmes de nomenclature et de taxonomie particulier à chaque population), diversité génétique (appréhendée à l'aide de marqueurs moléculaires neutres), et enfin, diversité culturelle. Cette thèse se propose d'étudier l'articulation de ces quatre niveaux, afin d'appréhender le rôle des sociétés comme ingénieures de la diversité du manioc en Afrique. En combinant approches historique, ethnobotanique et génétique, cette thèse montre que le contexte de l'introduction du manioc en Afrique a joué un rôle déterminant dans la construction des relations des agriculteurs à la plante. Sa perception au-delà de la bouture (le mode de propagation du manioc) et sa compréhension jusque dans ses mécanismes les plus intimes (la production de graines et leur utilisation pour augmenter la diversité génétique globale du manioc) ont été largement contraintes, géographiquement et historiquement, par la nature des rapports sociaux et économiques qui se sont construits entre populations européennes et africaines. En analysant les déterminants historiques et culturels de l'hétérogénéité des pratiques et des savoirs locaux associés à la culture du manioc, on montre que les bouleversements sociaux et économiques et la modification de la carte ethnique du Gabon, aux tout débuts de la colonisation, ont contribué à créer un large éventail de situations où la culture du manioc est perçue très différemment selon les populations. L'étude comparée des systèmes de culture, des modes et des rationalités de sélection sur les variétés, traduit très bien cette contrainte historique de l'introduction et des voies de diffusion du manioc en Afrique centrale, et les patrons de diversité génétique au Gabon ne se comprennent vraiment qu'à la lumière de l'analyse de l'histoire des populations étudiées, dans leurs rapports avec les commerçants européens du début du 17ème à la fin du 19ème siècle, et avec l'administration coloniale à partir du 20ème siècle.

Pour des missions spatiales de longue durée, les plantes supérieures doivent faire partie des systèmes de support-vie. Le projet Micro-Ecological Life Support System Alternative (MELiSSA, alternative de système de support-vie micro-écologique) de l’Agence Spatiale Européenne est basé sur un système clos de support vie qui inclut, autour d’un compartiment consommateur, des compartiments microbiens et des plantes supérieures. Les plantes consomment les déchets pouvant être recyclés (les eaux usées et du CO2) et produisent de la nourriture fraîche, de l’eau potable et de l’oxygène pour l’équipage. Un des points clé pour ce type d’étude est le maintien d’un système qui assure le recyclage de tous les éléments C, H, O, N, S, P, … C’est pourquoi la base de l’étude repose sur une modélisation des stœchiométries de conversion qui doit traduire les échanges de matière et d’énergie en fonction des limitations physiques qui sont les paramètres de contrôle du système. L’étape préliminaire a été d’établir un modèle métabolique de feuille (un sous-modèle du modèle biochimique), comprenant le métabolisme central et utilisant les techniques métaboliques d’analyse des modes élémentaires (EFMA) et d’analyse des flux métaboliques (MFA) associé à une vision intégrée de l’énergétique du métabolisme central. En l’absence de données expérimentales suffisantes, le modèle métabolique de feuille a été construit à partir de la composition de la biomasse référencée par le Département Américain de l'Agriculture (USDA) et validé avec les données expérimentales de laitues (Lactuca sativa) cultivées dans l’installation de recherche des systèmes à environnement contrôlé (CESRF) de l’Université de Guelph (Canada). Pour la première approche, le modèle est satisfaisant et prometteur ; il peut prédire la production de biomasse une fois connecté aux facteurs physiques de la croissance de plante (lumière, disponibilité en CO2 et en eau, …) au cours du temps et à la composition de la biomasse. Cependant, nos résultats souffrent d’un manque de données pour vérifier les modèles métaboliques ; ainsi, différents types de mesures pour des prédictions plus précises sont proposés. Le futur modèle doit être en mesure de contrôler la croissance de la plante pour la survie des humains, connaissant les flux provenant des autres compartiments de la boucle MELiSSA. Par ailleurs, l’approche décrite ici peut être utilisée de manière plus générale pour tous types d’études et modélisations du métabolisme, en particulier pour étudier le fonctionnement simultané et/ou consécutif des métabolismes photosynthétique et respiratoire. / For long term space missions, higher plants are necessary to be included in life support systems. The Micro Ecological Life Support System Alternative (MELiSSA) project of European Space Agency (ESA) is based on a closed life support system where microbial and higher plant compartments support the consumer’s compartment. Plants consume the possible recycling wastes (waste water and CO2) and provide fresh food, potable water and oxygen to the crew. One of the key points for this kind of study is to maintain a system which recycles all the elements C, H, O, N, S, P, etc. That is why, the study is based on the modelling of conversion stoichiometries ; they are the results of the control parameters of the system (physical limitations of mass and energy exchanges). As a preliminary step, we have established leaf metabolic model (a sub model of the plant biochemical model) involving central carbon metabolism using metabolic techniques, elementary flux mode analysis (EFMA) and metabolic flux analysis (MFA). It is associated to an integrated approach of energetics and central metabolism. Due to data limitations, the leaf metabolic model was constructed taking the biomass composition of lettuce (Lactuca sativa) from United States Department of Agriculture (USDA) and validated with the experimental data where lettuce grown in controlled Environment Systems Research Facility (CESRF) of University of Guelph (Canada). For the first approach, the model is satisfying and promising ; it can predict the biomass production connecting the physical plant growth factors (light, CO2 and water availability, etc.) along with time course growth and biomass composition. However, our results show the lack of sufficient data ; hence, various kinds of measurements required for more accurate model predictions are proposed. The future model must be able to control and manage the plant growth for human survival knowing the fluxes from other compartments of MELiSSA loop. Further, the approach described here can be used more generically in all kinds of metabolic studies and modeling, especially for studying simultaneous and/or consecutive photosynthetic and respiratory metabolisms.