Cette étude vise à explorer les mécanismes de tolérance des plantes aux xénobiotiques organiques de la famille des HAPs (phénanthrène), à travers l’analyse de l’impact des évènements de spéciation par hybridation et duplication génomique (allopolyploïdie). Nous avons pour cela mené une approche comparative sur un modèle de spéciation allopolyploïde récente, constitué des espèces parentales hexaploïdes S. alterniflora et S. maritima, et de l’allopolyploïde S. anglica qui résulte de la duplication du génome de leur hybride F1 S. x townsendii. Une approche intégrative basée sur des analyses physiologiques et moléculaires nous a permis de montrer que chez Spartina l’hybridation et le doublement du génome augmentent la tolérance aux xénobiotiques. Le parent paternel S. maritima se montre particulièrement sensible au phénanthrène par rapport au parent maternel S. alterniflora. Différentes analyses transcriptomiques ont permis l’identification de novo de transcrits spécifiquement exprimés en condition de stress, et l’annotation des petits ARNs (miARNs, leurs gènes cibles, et siARNs) agissant en tant que régulateurs de l’expression des gènes et la régulation des éléments transposables. Les analyses d’expression différentielle en réponse au stress ont permis de générer un modèle de régulation (miARN/gènes cibles) en réponse aux HAPs, testé par validation fonctionnelle en système hétérologue chez Arabidopsis. Un travail exploratoire de profilage du microbiome de la rhizosphère des spartines exposées au phénanthrène a été réalisé pour préciser les mécanismes de dégradation des xénobiotiques dans l’environnement en vue d’une application dans les stratégies de remédiation verte. / We explored mechanisms involved in tolerance to organic xenobiotics belonging to PAHs (phenanthrene), in the context of allopolyploid speciation (hybrid genome duplication). We developed a comparative approach, using a recent allopolyploidization model including the hexaploid parental species S. alterniflora and S. maritima, and the allopolyploid S. anglica, which resulted from genome doubling of the F1 hybrid S. x townsendii. Integrative approach based on physiological and molecular analyses highlights that hybridization and genome doubling enhance tolerance to xenobiotics in Spartina. The paternal parent S. maritima exhibits higher sensitivity compared to the maternal parent S. alterniflora. Various transcriptomic analyses were performed, to identify de novo stress responsive transcripts, and to annotate small RNAs (miRNAs, their target genes, and siRNAs) involved in gene expression and transposable element regulations. Differential expression analyses in response to stress allowed us to develop a putative miRNA regulatory network (miRNA/target genes) in response to PAH, functionally validated in Arabidopsis as heterologous system. An exploratory profiling of Spartina rhizosphere microbiome exposed to phenanthrene was also performed to characterize environmental degradation abilities, in the perspective of optimizing green remediation strategies.

La photorespiration est un processus essential chez tous les organismes photosynthétiques. Elle est déclenchée par l’activité oxygénase de la Ribulose-1,5-Bisphosphate Carboxylase/Oxygenase (RuBisCO) menant à la production d’une molécule de 3-phosphoglycerate and une molécule de 2-phosphoglycolate (2PG). Le 2PG est toxique et sera recyclé par la photorespiration qui implique huit principales enzymes et prend place dans les chloroplastes, les peroxysomes, les mitochondries et le cytosol. Bien que la photorespiration aboutisse à une efficacité réduite de l’assimilation du CO₂ photosynthétique et soit considérée comme un processus inutile, le phénotype de croissance des mutants d’enzymes photorespiratoires (croissance réduite, chlorose) reflète l’importance de ce processus dans la croissance et le développement normal car il interagit avec plusieurs voies métaboliques primaires. Les données actuelles montrent que sept des huit principales enzymes photorespiratoires pourraient être phosphorylées et qu’ainsi la phosphorylation pourrait être un élément régulateur essentiel du cycle photorespiratoire. Afin de mieux comprendre la régulation du cycle photorespiratoire, nous avons étudié l’effet d’une phosphorylation/ absence de phosphorylation sur la sérine hydroxyméthyltransférase 1 mitochondriale (SHMT1) et de l’hydroxypyruvate réductase peroxisomale en utilisant des versions de ces enzymes mimant une phosphorylation (sérine ou la thréonine mutée en acide aspartique) ou une absence de phosphoryaltion (sérine ou thréonine mutée en alanine).Deux sites sont phosphorylés chez HPR1: S229 et T335. La mutation de ces sites montre que seule la version mimant une phosphorylation sur le site T335 (HPR1 T335D) entraîne une activité réduite de la protéine recombinante HPR1. Ce résultat a été confirmé in vivo puisque le mutant Arabidopsis hpr1 exprimant HPR1 T33D était incapable de totalement complémenter le phénotype photorespiratoire du mutant hpr1.Par complémentation du mutant d’Arabidopsis shm1-1 par une forme sauvage de SHMT1, d’une version mimant (S31D) ou non (S31A) une phosphorylation, les résultats ont montré que toutes les formes de SHMT1 pouvaient presque totalement complémenter le phénotype de croissance de shm1-1. Cependant, chaque ligne transgénique n'avait que 50% de l'activité de SHMT normale. En réponse à un stress dû au sel ou à la sécheresse, les lignées Compl-S31D ont montré un déficit de croissance plus accentué que les autres lignées transgéniques. Cette sensibilité au sel semble refléter les quantités réduites de protéines SHMT1-S31D ainsi qu’une activité plus faible ayant un impact sur le métabolisme des feuilles, entraînant une sous-accumulation de proline et une suraccumulation de polyamines. La mutation S31D de la protéine SHMT1 a également entraîné une réduction de la fermeture stomatique induite par le sel et l'ABA. Ainsi, nos résultats soulignent l’importance du maintien de l’activité du SHMT1 photorespiratoire dans des conditions de stress dû au sel et à la sécheresse et indiquent que la phosphorylation de SHMT1 S31 pourrait être impliquée dans la modulation de la stabilité de la protéine SHMT1. / Photorespiration is an essential process in oxygenic photosynthetic organisms, and it is triggered by the oxygenase activity of Ribulose-1,5-Bisphosphate Carboxylase/Oxygenase (RuBisCO) to produce one molecular 3-phosphoglycerate and one molecular 2-phosphoglycolate. The toxic 2-PG is recycled by the photorespiratory pathway which includes eight core enzymes and takes place in chloroplasts, peroxisomes and metochondria and cytosol. Although the photorespiration leads to a reduced efficiency of the photosynthetic CO₂ assimilation and thereby is considered as a wasteful process, the growth phenotype of the photorespiratory enzymes can reflect the importance of this process in normal growth and development of air-grown plants. Normally, for most photorespiratory enzyme mutants, they exhibit small, chlorotic plants sometimes non-viable in air which are not observed when the mutants are grown under high CO₂ condition that limit the photorespiration by reducing the RuBisCO oxygenase activity. Photorespiratory cycle interacts with several major primary metabolic pathways, thus is a highly regulated and extensive works. Current data show that seven of eight core photorespiratory enzymes could be phosphorylated and the protein phosphorylation seems to be a critical regulatory component of the photorespiratory cycle. In order to better understand the regulation of the photorespiratory cycle, we explored the effect of SHMT1 and HPR1 phosphorylation/non-phosphorylation events on plant physiology and metabolism by several methods: Site-directed mutagenesis assay, complementation assay, activity assay, stomatal aperture assays, plant salt/drought resistance assays, metabolites measurement, gas exchange measurement. The results show the phosphorylation mimicking version of HPR1 at T335 results to a less HPR1 activity and retarded growth at the ambient air condition. For the phosphorylation mimicking version of SHMT1 at S31 resulted in a less stability leading to a reduced resistance to drought and salt stress. The decline of resistance against abiotic stress was mainly due to impairment in the closure of stomata which were unable to respond properly to ABA probably because of a default in the PLC pathway. So there results indicate that the phosphorylation of SHTM1 leads to a negative effect for the plant growth especially under stress condition. Thus, we propose that the SHMT1 can be phosphorylated at a basic level under normal growth conditions, once the photorespiratory flux is increased such under salt stress condition, the SHMT1 should be dephosphorylated to stabilize SHMT1 and sustain a high photorespiration flux to cope with reduced CO₂ availability.

Le développement et le fonctionnement harmonieux des plantes dépendent de cofacteurs comme le nicotinamide adénine dinucléotide (NAD). Outre ses rôles dans le recyclage redox, le NAD est également impliqué dans les processus de signalisation cellulaire, qui sont des acteurs centraux dans les conditions de stress. Ainsi, le NAD est l'un des principaux déterminants de l'homéostasie de l'énergie des plantes et a un impact important sur la productivité des plantes et la résistance au stress. La L-aspartate oxydase (LASPO) et l'acide nicotinique / nicotinamide mononucléotide adénylyltransférase (N(a)NMNAT) sont deux enzymes importantes dans la biosynthèse du NAD. Par surproduction de ces deux enzymes dans E. coli, nous avons identifié les propriétés biochimiques de ces enzymes. Il ressort que la surexpression de la N(a)MNAT stimule la croissance des plantes en activant les métabolismes photosynthétiques et respiratoires, sans pour autant augmenter les teneurs en NAD. La surproduction de la LASPO augmente la teneur en NAD des plantes, laquelle est corrélée à une augmentation significative de la production de biomasse foliaire et des rendements en graines, et l’inverse est observé lorsque les teneurs en NAD diminuent. La modification des teneurs en NAD affecte les fonctions photosynthétiques et respiratoires, et l’expression de quelques gènes qui pourraient participer au contrôle de la croissance des plantes semble régulée par les histones déacétylases NAD-dépendantes. / The development and smooth functioning of plants depends on co-factors such as nicotinamide adenine dinucleotide (NAD). In addition to its roles in redox recycling, NAD is also involved in cell signaling processes, which are central actors in stress conditions. Thus, NAD is one of the main determinants of plant energy homeostasis and has a significant impact on plant productivity and stress resistance. L-aspartate oxidase (LASPO) and nicotinic acid / nicotinamide mononucleotide adenylyltransferase (N (a) NMNAT) are two important enzymes in the biosynthesis of NAD. By overproducing these enzymes in E. coli, we have identified the biochemical properties of these enzymes. Overexpression of N(a)MNAT stimulates plant growth by activating photosynthetic and respiratory metabolisms, without increasing NAD levels. Overproduction of LASPO enhances NAD content in plants, which is correlated with a significant increase in foliar biomass production and seed yields, and the reverse is observed when NAD levels decrease. Changes in NAD levels affect photosynthetic and respiratory functions, and the expression of a few genes that may be involved in plant growth control appears to be regulated by NAD-dependent histones deacetylases.

Anticiper les impacts des changements climatiques sur les écosystèmes terrestres, notamment sur le cycle du carbone, nécessite la compréhension et la quantification du fonctionnement photosynthétique des végétaux et leurs réponses aux contraintes abiotiques. Suivre l’évolution des propriétés spectrales des couverts végétaux par la télédétection permet d’avoir accès à leur fonctionnement à des échelles spatiales et temporelles variées. Plusieurs indicateurs optiques ont été développés afin d’accéder à la structure, la biochimie et le fonctionnement écophysiologique des végétaux. Le PRI (photochemical reflectance index), déterminé à partir de la réflectance mesurée dans des bandes étroites à 531 nm et 570 nm, est un proxy de l’efficacité de la plante à utiliser la lumière (LUE, light use efficiency) et plus particulièrement du cycle des xanthophylles, utilisé par la plante pour dissiper l’énergie lumineuse excédentaire sous forme de chaleur. Cependant son usage à l’échelle du couvert végétal, ou à plus larges échelles temporelles et spatiales, entraine l’implication de nombreuses sources de variabilités qui masquent la sensibilité du PRI au fonctionnement photosynthétique, particulièrement les variations biochimiques et phénologiques. L’objectif de ce travail est de mieux comprendre les facteurs qui jouent sur la variabilité du PRI à l’échelle de la feuille et du couvert, afin de caractériser ses réponses aux variations abiotiques de l’environnement et de démêler la composante phénologique de la composante physiologique du PRI. Des études ont été menées en conditions contrôlées, semi-naturelles et naturelles, sur des jeunes arbres et en forêt adulte, soumis à différentes contraintes abiotiques. L’analyse des courbes de réponse du PRI aux variations de lumière incidente utilisée pour la photosynthèse (PAR, photosynthetically active radiation) permet d’isoler 3 paramètres. Le PARsat, la valeur de PAR pour laquelle le PRI sature, le PRI₀, la valeur du PRI à une intensité lumineuse faible (mesurée) ou nulle (estimée) et le ∆PRI, l’amplitude de variation entre le PRI₀ et la valeur de PRI maximum. En période de végétation, la variabilité du PARsat est principalement contrôlée par la disponibilité en eau pour la plante. La variabilité du PARsat est aussi impactée par la concentration d’ozone atmosphérique. En période de débourrement et de sénescence, la variabilité du contenu en chlorophylle régit la valeur du PARsat. Ce paramètre explique la variabilité physiologique du PRI et varie en fonction du facteur limitant la photosynthèse. La variabilité du PRI₀ a été expliquée par la variabilité du contenu biochimique des feuilles en réponse au cycle saisonnier de la chlorophylle et à sa variabilité en conditions de stress. A l’échelle de la canopée, la variabilité de la structure du couvert s’ajoute à la variabilité biochimique du PRI₀. Le PRI₀, en temps que composante phénologique de la variabilité du PRI, peut être utilisé pour corriger le PRI afin de lui soustraire la variabilité structurale et obtenir un PRIc fortement corrélé à la LUE. A l’échelle de la canopée, il a été montré que le PRI est principalement représentatif de la strate supérieure du couvert. Le ∆PRI n’a montré aucune variation intra et inter-journalière, suggérant que le PRI répond non pas au contenu en xanthophylle des plantes, mais à un ratio maintenu constant. Ces résultats mettent en évidence l’importance d’isoler les différentes sources de variabilité du PRI avant de l’utiliser comme proxy du fonctionnement photosynthétique des écosystèmes terrestres. / Anticipating impacts of climate change on terrestrial ecosystems, particularly on the carbon cycle, requires the understanding and the quantification of the plant photosynthetic functioning and of their responses to abiotic factors. Tracking variations of spectral properties of plants using remote sensing allows the access of plant functioning at various spatial and temporal scales. Several optical indices have been developed to assess plant canopy structure, biochemistry and ecophysiological functioning. The PRI (photochemical reflectance index), determined from reflectances measured in narrow bands at 531 nm and 570 nm, may be used as a proxy of light use efficiency (LUE) at leaf and canopy scales, and more particularly of the xanthophyll cycle used by plants to dissipate the excess light energy as heat. However the use of PRI at the canopy scale and at large temporal and spatial scales faces several difficulties related to the involvement of different sources of variability that blur PRI sensitivity to photosynthetic functioning. These sources of PRI variability are particularly linked to spatial and temporal variations of biochemical and phenological canopy properties. The aim of these studies is to better understand the factors affecting PRI variability at leaf and canopy scales, to assess the strength of the relationships between PRI and vegetation responses to environmental abiotic constraints and disentangling the phenological component from the physiological component of PRI. Studies were conducted under controlled, semi-natural and natural conditions, on young trees and a mature deciduous forest subjected to various abiotic constraints. The analysis of PRI responses to the variations of photosynthetically active radiation (PAR) allowed isolating three parameters. The PARsat, the PAR value at the PRI saturation; the PRI₀, the value of PRI at dim light (measured) or in darkness (estimated) and the ΔPRI, the range of PRI variations between the PRI₀ and the maximum value of PRI. During the leaf growing season, PARsat variability is mainly controlled by the availability of water content for the plant. The PARsat variability is also impacted by the atmospheric ozone concentration. During the phenological phases of budburst and the senescence, the variability of the leaf chlorophyll content governs PARsat values. This parameter describes the physiological variability of PRI and varies depending on the limiting factor for photosynthesis. The PRI₀ variability has been explained by the dynamic of the biochemical content of the leaves linked to the seasonal variations of chlorophyll content and to abiotic stress conditions. At canopy scale, the structural variability is added to the biochemical variability of PRI₀. The PRI₀, as the phenological component of PRI variability, can be used to correct PRI, removing its structural variability to obtain a PRIc strongly correlated to LUE. At canopy scale, it was shown that the PRI is mostly representative of the upper layer of the canopy. The ΔPRI showed no variation within and between days, suggesting that the PRI does not respond to the plant xanthophyll content but rather to a ratio maintained constant. These results highlight the importance of isolating the different sources of PRI variability before its use as a proxy of the photosynthetic functioning of terrestrial ecosystems.

Les côtes chiliennes sont parmi les plus productives au monde, ce qui leur permet d'abriter une grande diversité de mammifères marins. En effet, près de la moitié des cétacés observés dans le monde sont présents dans les écosystèmes marins du Chili. Dans un contexte où l’augmentation des activités anthropiques relative à l’exploitation de nos océans s’étend jusqu’aux secteurs éloignés, les nombreux fjords du sud de la Patagonie nécessitent une attention particulière. L’évaluation des enjeux pouvant bouleverser l’équilibre de ces milieux méconnus s’avère indispensable. La répartition spatiale distincte de plusieurs espèces de petits cétacés en Patagonie, la croissance accentuée des activités anthropiques depuis les deux dernières décennies et le peu de savoir sur les enjeux de cohabitations d’habitats, justifient l’urgence de développer des connaissances pouvant démystifier l’abondance de cétacés dans plusieurs écosystèmes marins du Chili. Le projet de recherche suivant met l’emphase sur le développement de connaissances sur la distribution du dauphin chilien (Cephalorhynchus eutropia) dans le secteur Skyring situé au sud du Chili. Il est possible d’observer ce petit cétacé entre Valparaíso (33°S) et Cape Horn (55°15′S). Une étude récente propose une distinction génétique de la population suite à la dernière glaciation. La première population, située au nord du pays, se distingue par son occupation continue près des embouchures de rivières et dans les secteurs peu profonds. La seconde population,située dans la portion sud du pays, est caractérisée par sa présence discontinue dans les nombreux fjords et canaux. Actuellement, il est difficile d’évaluer le nombre total de la population mais tout porte à croire que ce nombre serait en dessous des 10 000 individus matures. La recherche suivante propose donc l’utilisation d’un outil de modélisation d’habitat basé sur une forêt d’arbres décisionnels dans le but d’identifier les différentes composantes écosystémiques qui font de Seno Skyring, un secteur de prédilection pour le dauphin chilien. Enfin, la création d’un catalogue d’identification à l’aide de la photo-identification offre un outil de suivi de la population tout en évaluant la fréquentation du dauphin chilien dans le secteur Seno Skyring. / The Chilean coasts are among the most productive in the world, which allows them to shelter a great diversity of marine mammals. Indeed, almost half of the cetaceans observed in the world are present in Chile. In a context where the increase in human activities relating to the exploitation of our oceans extends to remote areas, the numerous fjords of southern Patagonia require our special attention. It is essential to assess the issues that could upset the balance of these little-known environments. The distinct spatial distribution of several species of small cetaceans in Patagonia, the accentuated growth of anthropic activities over the last two decades and the lack of knowledge surrounding the cohabitation of their habitat, justifies the urgency of developing knowledge that could demystifies the abundancy of cetaceans present in several marine ecosystems of Chile. The following research project focus on developing knowledge about the distribution of the Chilean dolphin (Cephalorhynchus eutropia) in the Seno Skyring area located in southern Chile. It is possible to observe this small cetacean between Valparaíso (33°S) and Cape Horn (55°15′S). A recent study suggests that the population would be genetically divided following the last glaciation. The first population, located in the north of the country, is distinguished by their continuous occupation near rivers mouths and shallow areas. The second population, located in the southern portion of the country, is characterized by its discontinuous presence in the many fjords and canals of Chile. Currently, it is difficult to assess the total number of the population, but recent studies suggests that this number would be below 10,000 mature individuals. The following research proposes a habitat modeling tool based on decision trees with the aim of identifying the different ecosystem components that make Seno Skyring a chosen area for the Chilean dolphin. Finally, the creation of an identification catalog using photo-identification offers a tool for monitoring the population while evaluating the frequentation of the Chilean dolphin in the Seno Skyring sector.

Les interactions entre protéines sont un enjeu majeur en recherche. Hautement spécifiques, elles régulent l'organisation cellulaire, ainsi que les réponses aux stimuli extérieurs ; ce sont des cibles idéales des agents thérapeutiques. Diverses techniques d'étude sont disponibles, mais peu d'entre elles permettent d'analyser simultanément plusieurs interactions. L'objectif de ce travail est d'utiliser le double hybride bactérien pour découvrir de nouveaux partenaires de 2 régulateurs de la prolifération tumorale humaine, p21 et STAT3, et en parallèle pour déterminer la fonction de MtSAP1, impliquée dans la germination et la réponse aux stress abiotiques chez Medicago truncatula. L'analyse des partenaires potentiels de l'oncogène STAT3 et de l'inhibiteur p21 suggère l'existence de nouveaux mécanismes moléculaires de la tumorogenèse auxquels participerait STAT3, et permet d'envisager de nouvelles hypothèses quant au rôle de p21. Un nouveau complexe, p21/prohibitine2, est étudié mais sa fonction reste supposée : il pourrait agir comme corégulateur transcriptionnel et/ou réguler la protéolyse de p21. L'étude du gène MtSAP1 et des partenaires d'interactions suggèrent fortement que MtSAP1 serait induit par l'hypoxie : elle jouerait un rôle considérable dans la détoxification et la tolérance de la plante au stress. Ce travail, appuyé par la littérature, met en évidence un lien fonctionnel entre p21, STAT3 et MtSAP1 au cours de l'hypoxie dans les cellules cancéreuses humaines. La confirmation de cette hypothèse permettrait d'approfondir les mécanismes de protection cellulaire face à l'hypoxie, tant au sein des tumeurs humaines que lors de la tolérance de Medicago truncatula.

Hevea brasiliensis est cultivé pour le caoutchouc naturel contenu dans le latex. Une exploitation intensive combinée aux stress environnementaux affectent la production de latex. L'encoche sèche ou Tapping Panel Dryness (TPD) est déclenché par un désordre physiologique complexe au sein des laticifères. Il est responsable d'une perte annuelle de production de 10 à 40% en fonction de l'âge de la plantation et des clones d'hévéa utilisés Le stress oxydatif, point de départ de la maladie, affecte l'écoulement, par la coagulation in situ des particules du caoutchouc. Chez les plantes, la réponse adaptative aux stress abiotiques dépend de la finesse de la régulation de l'expression des gènes. Ce contrôle se fait au niveau transcriptionnel mais également au niveau post-transcriptionnel. Les micro-ARNs jouent un rôle crucial en menant les ARN messagers cibles à la dégradation ou au blocage de leur traduction L'objectif de cette thèse est de comprendre et d'identifier la régulation du stress oxydatif en étudiant l'implication des micro-ARNs en réponse aux stress abiotiques et suite à l'apparition du TPD chez l'hévéa. L'isolement et le séquençage à haut débit de petits-ARNs ont permis l'identification de micro-ARNs d'hévéa. Dans un premier temps, une banque de petits ARNs a été effectuée à partir de vitroplants soumis ou non à des stress abiotiques, à laquelle s'est ajoutée dans un second temps deux banques fabriquées à partir de latex d'arbres en exploitation atteints ou non par le TPD. L'analyse de la population de petits ARNs montre une diminution de la taille des séquences en réponse à la maladie, la majorité des séquences de petits ARNs de latex étant de 21 nucléotides chez les arbres malades et 24 nucléotides chez les arbres sains. En combinant le pipeline LeARN et les données transcriptomiques, soixante huit familles de micro-ARNs conservés entre les espèces et quinze nouvelles familles de micro-ARNs ont été identifiées chez l'hévéa. Les gènes codant pour la voie de biogenèse des micro-ARNs sont présents dans le latex, suggérant leur production dans ce compartiment cellulaire particulier. L'identification des séquences de trente précurseurs de micro-ARNs ont permis d'étudier l'expression des gènes MIR en réponse aux stress abiotiques et en réponse au TPD. Les gènes MIR étudiés sont différentiellement exprimés chez des hévéas immatures en réponse au stress abiotiques et aux traitements par l'éthylène et le méthyl-jasmonate. L'abondance relative de transcrits des gènes MIR est fortement réduite par le TPD dès 5% de longueur d'encoche sèche à l'exception d'un gène.Les cibles potentielles des 83 familles de micro-ARNs ont été prédites. Ces micro-ARNs sont impliqués dans les voies de détoxication des espèces activées de l'oxygène, dans les voies de biosynthèse du caoutchouc naturel, dans les voies de biosynthèse et de signalisation de l'éthylène et du jasmonate. Trois cibles ont été validées expérimentalement dont la CuZnSOD chloroplastique, enzyme importante du système antioxydant. / Hevea brasiliensis is cultivated for natural rubber produced in latex cells. Intensive harvesting systems combined with environmental cues affect latex production. The Tapping Panel Dryness (TPD), a complex physiological disorder, causes a loss of production of 10-40%. Oxidative stress, starting point of the disease, affect latex flow because of in situ coagulation of rubber particles. In plants, the adaptation to abiotic stress relies on the fine tuning of the gene expression at the transcriptional and post-transcriptional levels. MicroRNAs play a crucial roles leading to mRNAs degradation or repression of their translation.The aim of this thesis is to understand and identify the regulation of the oxidative stress by studying the involvement of microRNAs in the regulation of abiotic stress and TPD occurrence in Hevea. Isolation and high-throughput sequencing of small RNAs allowed identifying Hevea microRNAs. Firstly, a small RNA library was constructed from in vitro plantlets subjected or not to abiotic stress, and secondly, two others small RNA libraries were constructed with latex from healthy and TPD-affected trees. Analyses of the small RNA population showed a decrease in the size of the reads in response to TPD, the majority of the small RNAs from latex being 21 nucleotides in TPD-affected trees and 24 nucleotides in healthy trees. Combining the LeARN pipeline and transcriptomic data, sixty eight microRNAs families conserved between plant species and fifteen new families were identified in Hevea. Genes involved in microRNA biogenesis are present in latex suggesting their production in this particular cellular compartment. Identification of thirty precursors of microRNAs allowed the expression analyses of the corresponding MIR genes in response to abiotic stress and upon TPD occurrence. MIR genes are differentially expressed in young plants in response to abiotic stress and in response to ethylene and methyl jasmonate treatments. Moreover, relative transcript abundance of MIR genes is strongly repressed upon TPD occurrence a soon as 5% of dry cut length except for one MIR gene.Putative targets were predicted for the 83 families. MicroRNAs are involved in ROS detoxification, natural rubber biosynthesis, ethylene and jasmonate biosynthesis and signalling pathways. Three targets were experimentally validated including the chloroplastic isoform of CuZnSOD, which is an important enzyme of the ROS-scavenging system.

La germination est un processus en continuité avec la fécondation, l'embryogénèse et la maturation de la graine. Il débute avec l'imbibition mais est soumis à des contrôles internes et externes : balance hormonale qui régule les acteurs de la germination et conditions environnementales. Ce travail apporte des informations sur la germination des semences de Medicago truncatula. Chez cette espèce, la germination résulte uniquement de la croissance cellulaire par élongation. La restructuration des parois joue un rôle clé et serait la cible de l'acide abscissique (ABA). Elle correspond à la modification de la composition en oses et à l'évolution des structures internes à l'échelle des polymères ; notamment, l'apparition de callose et des changements au niveau des ramifications des pectines. Les parois sont riches en arabinose, présentent une hétérogénéité tissulaire, et délimitent des structures en fuseaux dans l'axe embryonnaire. Le gène MtSAP1 a été étudié au niveau structural et fonctionnel. Il code pour une protéine possédant les domaines A20 et AN1. Chez les mammifères ses homologues régulent les processus inflammatoire et la mort cellulaire. Chez le riz, les protéines A20/AN1 joueraient un rôle dans la transmission du signal de stress. Le travail effectué ici montre que MtSAP1 s'exprime dans l'axe embryonnaire dans la semence en fin de maturation. Son expression chute durant la germination et il est fortement induit par l'ABA et par l'hypoxie. Des interactions existent entre MtSAP1 et des protéines liées au développement et aux stress. Son rôle pourrait s'exercer au niveau de la transmission du signal stress lié à la dessiccation et le faible taux d'oxygène.

En Amazonie orientale, l'agriculture familiale contribue significativement à la transformation des écosystèmes forestiers en pâturages. La mise en valeur pastorale se fait généralement de manière monospécifique avec une Poacée pérenne d'origine africaine (Brachiaria brizantha cv. Marandu) qui constitue la principale offre fourragère. Mais les pratiques pastorales mises en oeuvre sur une exploitation conduisent souvent à une dégradation des pâturages, qui se manifeste par une prolifération des plantes adventices. Le pâturage a été modifié par l'introduction de deux Fabacées pérennes fourragères originaires d'Amérique Latine, l'une herbacée (Arachis pintoï cv. Amarelo) et l'autre ligneuse (Leucaena leucocephala). Pendant la saison sèche, nous avons étudié les interactions entre B. brizantha et des Fabacées fourragères implantées. Cette étude est la première approche intégrée (écophysiologie) qui étudie les caractéristiques adaptatives et les effets des Fabacées sur la capacité de résistance à la contrainte hydrique des pâturages à partir des évolutions des échanges gazeux foliaires, du potentiel hydrique et de l'état hydrique du sol. Le dispositif expérimental était composé de cinq parcelles de 100 m2 isolées du bétail correspondant à cinq traitements différents. Les trois espèces étudiées ont été cultivées seules et en association. Trois répétitions ont été réalisées pour chaque traitement afin de valider statistiquement les résultats et prendre en compte la variabilité spatiale du sol. En monoculture, les valeurs de conductances stomatiques de B. brizantha sont relativement élevées au regard des conditions climatiques par rapport à des valeurs habituelles de plantes C4 au champ alors que les valeurs d'assimilations nettes sont celles mesurées couramment. A. pintoï et L. leucocephala possèdent des valeurs de conductances stomatiques et d'assimilations mesurées habituellement sur les plantes C3 au champ. En situation de sécheresse, les trois espèces étudiées en monoculture adoptent un mouvement de fermeture stomatique 30 jours après l'arrêt des pluies et ajustent ainsi leur conductance sur l'épuisement de la réserve utile du sol. Cette stratégie permet le maintien de l'activité photosynthétique indispensable à la survie cellulaire et de maintenir une transpiration suffisante pour réguler leur température. Les trois espèces survivent par évitement de la sécheresse, en réduisant leur surface foliaire active et en fermant leurs stomates dès l'abaissement du potentiel hydrique. B. brizantha a le même comportement lorsqu'il est cultivé seul ou associé à A. pintoï que ce soit au niveau de la conductance stomatique, de l'assimilation de CO2 ou de l'efficience instantanée de l'eau. Cependant, son potentiel hydrique est affecté plus précocement au cours d'un stress hydrique lorsqu'il est en concurrence avec A. pintoï. Dans le cas de cette association, notre étude montre que la présence de B. brizantha a un effet négatif sur les activités photosynthétiques et donc sur la production de biomasse d'A. pintoï, espèce considérée pourtant comme sciaphile. Enfin, les fonctions métaboliques de B. brizantha sont réduites lorsqu'il est associé à L. leucocephala du fait de l'ombrage. L. leucocephala évite la sécheresse en réduisant sa surface foliaire. L'augmentation d'insolation en fin de saison sèche affaiblit cependant les plantes associées aux strates inférieures et réduit la quantité de fourrage disponible sur pied. Nous proposons aux agriculteurs de mettre en place une gestion durable de leurs pâturages par la création d'associations végétales fourragères adaptées aux contraintes biotiques et abiotiques. Les résultats de notre étude nous permettent de proposer plusieurs possibilités de gestion des ressources fourragères. Chacune des espèces fourragères montre des aptitudes face aux contraintes environnementales et leur association peut-être profitable si l'implantation et la pression pastorale sont raisonnées selon leurs caractéristiques culturales. Une plus grande diversité de l'offre fourragère permettra de stabiliser ces éleveurs sur leurs terres, de ralentir la déforestation et ainsi conserver la biodiversité existante

Le développement et le fonctionnement harmonieux des plantes dépendentde cofacteurscomme le nicotinamide adénine dinucléotide (NAD). Outre ses rôles dansle recyclage rédox,le NAD est aussi impliqué dans des processus de signalisationcellulaire, particulièrementsollicités en situation de stress. Cela fait du NAD l’un desdéterminants majeurs del’homéostasie énergétique des plantes et donc des rendements descultures. Par uneapproche de génétique inverse ciblant la L-aspartate oxydase (AO),première enzyme de lavoie de biosynthèse du NAD, nous avons obtenu des plantes aux teneursconstitutivementaugmentées et diminuées en nucléotides à pyridine. L’étude de cesplantes a permisd’établir que (1) le NAD stimule la croissance, le développement et laproductivité desplantes, (2) coordonne les métabolismes photosynthétique, respiratoireet azoté, et (3)intervient dans les mécanismes de résistance aux stress biotiques etabiotiques. Les travauxcités ci-dessus font l’objet d’une valorisation industrielle. / The harmonious development and functioning of plants depend on severalcofactors such asnicotinamide adenine dinucleotide. Besides its roles in redox recycling,the NAD is alsoinvolved in cellular signalling processes, which are central actors instress situations. TheNAD is thus one of the main determinants of plant energy homeostasis,and therefore of cropyield. Through a reverse genetics approach targeting the L-aspartateoxidase (AO) – the firstcommitted enzyme of NAD biosynthesis – plants with constitutive eitherincreased ordecreased levels of pyridine nucleotides have been obtained. A furtherstudy of these plantsenabled to show that the NAD (1) can improve the growth, development andproductivity ofplants, (2) coordinates photosynthetic, respiratory and nitrogenmetabolisms, and (3) actsupon biotic and abiotic stress resistance mechanisms. This research isbeing valuedindustrially.