Les recherches sur les interactions porte-greffe/greffon chez la vigne en relation avec l’environnement perdurent depuis plusieurs décennies, mais les mécanismes physiologiques sous-jacents de la vigueur conférée sont toujours incompris. Ce manque de connaissance constitue un frein dans le développement des porte-greffes existants pour contrôler la vigueur et la productivité, ou dans la recherche de nouveaux génotypes de porte-greffe mieux adaptés aux conditions futures de production. L’objectif de ce travail est de comprendre par une approche de biologie intégrative couplant expérimentation et modélisation comment le porte-greffe interagit spécifiquement avec son greffon (et vice versa) pour modifier dès les premières étapes du greffage, les caractéristiques physiologiques de la plante entière afin de coordonner le développement et la croissance des parties aériennes avec celle des parties racinaires. L’azote étant considéré comme un élément-clef de contrôle de la croissance et de l’allocation de la biomasse au sein d’une plante, un accent particulier est porté sur le rôle de la nutrition azotée dans le contrôle trophique de la croissance du couple porte-greffe/greffon. Un travail expérimental en serre a été mené pour caractériser par marquage isotopique les flux d’azote (15N) et de carbone à l’échelle de la plante entière au sein de deux combinaisons de porte-greffe/greffon au stade végétatif : l’une conférant une forte vigueur (CS/1103P), l’autre une faible vigueur (CS/RGM), en réponse à une variation de la disponibilité externe en nitrate. Cette étude sur le couplage entre fonctions d’acquisition et d’utilisation des ressources azotées et carbonées a été complétée par un phénotypage dynamique de la croissance aérienne, de la répartition de biomasse entre les organes et de la composition biochimique et minérale des principaux organes de la plante. Nous avons ainsi pu appréhender les signaux de communication entre la partie aérienne et la partie racinaire de la vigne greffée, ce qui a abouti à l’élaboration d’un modèle conceptuel simplifié du fonctionnement de la vigne greffée. Une première version d’un modèle mécaniste basé sur un formalisme source-puits prenant en compte l’acquisition et l’allocation de C et N au sein de deux compartiments aérien et racinaire, ainsi que leur plasticité vis-à-vis de la disponibilité exogène et endogène en ressources a été élaborée. A terme, le modèle devrait permettre d’identifier des paramètres génétiques clef au niveau racinaire explicitant les différences de croissance et vigueur conférée observées selon les combinaisons porte-greffe/greffon / Research on rootstock/scion interactions in grapevine in relation to the environment persisted for several decades, but the physiological mechanisms determining the rootstock effect on scion vigour are still misunderstood. This lack of knowledge hampers the development of existing rootstocks to control the vigor and productivity, or research new rootstock genotypes better adapted to future conditions of production. The objective of this work is to understand by an integrative biology approach coupling experimentation and modeling how the rootstock interacts specifically with the scion (and vice versa) to change in the early stages of grafting , the physiological characteristics of the whole plant to coordinate the development and growth of the aerial parts with the root parties. Nitrogen is considered a key element in the control of the growth and the biomass allocation within a plant, and a particular emphasis is placed on the role of nitrogen nutrition in the nutritional control of the grafted grapevine growth. Experimental work was conducted in a greenhouse to characterize by isotopic labeling nitrogen (15N) and carbon flow within the whole plant for two rootstock/scion combinations at vegetative stage : one giving a strong vigour (CS/1103P), the other a low vigour (CS / RGM), in response to a change in the external nitrate availability. This study on the coupling between acquisition functions and use of nitrogenous and carbonaceous resources was completed by a dynamic phenotyping aerial growth, the distribution of biomass between the organs and the biochemical and mineral composition of the principal organs of plant. We were able to understand the communication signals between the aerial part and the root part of grafted vines, which led to the development of a simplified conceptual model of the functioning of the grafted vines. A first version of a mechanistic model based on a source-sink formalism taking into account the acquisition and allocation of C and N in both aerial and root compartments and their plasticity to the availability of exogenous and endogenous resource was developed.

Dans le contexte de raréfaction de la ressource en eau, il est nécessaire de prendre en compte le caractère de tolérance à la sécheresse dans les programmes d’amélioration variétale, en particulier pour les porte-greffes de vigne. L’objectif de cette thèse est d’analyser, à l’échelle de la plante entière, le déterminisme génétique des effets du porte-greffe sur les réponses de la tranpiration et de la croissance, au niveau de la partie aérienne, en conditions de déficit hydrique édaphique. L’étude de ces caractères complexes, soumis à une forte interaction génotype × environnement, a été conduite à partir d’une approche de génétique quantitative où ces interactions ont été intégrées par deux approches : l’utilisation des paramètres de courbes de réponses comme caractère quantitatif et la mise en oeuvre d’une analyse QTL pluriannuelle. Une population de type F1, issu du croisement Vitis vinifera Cabernet Sauvignon × Vitis riparia Gloire de Montpellier, constituée de 138 individus, a été cartographiée génétiquement avec des marqueurs microsatellites. Cette descendance a été ensuite phénotypée en position de porte-greffe, avec un greffon unique. A partir de cet outil, des QTL ont été recherchés et identifiés pour la transpiration, l’efficience d’utilisation de l’eau et la plasticité de la transpiration induite par le porte-greffe, ainsi que pour plusieurs paramètres de la croissance et de l’allocation de la biomasse au sein de la plante entière. La plasticité de la transpiration réponse à l’état hydrique du substrat est déterminée génétiquement par des régions distinctes des autres caractères descriptifs de la consommation en eau. La colocalisation de gènes candidats dans les intervalles de confiance des QTL, impliqués dans la signalisation chimique (ABA) ou hydraulique (aquaporines) permet de formuler des hypothèses sur la signalisation porte-greffe/ greffon en condition de déficit hydrique. Des régions spécifiques du génome paraissent contrôler la croissance et la vigueur conférée par le porte-greffe en conditions de déficit hydrique. Ces régions sont également indépendantes de celles contrôlant la transpiration ou l’efficience d’utilisation de l’eau. Ce résultat permet d’envisager un travail de sélection pour ces deux catégories de caractères de manière indépendante / In the water scarcity context with the global climate change, drought tolerance must be taken into account in crop genetic improvement program, particularly for grapevine rootstocks. The objective of this thesis was to analyse at the whole plant level, the genetic determinism of rootstock effect on the transpiration and growth of the scion, under edaphic water deficit conditions. The study of these complex traits, submitted to a strong genotype × environment interaction, was performed with a quantitative genetic approach. Genotype × environment interactions were integrated with two methods: first, using response curve to an environmental variable for detecting QTL, and secondly, to combine data in a multi-environment QTL analysis. The pedigree population consisted of 138 F1 individuals derived from the interspecific cross of Vitis vinifera Cabernet Sauvignon × Vitis riparia Gloire de Montpellier. This family was mapped with single sequence repeats (SSR) markers. This population was assessed as rootstock, so every genotype was grafted with the same scion. Then, QTL were detected for transpiration, water use efficiency and transpiration plasticity induced by rootstock, and for growth and biomass allocation inside the whole plant. Transpiration plasticity was represented as a function of substrate water status and was genetically determined with distinct genome regions from the other traits related to water consumption. Candidate genes involved in hormonal (ABA) or hydraulic (aquaporins) signaling between rootstock and scion, under water deficit conditions, were localized in the QTL confidence interval. Some specific genome regions were involved in growth and confered vigour genetic determinism under water deficit conditions. These regions were also different from those identified for transpiration or water use efficiency. This result allows a further selection process for these two traits groups independently.