Ralstonia solanacearum est une bactérie vasculaire d'origine tellurique dévastatrice chez les Solanacées maraîchères. L'une des difficultés pour la sélection variétale réside dans le contournement de la résistance, en raison de la grande variabilité et plasticité génotypique du pathogène. Trente accessions de tomate, aubergine et piment (Core-TEP) testées vis-à-vis de 12 souches représentatives des phylotypes I, II et III de R. solanacearum (Core-Rs2) ont été classées de très sensibles à très résistantes. Des groupes de souches définis en fonction de leur virulence et agressivité ont été nommés pathoprofils, d'une part, lorsque établis sur les 3 espèces et pathotypes, d'autre part, lorsque établis sur chacune des trois espèces. Aucune résistance universelle n'a pu être mise en évidence chez aucune des trois espèces. Le déterminisme génétique de la résistance à R. solanacearum chez l'aubergine a été étudié sur une population de lignées recombinantes F6 ainsi que sur les générations issues du croisement intraspécifique S. melongena MM738 (S) x AG91-25 (R), testées vis-à-vis de quatre souches du phylotype I. Une carte génétique composée de 119 marqueurs AFLP, SSR et SRAP, positionnés sur 18 groupes de liaisons, pour une longueur totale de 884 cM, a été construite. Les analyses génétiques montrent que la résistance aux souches CMR134, PSS366, GMI1000 est contrôlée par un même gène majeur expliquant jusqu’à 87% de la variance phénotypique. Celui-ci n'est pas détecté vis-à-vis de la souche virulente PSS4 qui contourne cette résistance. Dans ce cas, seul un QTL à effet intermédiaire expliquant jusqu’à 38 % de la variance phénotypique est trouvé sur un autre groupe de liaison. / The plant pathogenic soil-borne bacteria Ralstonia solanacearum causes heavy damage to solanaceous crops. One of the dilemmas for varietal breeding of solanaceous crops is the circumvention of the resistance to R. solanacearum due to the genotypic variability and plasticity of this pathogen. Thirty accessions of Tomato, Eggplant, and Pepper (Core-TEP), screened with a collection of 12 representatives strains of R. solanacearum phylotype I, II and III (Core-Rs2) within the species complex ranked from highly resistant to highly susceptible. The strains were grouped according to there profile of virulence on all three solanaceous, and by considering each species individually. We refer to these groups respectively, as pathoprofiles and pathotypes. No universal resistance was found for the three host species. Genetic analysis of resistance to R. solanacearum in eggplant was conducted against four strains of phylotype I. We used a population of recombinant lines F6 as well as the generations derived from the intraspecific cross between S. melongena MM738 (S) and AG91-25 (R). A genetic map was built with 119 markers a combination of AFLPs, SSRs and SRAPs positioned on 18 linkage groups, for a total length of 884 cM. The genetic analysis revealed that resistance to strains CMR134, PSS366, and GMI1000 was controlled by one single major gene, which explained up to 87% of the phenotypic variation. When the resistance against the highly virulent PSS4 strain is tested, this gene is not detected. In this case, a significant QTL with intermediate effect that explains up to 38% of phenotypic variation was found on another linkage group for this strain.

Ralstonia solanacearum est une bactérie vasculaire d'origine tellurique dévastatrice chez les Solanacées maraîchères. L'une des difficultés pour la sélection variétale réside dans le contournement de la résistance, en raison de la grande variabilité et plasticité génotypique du pathogène. Trente accessions de tomate, aubergine et piment (Core-TEP) testées vis-à-vis de 12 souches représentatives des phylotypes I, II et III de R. solanacearum (Core-Rs2) ont été classées de très sensibles à très résistantes. Des groupes de souches définis en fonction de leur virulence et agressivité ont été nommés pathoprofils, d'une part, lorsque établis sur les 3 espèces et pathotypes, d'autre part, lorsque établis sur chacune des trois espèces. Aucune résistance universelle n'a pu être mise en évidence chez aucune des trois espèces. Le déterminisme génétique de la résistance à R. solanacearum chez l'aubergine a été étudié sur une population de lignées recombinantes F6 ainsi que sur les générations issues du croisement intraspécifique S. melongena MM738 (S) x AG91-25 (R), testées vis-à-vis de quatre souches du phylotype I. Une carte génétique composée de 119 marqueurs AFLP, SSR et SRAP, positionnés sur 18 groupes de liaisons, pour une longueur totale de 884 cM, a été construite. Les analyses génétiques montrent que la résistance aux souches CMR134, PSS366, GMI1000 est contrôlée par un même gène majeur expliquant jusqu'à 87% de la variance phénotypique. Celui-ci n'est pas détecté vis-à-vis de la souche virulente PSS4 qui contourne cette résistance. Dans ce cas, seul un QTL à effet intermédiaire expliquant jusqu'à 38 % de la variance phénotypique est trouvé sur un autre groupe de liaison.

Les cascades de Mitogen-Activated Protein Kinases (MAPKs) sont présentes chez tous les eucaryotes et permettent la transduction des signaux de l’extérieur vers l’intérieur de la cellule. Chez les végétaux, elles sont très abondantes et actives dans une multitude de processus, autant lors de la réponse aux stress que lors du développement. Elles fonctionnent comme un système de phosphorelais, se transférant un groupement phosphate d’une protéine à l’autre, de la MAPKKK à la MAPKK (MKK), puis de la MKK à la MAPK (MPK) et finalement, de la MPK vers des facteurs de transcription ou toute autre protéine qui permettra un changement au niveau de la réponse cellulaire. Depuis quelques années, plusieurs membres de la grande famille des MAPKs ont été étudiés pour leur rôle dans la reproduction sexuée des végétaux. Des mutants ont été caractérisés, mais jusqu’à maintenant, peu de voies complètes ont été décelées. Des précédents travaux dans le laboratoire ont démontré que deux MAPKKKs, de la sous-famille des MEKKs, ScFRK1 et ScFRK2, sont importantes pour le développement normal de l’ovule et du pollen chez Solanum chacoense, une espèce de pomme de terre sauvage diploïde. Sachant que les mutants des gènes les plus orthologues chez Arabidopsis thaliana ne possèdent pas les mêmes phénotypes, nous avons émis l’hypothèse que les Solanacées, du moins S. chacoense, possèdent une famille de MAPKKKs différente, qui n’est pas présente chez A. thaliana. Nous avons donc analysé les génomes/transcriptomes/protéomes de 15 espèces issues de différents clades du règne végétal afin d’étudier les relations phylogénétiques à l’intérieur de la sous-famille des MEKKs. Cela nous a permis d’observer que ScFRK1 et ScFRK2 ne sont pas seuls, mais sont inclus dans un groupe monophylétique que nous avons nommé la classe des FRKs (FRK pour Fertilization-Related Kinase). De plus, nous avons observé une expansion considérable de cette classe chez les Solanacées, comparativement à d’autres dicotylédones comme le peuplier, la vigne ou le coton. La classe des FRKs est absente chez les monocotylédones étudiées (riz et maïs) et ne possède qu’un seul membre (une FRK primitive) chez l’angiosperme basal Amborella trichopoda. Cette analyse phylogénétique des MEKKs nous a poussés à nous poser des questions sur l’origine de la classe des FRKs ainsi que sur son rôle au sein des Solanacées. Dans un deuxième temps, nous avons fait la caractérisation fonctionnelle de ScFRK3, un troisième membre de la classe des FRKs chez S. chacoense, aussi impliqué dans le développement des gamétophytes mâle et femelle. Du patron d’expression jusqu’à l’établissement d’une voie de signalisation potentielle, en passant par la caractérisation phénotypique des mutants, plusieurs expériences ont été réalisées dans le but de comprendre le rôle de ScFRK3 au niveau de la reproduction chez S. chacoense. Dans un contexte plus global, il est important de se questionner sur les rôles semblables, mais forcément différents, des trois membres de la famille FRKs qui ont été caractérisés jusqu’à présent. / Mitogen-Activated Protein Kinases (MAPKs) signaling cascades are found in all Eucaryotes and allow signal transduction from the outside of the cell to the inside. In plants, they are particularly numerous and play roles in several signaling processes, including stress responses and response to developmental cues. Their system involves a phosphorelay: they interact with each other to transfer a phosphate group. It starts with an activated MAPKKK, which transfers the phosphate group to a MAPKK (MKK), then this MKK transfers the signal to a MAPK (MPK), which ends this relay by phosphorylating transcription factors or any other proteins that will, in a way or an other, change the cell response according to the signal. During the last few years, many MAPKs members have been studied for their role in plants sexual reproduction. Some mutants were characterized, but until now, our knowledge of complete signaling cascades is very limited. Previous studies in our lab have shown that two MAPKKKs from the MEKK subfamily, ScFRK1 and ScFRK2, are important for male and female gametophytes development in Solanum chacoense, a wild diploid potato species. Genes that are the most orthologous to ScFRK1 and ScFRK2 in Arabidopsis thaliana, AtMAPKKK19, 20 and 21, do not seem to play the same roles in reproduction, which led us to make the hypothesis that in solanaceous species, at least in S. chacoense, there is one MAPKKK family that is different and not present in A. thaliana. At first, we did analyze the genomes/transcriptomes/proteomes of 15 species from different clads of the plant kingdom to find all the members of the MEKK subfamily of MAPKKKs in order to study their phylogenetic relationship. We then observed that ScFRK1 and ScFRK2 are included in a large monophyletic group which was called the FRK class (Fertilization Related Kinase). Moreover, we also observed that this class has considerably expanded within the solanaceous species, compared to other species like A. thaliana, poplar, cotton or grape vine. The FRK class is totally absent in the monocot species studied (rice and maize) and only one member is found in the basal angiosperm Amborella trichopoda. This phylogenetic analysis led us to ask questions about the origins of the FRK class and its role inside the Solanaceae family. Secondly, we characterized ScFRK3, a third member of the FRK class in S. chacoense, which is also involved, as its two FRK sisters, in male and female gametophytes development. From its expression pattern to the establishment of a potential signaling cascade, analysis and phenotyping of ScFRK3 mutant lines, many experiments were realized in order to understand the role of ScFRK3 in S. chacoense sexual reproduction. Overall, the appearance of this new and expanded class of MEKKs questions its specific role in comparison to other species that have much lesser members, mainly when compared to the model plant A. thaliana, which harbor only a fifth of the FRKs found in solanaceous species.

Le gène Solanum chacoense Fertilization-Related Kinase 1 (ScFRK1) code pour une protéine de la famille des MAPKK kinases exprimée spécifiquement dans les ovules. Son transcrit s’accumule principalement dans la zone micropylaire du sac embryonnaire à l’anthèse et diminue rapidement après pollinisation. Ces résultats suggèrent un rôle possible avant ou pendant la fécondation. Bien qu'aucune expression ne soit détectée dans le pollen à maturité, la protéine est cependant présente dans les cellules mères de microspores. Des plantes transgéniques sous-exprimant ScFRK1 ne montrent aucun phénotype au niveau des tissus végétatifs, mais présentent de petits fruits dépourvus de graines. L’étude microscopique du gamétophyte femelle révèle que son développement ne progresse pas au-delà du stade de la mégaspore fonctionnelle et une grande proportion de sacs embryonnaires anormaux est corrélée avec une faible expression de ScFRK1. De plus, la production de pollen viable diminue en fonction de la baisse des niveaux d’expression du gène, ce qui pourrait s’expliquer par un problème au cours de la mitose I. Puisque l’intégrité du sac embryonnaire est essentielle au guidage des tubes polliniques, nous avons conçu un système de guidage semi-in vivo permettant d’évaluer la capacité des ovules du mutant ScFRK1 à les attirer. L’attraction est sévèrement affectée dans de telles conditions, ce qui confirme l'implication des cellules de la zone micropylaire comme source attractive. Notre système nous a également permis de démontrer que le guidage est très spécifique à l’espèce et que cette attraction constitue un mécanisme important favorisant la spéciation et la maintenance des barrières interspécifiques dans la reproduction sexuée des végétaux. / The Solanum chacoense Fertilization-Related Kinase 1 (ScFRK1) is a member of plant MAPKKK that is specifically expressed in ovules. ScFRK1 mRNA levels accumulate predominantly in the egg apparatus cells of the embryo sac at mature stage and decrease rapidly following pollination. These results suggest both pre- and post-fertilization roles in ovule development. Although no expression could be detected in mature pollen, FRK1 mRNAs could be detected in pollen mother cells. Transgenic plants expressing sense or antisense ScFRK1 showed no abnormal phenotype in vegetative tissues but produced seedless fruits upon pollination. A microscope-based examination of developing female gametophytes revealed that its formation did not progress further than the functional megaspore stage in affected transgenic plants and, as the levels of ScFRK1 mRNA decreased, the percentage of normal embryo sacs declined. Surprisingly, even in severely affected plants producing no or very few embryo sacs, pollination led to the production of parthenocarpic fruits. Similarly, viable pollen production declined with decreasing levels of ScFRK1 and this could be linked to affected mitosis I. Since embryo sac integrity is a prerequisite for pollen tube guidance, we devised a semi-in vivo pollen tube growth system to assess the ability of the ScFRK1 mutant ovules to attract pollen tubes. As expected, guidance was severely affected, confirming the involvement of the egg apparatus cells as the source of attracting molecules. Attraction was also determined to be highly species-specific and developmentally-regulated with the acquisition of attraction competence on anthesis day.

Le gène Solanum chacoense Fertilization-Related Kinase 1 (ScFRK1) code pour une protéine de la famille des MAPKK kinases exprimée spécifiquement dans les ovules. Son transcrit s’accumule principalement dans la zone micropylaire du sac embryonnaire à l’anthèse et diminue rapidement après pollinisation. Ces résultats suggèrent un rôle possible avant ou pendant la fécondation. Bien qu'aucune expression ne soit détectée dans le pollen à maturité, la protéine est cependant présente dans les cellules mères de microspores. Des plantes transgéniques sous-exprimant ScFRK1 ne montrent aucun phénotype au niveau des tissus végétatifs, mais présentent de petits fruits dépourvus de graines. L’étude microscopique du gamétophyte femelle révèle que son développement ne progresse pas au-delà du stade de la mégaspore fonctionnelle et une grande proportion de sacs embryonnaires anormaux est corrélée avec une faible expression de ScFRK1. De plus, la production de pollen viable diminue en fonction de la baisse des niveaux d’expression du gène, ce qui pourrait s’expliquer par un problème au cours de la mitose I. Puisque l’intégrité du sac embryonnaire est essentielle au guidage des tubes polliniques, nous avons conçu un système de guidage semi-in vivo permettant d’évaluer la capacité des ovules du mutant ScFRK1 à les attirer. L’attraction est sévèrement affectée dans de telles conditions, ce qui confirme l'implication des cellules de la zone micropylaire comme source attractive. Notre système nous a également permis de démontrer que le guidage est très spécifique à l’espèce et que cette attraction constitue un mécanisme important favorisant la spéciation et la maintenance des barrières interspécifiques dans la reproduction sexuée des végétaux. / The Solanum chacoense Fertilization-Related Kinase 1 (ScFRK1) is a member of plant MAPKKK that is specifically expressed in ovules. ScFRK1 mRNA levels accumulate predominantly in the egg apparatus cells of the embryo sac at mature stage and decrease rapidly following pollination. These results suggest both pre- and post-fertilization roles in ovule development. Although no expression could be detected in mature pollen, FRK1 mRNAs could be detected in pollen mother cells. Transgenic plants expressing sense or antisense ScFRK1 showed no abnormal phenotype in vegetative tissues but produced seedless fruits upon pollination. A microscope-based examination of developing female gametophytes revealed that its formation did not progress further than the functional megaspore stage in affected transgenic plants and, as the levels of ScFRK1 mRNA decreased, the percentage of normal embryo sacs declined. Surprisingly, even in severely affected plants producing no or very few embryo sacs, pollination led to the production of parthenocarpic fruits. Similarly, viable pollen production declined with decreasing levels of ScFRK1 and this could be linked to affected mitosis I. Since embryo sac integrity is a prerequisite for pollen tube guidance, we devised a semi-in vivo pollen tube growth system to assess the ability of the ScFRK1 mutant ovules to attract pollen tubes. As expected, guidance was severely affected, confirming the involvement of the egg apparatus cells as the source of attracting molecules. Attraction was also determined to be highly species-specific and developmentally-regulated with the acquisition of attraction competence on anthesis day.

Analyse de la diversité inter et intra-spécifique des paramètres de l’architecture des systèmes racinaires chez les Solanacées. Les racines des plantes jouent un rôle important pour garantir productivité et résistance à de nombreux stress. Dans le nouveau contexte agricole, l’importance de ce système racinaire et de sonarchitecture sont remises au premier plan. Notre étude porte sur la dynamique de l’architecture racinaire des solanacées, qui contient un ensemble d’espèces horticoles importantes pour l’alimentation. Notre travail porte sur 32 génotypes, parmi 3 groupes d’espèces: aubergines, piments et tomates.Dans cette étude, nous proposons tout d’abord une analyse de la diversité inter et intraspécifique de l’architecture racinaire à travers l’évaluation d’un ensemble de traits qui sont aussi les paramètres d’un modèle dynamique de simulation (ArchiSimple : Pagès et al, 2012). Cette première évaluation a été faite en pots, en utilisant un milieu très favorable à la croissance des plantes et à l’enracinement. Nous montrons que les traits racinaires choisis présentent en effet des variations d’origine génétique, généralement plus fortes entre espèces qu’au sein des espèces. Nous avons également observé des corrélations entre certains traits qui révèlent des compromis ou des coordinations dans les processus de développement.Pour aller plus loin dans la signification des traits racinaires choisis et leur stabilité vis‐à‐vis des conditions environnementales, nous avons également évalué ces traits en conditions de culture hydroponique. C’est un milieu reconnu comme radicalement différent, intéressant pour les possibilités de visualisation des racines qu’il offre. Un dispositif avec des rhizotrons hydroponiques a été construit spécifiquement pour cette expérimentation. Nous avons confirmé, dans ces nouvelles conditions, les différences d’origine génétique entre les différents génotypes utilisés. De plus, nous avons comparé de manière systématique les valeurs de traits mesurés avec celles de la précédente expérimentation. Certains traits se révèlent stables ou très corrélés (e.g. diamètres, distances interramification)alors que d’autres présentent des différences beaucoup plus fortes (e.g. vitesses de croissance, vitesses d’émergence des racines adventives).Une troisième expérimentation, utilisant différentes combinaisons de greffage entre génotypes, nous a permis d’approfondir la question du contrôle des traits par des interactions au sein de la plante: soit à courte distance au sein du système racinaire, soit à plus longue distance parle système aérien. Deux traits importants ont été étudiés (le diamètre apical et la densité de ramification) en utilisant des combinaisons de génotypes ayant des valeurs contrastées par rapport à ces traits. Il en ressort des réponses très différentes, avec un effet marqué du greffon sur les111RésuméBui H.H. (2015), Diversité inter- et intra-spécifique des paramètres racinaires chez les Solanacées diamètres, révélant qu’une partie au moins du contrôle de ce trait est effectuée par le système aérien, et un effet faible ou inexistant du greffon sur la densité de ramification, révélant un contrôle local de ce trait, par des interactions à courte distance entre les racines. Cette expérimentation par greffage a montré un potentiel très intéressant pour mettre en lumière divers mécanismes de contrôle des traits au sein de la plante entière.Cette étude mérite d’être prolongée par des analyses plus systématiques des déterminismes de variation des traits de l’architecture racinaire, et par des simulations par modèle qui permettront de synthétiser les conséquences des variations de traits sur les performances globales des systèmes racinaires pour la prospection du sol. / Analysis of the inter and intra specific diversity of the parameters of the root system architecture in the Solanaceae.Plant roots play an important role to ensure the productivity and the resistance to manystresses. In new agricultural context, the importance of root system and its architecture are placed tothe forefront. Our study focuses on the root architecture dynamics of Solanaceae, which contains aseries of important horticultural species for the alimentation. Our work was based on 32 genotypesbelonging to three groups of species: aubergines, capsicums, and tomatoes.In this study, we propose firstly an analysis of inter‐ and intra ‐ specific diversity of rootarchitecture through evaluating a set of traits which are also the parameters of a dynamic simulationmodel (ArchiSimple: Pagès et al, 2012). The experiment in pots with a very favorable condition forplant growth and rooting was conducted for the first evaluation. It showed that the selected roottraits present an effect of genetic ‐ originated variations and this effect is usually stronger amongspecies than within species. We also found correlations between certain traits, which revealcompromises or coordinations in the developmental processes.In order to go deeper into the signification of selected root traits and their stability toenvironmental conditions, we also evaluated these traits in hydroponic culture. This environment isradically different, and interesting for its possibilities to visualize the roots. An experimental setupwith hydroponic rhizotrons was specially built for this experiment. In the new conditions, the genetic‐ originated differences between different genotypes used also were found. In addition, wecompared systematically the traits values with those of the previous experiment. Certain traits arestable or highly correlated (e.g., apical diameter, inter‐branch distance), while others are muchdifferent (e.g., root growth rate, emission rate of adventitious roots).In a third experiment, we used different grafting combinations between genotypes todeepen the question of the control of root traits by interactions within plant: either short distancecontrol within root system or long distance control by aerial system. Two important root traits (apicaldiameter and branching density) have been studied by grafting between genotypes which havecontrasting values on these traits. The different responses appear: a significant effect of scion ondiameters, which indicate that at least of this trait is controlled by shoot system, and a weak effect orno effect of scion on branching density, revealing the local control of this trait, by short distanceinteractions between the roots. This experiment showed a great potential of grafting to highlightvarious control mechanisms of root traits within whole plant.AbstractBui H.H. (2015), Diversité inter- et intra-spécifique des paramètres racinaires chez les Solanacées 113This study deserve to be extended by more systematic analysis of determinisms of variationsof root architecture traits, and by using simulation model which allow to integrate the consequencesof traits variations on global performances of root system for prospecting of soil.