Mémoire (M.Sc.B.) -- Université du Québec à Chicoutimi, 1992. / Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

En conditions de stress biotiques et abiotiques la production de plusieurs espèces réactives de l’oxygène (ERO) dans différents compartiments spécialisés de la cellule végétale est inévitable. L’oxygène singulet (1O2) a été identifié comme la principale ERO produite dans le chloroplaste au cours d’un stress lumineux. Cette ERO est très réactive et a une durée de vie courte d’environ 3 s dans les tissus biologiques, ce qui amène à penser que l’oxygène singulet agit principalement par cytotoxicité. Cependant, il a été récemment établi que l’oxygène singulet fonctionne aussi comme une molécule signal impliquée dans la signalisation rétrograde chloroplaste-noyau conduisant soit à la mort cellulaire programmée, soit à l’acclimatation. En raison des propriétés particulières de l’oxygène singulet, il est peu probable que cette ERO voyage en dehors du chloroplaste pour induire des changements d’expression de gènes nucléaires. Une possibilité est que l’oxygène singulet agisse via des médiateurs. Nous avons identifié un produit d’oxydation du β-carotène, le dihydroactinidiolide (dhA), comme intermédiaire dans la voie de signalisation de l’oxygène singulet, qui agit d’une manière similaire à un autre produit d’oxydation du β-carotène, le β-cyclocitral, précédemment identifié comme intermédiaire dans la voie de signalisation de l’oxygène singulet. Nous avons aussi mis en évidence le rôle dans la voie de signalisation régulée par le β-cyclocitral de la protéine MBS1 (METHYLENE BLUE SENSITIVITY 1), et montré que la mort cellulaire programmée induite par l’oxygène singulet chez l’Arabidopsis est controllée par une serine-threonine kinase, OXI1 (OXIDATIVE SIGNAL INDUCIBLE 1). / During biotic and abiotic stress conditions, the production of several reactive oxygen species (ROS) at different specialized compartments of the cell is inevitable. Singlet oxygen (1O2) was identified to be the predominant ROS produced in the chloroplast during high light stress. This molecule is highly reactive, with a short life time of about 3 µs in biological tissues. Such properties make believe that the predominant effect of 1O2 in plants is cytotoxicity. However, 1O2 has been identified to function as a chloroplast-to-nucleus retrograde signaling molecule, leading to acclimation or programmed cell death (PCD). Cognizant of the properties of 1O2, it is most unlikely to travel directly from the chloroplast to the nucleus to signal changes in nuclear gene expression. One possibility is that 1O2 carries out this signaling function with the help of mediators. We identify a β-carotene oxidation product, dihydroactinidiolide (dhA) as a 1O2 signaling intermediate, which function similarly to the β-carotene oxidation product β-cyclocitral, previously identified to be a mediator of 1O2 plastid-nuclear retrograde signaling in Arabidopsis. We reveal a dependence of the β-cyclocitral-mediated signaling pathway on the MBS1 (METHYLENE BLUE SENSITIVITY 1) protein, and show that Programmed cell death induced by 1O2 is mediated by the serine-threonine kinase, OXI1(OXIDATIVE SIGNAL INDUCIBLE 1).

La régulation de la photosynthèse est cruciale pour les organismes photoautotrophes et est habituellement opérée par la modulation de l'absorption de la lumière ou par la réorientation des électrons vers des puits alternatifs afin de redistribuer l'énergie entre plusieurs voies métaboliques. Parmi les différents mécanismes décrits, le remodelage de l'appareil photosynthétique est crucial dans des conditions de carences nutritives ou de fluctuations de la lumière. Il est bien connu que l'oxyde nitrique (NO) joue un rôle de signalisation dans de nombreuses réponses au stress abiotique, agissant comme second messager et / ou modifiant les protéines cibles par des modifications post-traductionnelles redox. Sa participation a été récemment décrite au cours de la carence en azote chez Chlamydomonas reinhardtii. Ce travail se concentre sur le remodelage de l'appareil photosynthétique lors de la carence en soufre et lors des fluctuations de lumineuses chez Chlamydomonas reinhardtii, avec un intérêt particulier pour la voie de signalisation impliquée dans ces réponses. Tout d'abord, nous avons caractérisé la carence en soufre en conditions d’hétérotrophie ou de photo-autotrophie. En faible lumière ou à l’obscurité, l'inactivation photosynthétique est obtenue grâce à la dégradation spécifique de la Rubisco et du cytochrome b6f et ne se produit qu'en présence de carbone réduit dans le milieu. Nous avons également montré une forte production de NO après le début de la carence, avec des sondes fluorescentes sensibles au NO visualisées par microscopie confocale. Nous fournissons des preuves pharmacologiques que la production de NO intracellulaire régit cette voie de dégradation. En outre, ici, nous fournissons des preuves claires de l’existence d’un circuit régulateur qui contrôle la traduction cytosolique du LHCII en réponse à des changements de quantité de lumière. Ce circuit nécessite la protéine de liaison à l'ARN cytosolique NAB1 pour réprimer la traduction de certains ARNm de LHCII. La nitrosylation spécifique de la Cys-226 diminue l'activité de NAB1 et a été démontrée in vitro et in vivo. La forme moins active et nitrosylée de NAB1 se trouve dans les cellules acclimatées à un apport de lumière limité, ce qui permet l'accumulation de protéines des antennes et la capture efficace de la lumière. En revanche, une intensité lumineuse plus élevée provoque la dénitrosylation de NAB1, activant ainsi la répression de la synthèse des protéines LHCII et diminuant ainsi la pression de la lumière au niveau du PSII. La dénitrosylation de NAB1 est efficacement réalisée par le système thiorédoxine cytosolique in vitro. À notre connaissance, NAB1 est le premier exemple de dénitrosylation induite par un stimulus dans le contexte de l'acclimatation photosynthétique. Dans l’ensemble, nos données suggèrent un rôle pivot pour la signalisation NO dans le contrôle des réponses au stress environnemental. / The regulation of photosynthesis is crucial for photoautotrophic organisms and is usually operated by the modulation of light absorption or by redirection of electrons towards alternative sinks, in order to redistribute energy among several metabolic pathways. Between different mechanisms described, the remodeling of the photosynthetic apparatus is crucial under conditions of nutrient starvation or light fluctuations. It is well known that nitric oxide (NO) plays a signaling role in many abiotic stress responses, acting as a second messenger and/or modifying target proteins through redox post translational modifications. Its involvement has been recently described during nitrogen starvation in Chlamydomonas reinhardtii. This work focuses on the remodeling of the photosynthetic apparatus upon sulfur starvation and light fluctuations in Chlamydomonas reinhardtii, with particular interest for the signaling pathway involved in the responses. First we characterized sulfur starvation under heterotrophy and photo-autotrophy. Photosynthetic inactivation under low light and darkness is achieved through specific degradation of Rubisco and cytochrome b₆f and occurs only in the presence of reduced carbon in the medium. We have also shown a strong NO production after the onset of starvation, with NO-sensitive fluorescence probes visualized by confocal microscopy. We provide pharmacological evidence that intracellular NO production governs this degradation pathway using NO scavengers, NO synthesis inhibitors and NO donors. Furthermore, here, we provide clear evidence for a regulatory circuit that controls cytosolic LHCII translation in response to light quantity changes. This circuit requires the cytosolic RNA-binding protein NAB1 to repress translation of certain LHCII mRNAs. Specific nitrosylation of Cys-226 decreases NAB1 activity and could be demonstrated in vitro and in vivo. The less active, nitrosylated form of NAB1 is found in cells acclimated to limiting light supply, which permits accumulation of light harvesting proteins and efficient light capture. In contrast, elevated light supply causes NAB1 denitrosylation, thereby activating the repression of light-harvesting protein synthesis and decreasing the light pressure at the level of PSII. Denitrosylation of NAB1 is efficiently performed by the cytosolic thioredoxin system in vitro. To our knowledge, NAB1 is the first example of stimulus-induced denitrosylation in the context of photosynthetic acclimation. Taken together, our data suggest a pivotal role for NO-signaling in the control of environmental stress responses.

Ce travail de thèse porte sur l’effet du rayonnement UV-B sur la physiologie foliaire et la maturation des baies chez la Vigne (Vitis vinifera L. cv Tempranillo), dans le contexte du changement climatique en cours. Dans ce but, des expériences ont été menées en conditions contrôlées en serre, sur des boutures fructifères. Les plantes ont été exposées à trois doses de rayonnement UV-B biologiquement actifs (0, 5,98 et 9,66 kJ.m-2.jour-1), soit à partir de la nouaison, soit à partir de la véraison, et ce jusqu’à la pleine maturité. Le rayonnement UV-B a été appliqué seul ou en combinaison avec d’autres stress abiotiques (déficit hydrique, taux de CO2 et température élevés). L’impact de ces stress sur l’activité photosynthétique, les contenus en pigments et en composés photoprotecteurs, ainsi que sur les activités des enzymes produisant des composés antioxydants, ont été étudiés. La phénologie, les profils d’accumulation des flavonols et des anthocyanes, ainsi que le contenu en acides aminés des baies ont également été analysés, de même que l’expression des principaux gènes régulateurs et structuraux de la voie de biosynthèse des polyphénols. Les résultats obtenus montrent que les effets des UV-B sur la physiologie foliaire peuvent être découpés en deux phases : une première phase transitoire de diminution de l’activité photosynthétique, suivie d’une phase d’acclimatation due à la production de composés photoprotecteurs (flavonoïdes essentiellement) et à l’activité d’enzyme de détoxification des forme actives de l’oxygène (superoxyde dimutase, catalase, ascorbate peroxidase). Le déficit hydrique, le stress thermique et un taux de CO2 élevé (700ppm, +4ºC) ne modifient pas le processus d’acclimatation aux UV-B ; en revanche on note une interaction positive entre les UV-B d’une part et la tolérance aux températures et au taux de CO2 élevé d’autre part, atténuant les dommages oxydatifs dus à l’induction de sénescence par ces deux derniers facteurs. La maturité des baies est retardée par les UV-B et le déficit hydrique, et ce phénomène et amplifiés lorsque ces deux stress sont appliqués en combinaison ; alors que les hautes températures et un taux de CO2 élevé ont l’effet inverse. Dans ce dernier cas, le UV-B rayonnement atténue les effets du couple température/CO2 élevés. Ces effets sur la phénologie de la Vigne ont pu être reliés à des modifications de l’activité photosynthétique des feuilles. En ce qui concerne la composition des baies, l’augmentation du rayonnement UV-B et le déficit hydrique ont augmenté les concentrations en anthocyanes et en potassium des moûts et diminué leur acidité, ce qui peut s’expliquer en partie par une augmentation du ratio de masse pellicule/pulpe. L’augmentation des teneurs en anthocyanes et flavonols des pellicules observée en réponse aux UV-B a pu être reliée à l’induction de gènes structuraux (CHS, F3’H, FLS, UFGT and GST) et régulateurs (MYBF1 et MYBA1) de la voie de biosynthèse des flavonoïdes. Ces changements quantitatifs étaient toujours associés à des changements qualitatifs, avec une augmentation de la part relative des flavonols mono- et disubstitués, en raison d’une compétition de la flavonol synthase avec les F3’ et F3’5’ hydroxylases pour les mêmes substrats. Une interaction notable a été observée entre le rayonnement UV-B et le déficit hydrique, sur les profils d’hydroxylation des flavonols, ce qui s’explique par le fait que ces deux facteurs agissent sur deux étapes distinctes de la voie de biosynthèse. / The aim of the thesis was to assess the effect of UV-B radiation on grapevine Vitis viniferacv. Tempranillo leaf physiology and grape berry composition, framed within the climatechange scenario. Experiments were conducted under glasshouse controlled conditions withfruit-bearing cuttings. Plants were exposed to three UV-B biologically effective doses (0,5.98, 9.66 kJ m-2 d-1) either from fruit set or veraison to maturity. The combined effects of UVand water deficit, as well as, UV-B and elevated CO2-temperature (700ppm, +4ºC), appliedfrom fruit set to maturity were also tested. Gas exchange, Chlorophyll a fluorescence, lipidperoxidation, antioxidant enzyme activity, UV-B absorbing compound levels and chlorophylland carotenoid concentration were determined in leaves. Berry development was assessedquantitatively (e.g. elapsed time to reach phenological stages). Amino acid, anthocyanin andflavonol concentrations and profiles were analyzed in berries, as well as, transcript profilingof regulatory and structural genes involved in flavonoid biosynthesis.The results show that initial down-regulation of photosynthesis was followed by anacclimation, mediated by the accumulation of UV-B absorbing compounds and antioxidantresponse elicitation (flavonoids and antioxidant enzymes). Water deficit and elevated CO2-temperature did not alter UV-B acclimation process, however, UV-B did led to certain degreeof cross-tolerance to elevated CO2-temperature, avoiding the senescence-induced oxidativedamage. Berry technological maturity (ca. 22ºBrix) was delayed by UV-B exposure and waterdeficit, especially when combined, whereas it was hastened by elevated CO2-temperature. Inthe last case, UV-B attenuated the effect of elevated CO2 and temperature. Changes in berryripening rates were associated with changes in photosynthetic performance.UV-B radiation and water deficit induced lower grape must acidity, mediated by increases inrelative skin mass or potassium levels rather than a decrease in organic acid concentration.In addition this increase in relative skin mass may have contributed to higher anthocyaninconcentration in the must. Grape berry skin flavonol and anthocyanin concentration wasincreased by UV-B, mainly due to the up-regulation of the structural (CHS, F3’H, FLS, UFGTand GST) and regulatory genes (MYBF1 and MYBA1) committed to their synthesis.Quantitative changes in flavonol concentration induced by UV-B were always associated withqualitative changes in flavonol profile (i.e. increased relative abundance of mono- anddisubstituted flavonols), as a result of the competition of FLS with flavonoid hydroxylases(F3’H and F3’5’H) for the same substrates. The independent up-regulation of FLS and F3’5’Hby UV-B radiation and water deficit, respectively, resulted in an intaractive effect on theflavonol B ring hydroxylation pattern. Under elevated CO2-temperature anthocyanin-sugaraccumulation was decoupled. However, UV-B partially alleviated this uncoupling by upregulatinganthocyanin biosynthesis and modulating berry ripening rates.UV-B radiation greatly influenced grapevine leaf physiology and berry composition. Theseresponses to UV-B were modulated, to a greater or lesser extent, by other factors linked toclimate change (water availability, atmospheric CO2 levels and temperature).

Drosophila suzukii est une drosophile invasive en Europe, Amérique du Nord et Amérique du Sud. Contrairement aux autres espèces de drosophiles, les femelles parasitent les fruits mûrs que les larves consomment, engendrant d’importants dégâts sur les cultures fruitières. Les stratégies mises en place par cette espèce pour tolérer les températures hivernales sous nos latitudes sont encore peu comprises. Par conséquent, l’objectif de ma thèse était d’acquérir des connaissances fondamentales sur la thermotolérance de cette espèce, en m’intéressant notamment à la plasticité de la tolérance au froid et aux mécanismes physiologiques sous-jacents à l’acclimatation. J’ai évalué la thermotolérance basale de D. suzukii en soumettant des adultes et des pupes à un large panel de températures (froides et chaudes). Ces expérimentations ont permis de confirmer que cette espèce était intolérante au froid et que des températures supérieures à 32°C impactaient grandement sa survie. Par la suite, j’ai évalué la plasticité de sa tolérance au froid. Mes travaux ont permis de confirmer que sa thermotolérance était effectivement plastique, puisque l’utilisation de températures fluctuantes ou l’acclimatation permettaient de réduire sa mortalité lors d’expositions aux basses températures. L’acclimatation chez D. suzukii était corrélée à de nombreuses modifications physiologiques, telles que l’accumulation de cryoprotecteurs, un réajustement de la composition des phospholipides membranaires et des réserves lipidiques, une régulation des gènes liés à l’activité des transporteurs ioniques ainsi qu’un maintien de l’homéostasie métabolique. Ces modifications, également observées chez d’autres espèces d’insectes, pourraient être liées à l’augmentation de la tolérance au froid de D. suzukii, jouant probablement un rôle important dans sa survie hivernale et donc dans le succès de son invasion. Ces connaissances acquises sur sa thermobiologie contribueront sans doute à mieux cerner les limites physiologiques de cette espèce et prédire l’évolution de son invasion, ainsi que sa phénologie et les variations de populations au cours des saisons dans les zones déjà envahies. Mes résultats ouvrent également des perspectives intéressantes pour la mise en place de techniques de lutte intégrée contre D. suzukii. / Drosophila suzukii is an invasive pest in Europe, North and South America. Unlike other drosophilids, females oviposit in ripe fruits that larvae consume, provoking important damages on fruit productions. The overwintering strategies of this fly are yet poorly understood. Therefore, the aim of my thesis was to acquire new fundamental knowledge about the thermal biology of this fly, and more specifically the plasticity of its thermal tolerance and the physiological mechanisms underpinning cold acclimation. In order to define its basal thermal tolerance, adults and pupae were subjected to a large set of high and low temperatures. My data confirmed that this pest was chill susceptible, and showed that survival was greatly compromised during exposures above 32°C. Next, I evaluated its thermal tolerance plasticity. My data confirmed the high plasticity of its cold tolerance, as fluctuating thermal regimes and acclimation were able to decrease the mortality due to cold exposures. Acclimation in this species was correlate with several physiological adjustments, such as: cryoprotectant accumulation, remodeling of membrane phospholipids and lipidic reserves, upregulation of genes linked with activity of ionic transporters and maintenance of metabolic homeostasis. Those modifications (which are shared among temperate insect species) are likely linked with cold tolerance increase provoked by acclimation. Therefore, these physiological adjustments could play an important role in its overwintering success in Europe and Canada, which can facilitate its invasion in these regions. These new data will participate to a better understanding of its physiological limits, and are thus of importance for predicting the evolution of its invasion front and its phenology and demographic variations in invaded areas. My results are also of interest regarding the set-up of integrated pest management strategies against this fly.

Le processus de dégradation anaérobie de la matière organique est un phénomène naturel largement répandu sur terre (ex. marais, lacs, rizières, systèmes digestifs d'animaux et humains). Une très grande diversité microbienne est entretenue durant ce processus, traduisant une diversité de voies métaboliques impliquées. Lorsqu'elle est complète, la digestion anaérobie aboutie à la formation de biogaz (mélange de méthane et de dioxyde de carbone). En termes de biotechnologie, le traitement par voie anaérobie de pollutions organiques permet de réduire le volume de déchets en générant du méthane valorisable sous plusieurs formes (électricité, chaleur, gaz naturel, biocarburant). Cependant, les digesteurs industriels sont optimisés pour un fonctionnement à 35°C ou à 55°C, ce qui nécessite un apport exogène d'énergie de maintenance. Ainsi, les travaux de thèse se sont intéressés à l'étude de la capacité d'adaptation de divers écosystèmes anaérobies industriels couvrant une variété de procédés et de conditions opératoires à convertir l'éthanol en biogaz à différentes températures. La première phase de l'étude avait pour but le conditionnement, en réacteurs de laboratoire d'écosystèmes à leur température d'origine avec un substrat facilement biodégradable (éthanol). Ensuite, les performances des communautés microbiennes (le potentiel méthanogène maximal et la cinétique de dégradation) ont été estimées sur un gradient de température de 5°C à 55°C en fioles. La phase de conditionnement des écosystèmes en réacteur batch a montré que la production de biogaz avoisinait la production théorique et que cette production s'accompagnait d'une diminution de la durée de réaction avec ajout successif du substrat. De plus, les cinétiques de production de biogaz obtenues les variaient fortement d'un écosystème à l'autre. Des profils d'empreintes moléculaires (CE-SSCP) des communautés bactériennes et archées ont été réalisés au début et à la fin du conditionnement. Ces profils de communauté ont été comparés entre eux par analyse en composante principale (ACP). Les populations bactériennes qui assuraient une performance efficiente étaient différentes de celles qui garantissaient une bonne capacité d'adaptation. Par ailleurs, le potentiel d'adaptation dépendait de la présence de populations d'Archaea méthanogènes bien spécifiques. En plaçant ensuite les écosystèmes conditionnés dans des conditions de température éloignées de la température d'origine, seuls les écosystèmes mésophiles se sont acclimatés aux températures psychrophiles. Comme attendu, l'activé spécifique maximale des méthanogènes était toujours obtenue à la température d'origine de l'écosystème. L'analyse des communautés bactériennes et archées à la fin de la période d'acclimatation a révélé que l'acclimatation des écosystèmes thermophiles et mésophiles à des températures plus faibles ne modifiait que légèrement la structure des communautés microbiennes. En revanche, des changements plus importants étaient obtenus lorsque la température d'incubation était augmentée par rapport à la température d'origine de l'écosystème. En résumé, l'étude de l'effet de la température d'incubation (de 5°C à 55°C) sur l'activité fermentaire et sur la structure des populations microbiennes est un bon modèle d'étude au laboratoire pour appréhender l'impact d'un facteur abiotique sur la dynamique structurelle et fonctionnelle d'une communauté microbienne complexe. / The process of anaerobic degradation of organic matter is a natural phenomenon widespread on Earth (eg, marshes, lakes, rice fields, digestive systems of animals and humans). A high microbial diversity is maintained during this process, reflecting a diversity of metabolic pathways involved. When complete, the anaerobic digestion accomplished in the formation of biogas (methane mixture and carbon dioxide). In terms of biotechnology, anaerobic treatment of organic pollution reduces the volume of waste and generates methane recoverable in several forms (electricity, heat, natural gas, biofuels). However, industrial digesters are optimized for operation at 35 ° C or 55 ° C, which requires exogenous energy maintenance. Thus, the thesis is interested in the study of the adaptability of various anaerobic ecosystems covering a variety of industrial processes and operating conditions to convert ethanol into biogas at different temperatures. The first phase of the study was to the conditioning, in laboratory reactors ecosystems to their original temperature with a readily biodegradable substrate (ethanol). Then, the performances of microbial communities (the maximum methanogenic potential and degradation kinetics) were estimated on a temperature gradient of 5 ° C to 55 ° C in glass bottles. The conditioning phase of the ecosystems in batch reactor showed that the biogas averaged theoretical production and this production was followed by a decrease in reaction time with successive addition of the substrate. In addition, the kinetics of the biogas obtained varied greatly from one ecosystem to another. Molecular fingerprinting profiles (CE-SSCP) of bacterial and archaeal communities were performed at the beginning and at the end of conditioning. These community profiles were compared with each other by principal component analysis (PCA). Bacterial populations that ensured efficient performance were different from those that ensured a good adaptability. In addition, the potential for adaptation depended on the presence of very specific methanogenic Archaea populations. When placing ecosystems conditioned in temperature away from the original temperature, only mesophilic ecosystems adapted to psychrophilic temperatures. As expected, specific methanogenic activity was always obtained at the original temperature of the ecosystem. Analysis of bacterial and archaeal communities at the end of the acclimation period revealed that acclimation thermophilic and mesophilic ecosystems to lower temperatures only modified slightly the structure of microbial communities. On the other hand, more significant changes were obtained when the incubation temperature was increased in comparison to the original temperature of the ecosystem. In summary, the study of the effect of incubation temperature (5 ° C to 55 ° C) on the fermentation activity and microbial population structure is a good model for laboratory study to understand the impact of abiotic factor on the structural and functional dynamics of a complex microbial community.

La recherche a été initiée par l'observation d'efflorescences de Planktothrix agardhii, une cyanobactérie dulçaquicole potentiellement toxique, dans deux étangs saumâtres, les étangs de l'Olivier et de Bolmon, avec dans ce dernier le déclin de l'espèce concomitamment à une augmentation de salinité. L'objectif de l'étude consistait à évaluer l'influence de la salinité du milieu sur la performance, l'hégémonie et la production de toxine de Planktothrix agardhii au sein de la communauté phytoplanctonique.La réalisation de suivis pluriannuels in situ couplés à des expérimentations en milieu contrôlé a permis de démontrer (i) la capacité d'acclimatation et d'adaptation à la salinité de Planktothrix agardhii, laquelle garantit sa suprématie et sa production toxinique en milieu saumâtre ; et (ii) la modification structurale et fonctionnelle de la communauté phytoplanctonique suite à une augmentation de salinité supérieure au seuil d'halotolérance de Planktothrix agardhii. La recherche témoigne ainsi de la versatilité des cyanobactéries qui renforce leur aptitude à être de bons compétiteurs, laissant présager leur persistance, la continuité de leurs nuisances, et leur expansion dans le futur. / The research was launched by the observation of Planktothrix agardhii blooms, a potentially toxic freshwater cyanobacterium, in two brackish ponds, the Olivier and Bolmon ponds, with in the latter, the concomitantly collapse of P. agardhii with an increase in salinity. The goal of the study was to assess the salinity influence on the performance, the dominance and the toxin production of P. agardhii within the phytoplankton community.The achievement of a long-term monitoring in situ combined with batch cultures experiments has demonstrated (i) the ability of P. agardhii to acclimate and adapt to salinity, which ensure its supremacy and its toxin production in brackish areas, and (ii) the structural and functional changes of the phytoplankton community with the exceeding of the salt-tolerance threshold of P. agardhii .The research reflects the cyanobacteria versatility that enhances their suitability for being good performers, suggesting their persistence along with their nuisances, and their expansion in the future.

Les campagnes de fouilles menées sur plusieurs sites antiques et islamiques en Arabie orientale ont livré des macrorestes botaniques et entomologiques. Les sites inclus dans le corpus sont Qal’at al-Bahreïn (Royaume de Bahreïn), Kush et Mleiha (E.A.U.) et Fulayj et Qalhât (Sultanat d’Oman). Ce travail se base sur des analyses carpologiques, anthracologiques, xylologiques et archéoentomologiques. Il s’attache à déterminer les stratégies d’approvisionnement et de gestion des ressources végétales mises en place par les sociétés des périodes historiques, de l’Antiquité à l’arrivée des Portugais dans l’océan Indien, au sein d’un environnement aride contraignant et d’un contexte de dynamiques commerciales. L’agriculture est reconnue sous la forme de palmeraies, un agrosystème oasien, polycultural et irrigué, au sein desquelles étaient cultivés des céréales, des légumineuses, des fruitiers et des condiments. Des informations concernant les modalités de stockage et des mesures de conservation et de protection des denrées alimentaires ont été mises en évidence dans le contexte incendié de Mleiha. Les ravageurs des produits stockés auxquels les sociétés devaient faire face ont été déterminés. L’acquisition du combustible se basait sur une optimisation des ressources disponibles issues des différentes formations végétales de la région, du système agricole et d’activités de rejets. Un grand nombre de taxons allochtones a été trouvé, correspondant à des plantes cultivées et du bois de plantes sauvages ligneuses, ainsi que des insectes. Les plantes cultivées correspondent surtout à des taxons d’origine tropicale et sub-tropicale pour lesquels il est généralement difficile de déterminer s’ils ont été importés ou s’ils ont pu être acclimatés localement. Le contexte de dynamiques commerciales au sein du golfe Persique et de l’océan Indien aux périodes antique et islamique semble avoir favorisé l’importation et l’acclimatation de plantes allochtones, voire d’insectes, en Arabie orientale. / Excavations conducted on several classical and Islamic period sites in eastern Arabia have provided botanical and insect macroremains. The sites included in our study are Qal’al al-Bahrain (Kingdom of Bahrain), Kush and Mleiha (U.A.E.) and Fulayj and Qalhât (Sultanate of Oman). This work is based on the analysis of seeds/fruits, charcoal (anthracology), wood (xylology) and insect remains (entomology). It aims at understanding the supplying strategies and the management of plant resources by the societies of historical periods, from Antiquity to the arrival of the Portuguese in the Indian Ocean, in an environment marked by aridity and a context of trade dynamics. Agriculture is recognised in the form of date palm gardens, an oasis agrosystem with multi-cropping and irrigation in which cereals, pulses, fruit trees and condiments were cultivated. Information concerning the storage as well as measures of conservation and protection of foodstuffs has been obtained from a burnt context at Mleiha. Parasites attacking storage of food that the past populations had to face have been determined. The procurement of fuel was based on the optimal use of resources present in the different local plant communities, in agricultural systems and the use of waste. A large number of allochtonous plant taxa have been identified, corresponding to cultivated plants and wood from wild-growing trees, as well as insects. The cultivated plants correspond mainly to taxa of tropical and subtropical origin for which it is generally difficult to determine if they were brought to the sites as importations or if they could have been acclimatised locally. The context of trade dynamics across the Persian Gulf and the Indian Ocean during the classical and Islamic periods seem to have favoured the importation and acclimatisation of allochtonous plants, or even insects, in eastern Arabia.

De multiples événements sportifs majeurs vont se dérouler prochainement dans des environnements chauds voire tropicaux, justifiant l’intérêt scientifique actuel pour les questions associées à l’effet de la chaleur sur la performance en endurance. Il est admis que l’effort est subjectivement perçu comme plus difficile, en parallèle de la dégradation de la performance, à mesure que la température ambiante s’élève au cours d’une épreuve prolongée. Contrecarrer les effets délétères de la chaleur passe notamment par une exposition répétée dans des conditions écologiques ou simulées d’exercice (i.e. stratégie d’acclimatation). Toutefois, le décalage actuel entre les recommandations d’application issues d’études scientifiques et les conditions réelles de préparation et d’organisation des athlètes de haut niveau est à l’origine d’un faible engouement actuel pour de telles méthodes. Par conséquent, ce travail de thèse a eu pour ambition de répondre à certaines inconnues relatives à l’application de contenus d’entraînement classiques en ambiance chaude, en particulier (i) leur conséquence sur la capacité de performance de l’athlète et (ii) les moyens d’optimiser le contrôle et la régulation de la charge d’entraînement. Dans ce contexte, nous avons proposé à des sujets entraînés de soutenir la production de seuils de RPE (i.e. exercice à RPE fixe) dans un cadre expérimental puis d’entraînement. Au-delà de la validité de ce modèle, nous soutenons que la régulation volontaire de l’intensité dépend, au-delà de la perception de l’effort, de l’état émotionnel et de la motivation de l’individu. Lors d’une première étude, nous avons recherché à comparer les performances de solutions techniques pour le suivi de la température centrale en conditions écologiques (i.e. température gastro-intestinale vs. température frontale par capteur à annulation de flux). Les résultats obtenus ont validé l’usage du capteur à annulation de flux comme alternative pendant l’exercice, en dépit de l’absence de corrélation avec les mesures gastro-intestinales. Ceci suggère d’éventuelles perspectives en matière de contrôle de la température corporelle pendant l’exercice. La seconde étude s’est intéressée aux possibles conséquences de la répétition de sessions d’entraînement exigeantes et des contraintes logistiques d’un stage d’acclimatation (i.e. accumulation de fatigue mentale) sur la perception de l’effort et la performance. En dépit de l’absence d’effets combinés de la tâche cognitive préexercice et de la chaleur ambiante, les résultats tendent à démontrer le rôle-clé de la température cutanée et de la sensation de chaleur sous-jacente dans la régulation de la puissance soutenue à RPE-15 (chaud vs. tempéré : -0,022 vs. -0,008 W.kg-1.min-1). Enfin, la troisième étude suggère un potentiel intérêt de l’application de hautes intensités autorégulées, associée à une diminution du volume d’entraînement (-23%), lors d’une période d’acclimatation de courte durée (i.e. 5 jours). Le moindre effet observé, en comparaison d’un protocole à intensité fixe, sur la performance au cours d’un exercice de contre-la-montre (i.e. expérimental vs. fixe : 1,4 vs. 2,8 %) soulève toutefois l’importance du rapport volume-intensité dans la construction d’un protocole d’acclimatation. De manière générale, l’ensemble des résultats de cette thèse offrent des perspectives pour une individualisation et une adaptation spécifique à l’activité sportive des protocoles d’acclimatation à la chaleur. / The increasing number of major sport events that will take place in hot and/or tropical environments justify the current scientific interest in the effects of heat strain on endurance performance. During a prolonged self-paced exercise, it is well known that the subjectively perceived effort is higher as the ambient temperature increases and the performance level decreases. A repeated exposure to the heat in ecological and/or simulated exercise conditions may counteract the subsequent deleterious effects. However, the discrepancy between guidelines from scientific research and training priorities of well-trained athletes causes a lack of interest in these methods. Therefore, we aimed through the current thesis work to improve the current knowledge about heat acclimation strategies, more precisely about i) its effects on athlete’s performance capacity and ii) the optimization of training load monitoring and building. To shed light on these issues, we proposed to our trained and/or well-trained subjects to cycle at a fixed RPE first in an experimental framework, and then during a training program. We submit that the self-regulation of fixed-RPE exercise work rate depends not only of perceived exertion but also on emotional and motivational parameters. The first study aimed to compare the performance of technical devices for core temperature monitoring in ecological conditions (i.e. gastrointestinal point vs. forehead point from a zero-heat-flux sensor). Results showed that zero-heat-flux measurements might be considered as relevant during exercise. In this way, some opportunities may be considered for the monitoring of body temperature during field-based exercise. The second study investigated the subsequent effects of repeated strenuous training sessions and logistical constraints during a heat camp (i.e. higher mental fatigue) on perceived exertion and endurance performance. Despite the lack of combined effects from the prior cognitive task and the ambient condition during exercise, skin temperature and underlying heat sensation impact the linear decrease of power output at RPE-15 (hot vs. neutral: -0,022 vs. -0,008 W.kg-1.min-1). Lastly, the third study suggested an interest for self-regulated high intensities, associated with a decrease of the total exposure duration (-23%), during a short-term heat acclimation protocol (i.e. 5 days). However, the slighter effect on the improvement of performance in comparison with a classic constant-power training program, (HIT vs. constant-power: 1,4 vs. 2,8 %) provides scope for the building of training load (i.e. volume vs. intensity) in this context. In summary, the overall results of this thesis work open some perspectives for individualizing or adapting heat acclimation strategies to sport-specific conditions.

Les arbres, enracinés au sol, adaptent leur développement à leur environnement fluctuant et en particulier aux conditions mécaniques imposées en permanence par le vent. Les tempêtes des dernières décennies ont mis en lumière le rôle majeur, pour la survie à long-terme des arbres, du processus d’acclimatation aux contraintes mécaniques dues au vent. Au premier ordre, le vent exerce principalement des efforts de flexion répétés sur les branches et tiges des arbres qui tendent à osciller pendant les épisodes venteux. Ces flexions entrainent une modification de la croissance des arbres en hauteur, en diamètre ou au niveau du système racinaire mais également la formation d’un bois à l’anatomie et aux propriétés particulières ; lequel est désigné par le terme « bois de flexion ». Au cours de ces travaux de thèse, nous avons développé des dispositifs expérimentaux originaux nous permettant, d’une part, d’appliquer des traitements de flexions unidirectionnelles répétées sur des tiges de jeunes peupliers, en contrôlant l’amplitude des déformations appliquées à la tige, et d’autre part, de contrôler différents niveaux de stress hydrique. Les suivis de croissance pendant une saison de végétation complète ont montré que l’acclimatation mécanique des arbres est un processus qui, bien que très couteux en matière de construction de biomasse, s’avère primordial et se met en place même lors de conditions de stress hydrique sévère. De plus, nous avons pu démontrer que l’augmentation de biomasse liée à cette acclimatation s’effectue principalement dans les zones où les déformations tissulaires sont les plus fortes ; conduisant ainsi à des géométries de sections particulières qui accroissent considérablement la rigidité de flexion des tiges. Une modélisation mécanique par éléments finis a aussi permis de révéler que ces configurations issues de l’acclimatation conduisent à une meilleure répartition des contraintes mécaniques, en abaissant en particulier l’intensité des contraintes maximales de compression subies par le bois. Afin de descendre dans les échelles spatiales, nous avons développé des outils et des méthodes de caractérisation originaux qui ont permis de mesurer, au niveau tissulaire, l’impact des différents types de sollicitations (compression et/ou traction répétées), engendrées au cours d’une flexion de tige, sur les propriétés hydrauliques et mécaniques du bois vert ; tant du point de vue des propriétés usuelles (comportement élastique, conduction hydraulique) que du point de vue des fonctions de sécurité (rupture, sensibilité à la cavitation, …). Nous avons alors pu mettre en évidence le comportement singulier du bois formé sous sollicitations de compressions répétées qui montre en particulier une nette augmentation de sa capacité à subir des déformations importantes avec un endommagement très réduit. L’ensemble des résultats expérimentaux et de modélisation aux échelles tissulaires comme de l’organe entier, indique que les acclimatations de la croissance secondaire et des propriétés intrinsèques du matériau bois procurent un bénéfice mécanique pour la pérennité de l’arbre dans son environnement venteux fluctuant. / Trees, anchored in the ground, adjust their development to their fluctuating environment and particularly to the mechanical conditions daily imposed by wind. Storms of last decades enlightened that acclimation of trees to mechanical stresses due to wind is a vital requirement for their long-term survival. Wind mainly leads to repeated bending of the branches and stems of trees that swing during windy events. These bending cause a modulation of trees growth in height, in diameter or at the level of the root system but also imply the formation of a wood with specific anatomy and properties; this wood was defined as “Flexure wood”. In our work, we developed original experimental setups in order to apply a treatment of repeated unidirectional bending to the stem of young poplars, while controlling the magnitude of the strains applied to the stem. The setup controlled different levels of hydric stress too. The monitoring of the growth during a growing season showed that the mechanical acclimation is a process that, although costly in terms of biomass construction, turns out to be essential and takes place even under severe hydric stress. Besides, we demonstrated that the increase of biomass, linked to this acclimation, is mainly provided in the areas where tissue strains are the highest; leading to specific cross-section geometries that considerably increase the stem bending rigidity. A mechanical modelling using Finite Elements also enlightens that these configurations, due to acclimation, lead to a better distribution of mechanical stresses, especially by decreasing the intensity of maximal compressive stresses endured by wood. In order to investigate the microscopic scale, original experimental devices were developed at the tissue scale to measure the effect of different mechanical stresses (repeated compression and/or tension), applied by stem bending, on the hydraulic and mechanical properties of green wood; as much in terms of usual properties (elastic behaviour, hydraulic conduction) as in terms of security functions (rupture, sensibility to cavitation, …). Thus, we enlighten the specific behaviour of wood formed under repeated compressive stresses that shows a significant increase of its ability to withstand high levels of strains with a very reduced damaging. The whole experimental and modelling results, as much at the tissue scale as at the tree scale, points out that the acclimations of secondary growth and wood properties provide a mechanical benefit for tree sustainability in its fluctuating windy environment.