La Tara (Caesalpinia spinosa) est une espèce forestière d’une grande importance en raison d’une forte demande sur le marché international pour les tanins présents dans ses gousses, et pour les gommes provenant de ses graines. Malgré son importance économique pour le Pérou, la majeure partie de la production provient de forêts naturelles non aménagées. Ces forêts présentent des problèmes de sol (érosion, faible fertilité, présence d’agents pathogènes, manque d'irrigation), qui conduisent à des rendements faibles. C’est pourquoi dans le présent travail, nous étudions les composantes microbiologiques du sol associé à cette culture, telles que les mycorhizes et les bactéries dont l’utilisation, selon de nombreuses études, s’est révélée être une alternative à l'utilisation d'engrais chimiques. Pour cela, nous avons procédé à l'analyse moléculaire de la diversité des champignons mycorhiziens arbusculaires par la technique de Miseq Illumina, ce qui nous a permis de mettre en évidence une prépondérance de Gloméracées parmi lesquelles les Rhizophagus spp. étaient retrouvés dans 70% des séquences. En outre, la dépendance de la Tara vis-à-vis de la mycorhization a été démontrée car, après avoir testé la mycorhization contrôlée de la Tara par Rhizophagus irregularis, il a été constaté que la croissance de Caesalpinia spinosa était considérablement améliorée, ainsi que l'absorption d'éléments nutritifs tels que l'azote (N) et le phosphore (P). Pour vérifier la capacité à noduler de la Tara, différents milieux de culture ont été utilisés ainsi que différentes conditions de croissance, en serre et in vitro. Ces expérimentations ont toutes montré que les racines de Tara ne présentaient pas de nodules, confirmant que cette légumineuse de la sous-famille des Caesalpinioideae est non nodulante. Par conséquent et afin d’étudier la diversité des rhizobia présents dans le sol de la plantation de Tara, nous avons utilisé en serre une plante-piège, le pois (Pisum sativum) car c’est une légumineuse nodulante et de plus est traditionnellement associée à la culture de Tara. Les rhizobia identifiés moléculairement se sont révélés très spécifiques et différents des rhizobia présents dans les sols extérieurs à la plantation de Tara. Plus particulièrement, ces rhizobia se sont révélés être phylogénétiquement proches de R. etli, R. phaseoli, R. pisi et R. leguminosarum. Enfin, un test d'inoculation contrôlée (in vitro) a été réalisé sur des plantules de pois, avec ces bactéries préalablement piégées et isolées du pois. Il a été observé que les rhizobia piégés à partir des sols collectés entre deux lignes de Tara et sur la ligne de plantation de Tara, ont stimulé la croissance du pois par rapport aux rhizobia présents dans les sols collectés à l'extérieur de la plantation. / The Tara (Caesalpinia spinosa) is a forest species of great importance due to its high demand in the international market for the tannins present in its pods and its seeds’ gum. Despite its great importance for Peru, most of the production comes from unmanaged natural forests. These forests present soil problems (e.g., erosion, low fertility, pathogens, lack of irrigation), which cause low yields. Therefore, in the present work we seek to study the soil components associated with Tara plantation , such as mycorrhizae and bacteria that have proved to be an alternative for reducing the use of chemical fertilizers in similar context (Aboubacar et al., Flores Chavez 20015, E and Saif 1987, Dia et al. 2010; Bilgo et al., 2013) . We used molecular analysis of the arbuscular diversity by the Miseq Illumina technique that allowed to verify the arbuscular diversity with a preponderance of Glomeraceae among which the Rhizophagus spp were found to be present in 70% of the sequences. In addition, the dependence of the Tara on obligatory mycorrhization was demonstrated, after testing the controlled mycorrhization of the Tara by the Rhizophagus irregularis. We found that the growth of this crop was significantly improved, as well as the absorption of nutrients such as nitrogen (N) and phosphorus (P).To check the nodulation of the Tara, different culture media were used (JenSen, sand mixture with Tara plantation soil, attapulgite mixture with Tara plantation soils) in greenhouse and in vitro condition. We did not manage to find rhizobial nodules in the roots which let us think that Tara is a non-nodular legume. Therefore, we used Pisum sativum as a trap plant to study the diversity of rhizobia present in the soil of the Tara plantation since this legume is often associated with Tara crop. The rhizobia found in the trap plant were very specific and different from the rhizobia present in soils outside the Tara plantation. Likewise, these rhizobia found to be phylogenetically close to R. etli, R. phaseoli, R. pisi and R. leguminosarum. Finally, we inoculated the trapped bacterias (in vitro) in Pisum sativum with the bacterias previously trapped and isolated from the pea (which grew in the green house); where it was observed that the rhizospheric bacteria of the zones IL (soil collected between two lines) and L (soil collected from the same line) from the plantation of Tara stimulated the growth of this crop with respect to the bacteria present in soils collected outside of the plantation (OP zone).

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Les endosymbioses racinaires sont des associations bénéfiques établies entre les racines des plantes et des micro-organismes du sol. Ces symbioses ont un intérêt agronomique et écologique puisque les plantes fournissent à leurs partenaires microbiens une niche écologique et des sucres issus de la photosynthèse et en retour, les micro-organismes associés aux racines vont fournir à la plante des nutriments minéraux qui sont actuellement apportés dans l’agriculture conventionnelle sous forme d’engrais. Durant ma thèse, j’ai particulièrement étudié la symbiose endomycorhizienne à arbuscules (AMS). Elle implique des champignons du groupe des Gloméromycètes et plus de 80 % des plantes terrestres. Ainsi cette symbiose est la plus répandue sur terre connue à l’heure actuelle. Plusieurs étapes importantes pour l’établissement de l’AMS ont été définies. La première de ces étapes est la reconnaissance mutuelle entre le champignon endomycorhizien et la plante hôte. Le champignon est capable de percevoir les plantes par les exsudats racinaires qu’elles sécrètent dans la rhizosphère. Dans le mélange complexe de molécules que sont les exsudats racinaires, des phytohormones appelées strigolactones activent le métabolisme des champignons endomycorhizien, la ramification des leurs hyphes et la production de molécules fongiques appelée facteurs Myc. La perception des facteurs Myc par la plante active des processus permettant la colonisation des racines par le champignon. Ce dialogue moléculaire entre champignons endomycorhiziens et plantes hôtes reste toutefois méconnu. Des molécules de type Lipo-chitooligosaccharides (LCO) ou chito-oligosaccharides (CO) ont été identifiées dans les exsudats de spores ou d’hyphes de champignons et activent la voie de signalisation symbiotique chez les plantes mais leurs rôles respectifs dans l’établissement de l’AMS restent mal compris. Du côté de la plante, des récepteurs potentiels aux LCOs et aux COs sont codés par les gènes de la famille des Lysin Motif Receptor-Like Kinase (LysM-RLK) qui sont capables de lier les constituants structuraux des LCOs et des COs. Cependant aucune preuve n’avait été apportée, au commencement de ma thèse, permettant de conclure sur le rôle des LCOs, des COs, et des LysM-RLKs dans la mise en place de l’AMS. C’est ce que je me suis attachée à démontrer durant ma thèse. Pour cela, j’ai travaillé sur une dicotylédone (la tomate : Solanum lycopersicum) et sur une monocotylédone (Brachypodium distachyon, un modèle pour le blé). Pour identifier les récepteurs aux LCOs dans ces plantes et déterminer leur rôle dans l’AMS nous avons mis en place des techniques de génétique inverse. Nous avons ensuite déterminé l’affinité de ces récepteurs pour les LCOs. Ainsi, nous avons montré que la perception des LCOs dans la tomate est importante pour la mise en place de l’AMS. Par ailleurs, je me suis intéressée à la symbiose entre des bactéries du type rhizobium et des plantes principalement de la famille des légumineuses. La mise en place de cette symbiose nécessite la synthèse de LCOs par les rhizobia et leur perception par la plante via des récepteurs de la famille des LysM-RLKs. Ces similarités que la symbiose rhizobium-légumineuses partage avec l’AMS nous ont conduits à poser la question de savoir si les récepteurs de LCOs impliqués dans l’AMS (beaucoup plus ancienne que la symbiose rhizobium-légumineuse) ont été recrutés durant l’évolution pour jouer un rôle dans la symbiose rhizobium-légumineuse. J’ai pu montrer que les récepteurs de LCOs impliqués dans l’AMS chez les espèces non-légumineuses susmentionnées sont fonctionnels l’établissement de la symbiose rhizobium-légumineuse chez une légumineuse. / Root endosymbioses are beneficial associations established between plant roots and soil microorganisms. These symbioses have an agronomic and ecological interest as plants provide their microbial partners with an ecological niche and carbohydrates from photosynthesis. In return, the root-associated microorganisms provide the plant with minerals that are currently being delivered in conventional agriculture as fertilizers. During my thesis, I particularly studied the arbuscular mycorrhizal symbiosis (AMS). It involves fungi of the Glomeromycota group and more than 80 % of land plants. This is the currently known most widespread symbiosis on earth. Important steps for the AMS establishment have been defined. The first step is the mutual recognition between the endomycorrhizal fungus and the host plant. Fungi can perceive plants through the root exudates. In the complex mixture of molecules in the root exudates, phytohormones called strigolactones activate the endomycorrhizal fungal metabolism, the branching of their hyphae and the production of fungal molecules called Myc-Factors. Myc-Factors are perceived by the plant and activate a signaling pathway allowing root colonization by the fungus. However, parts of the molecular dialogue between endomycorrhizal fungi and host plants remain unknown. Lipo-chitooligosaccharide (LCO) or chito-oligosaccharides (CO) molecules have been found in exudates of fungal spores or hyphae and were shown to activate the plant symbiotic signaling pathway, however their respective roles in the AMS establishment are unclear. Putative plant receptors for LCOs and COs are encoded by genes from the Lysin Motif Receptor-Like Kinase family (LysM-RLK) which are able of binding the structural LCO and CO components. However, at the beginning of my PhD, we had no evidence allowing to conclude about the involvement of LCOs, COs, or LysM-RLKs in the AMS establishment. During my thesis, I aimed to understand the role the LCOs and their plant receptors in AMS. For this, I used on a dicotyledon (the tomato: Solanum lycopersicum) and on a monocotyledon (Brachypodium distachyon that is a model for wheat). In order to identify the LCO receptors in these two species, I used a reverse genetic approach. Then I determined these receptors affinity for various LCO structures. I showed that in tomato, LCO perception is important for AMS establishment. In addition, I have studied the symbiosis between rhizobium-type bacteria and plants of the legume family. Interestingly, the establishment of this symbiosis requires LCO synthesis by rhizobia and LCO perception by the plant via receptors of the LysM-RLK family. The fact that rhizobium-legume symbiosis shares similarities with the AMS led us to ask whether the LCO receptors involved in AMS (a much more ancient symbiosis than the rhizobium-legume symbiosis) have been recruited during evolution for a role in the rhizobium-legume symbiosis. I demonstrated that the LysM-RLKs involved in AMS in the above mentioned non-legume species are functional for the rhizobium-legumes establishment in a legume species.

Le principal objectif de ce projet de recherche était de déterminer si les champignons mycorhiziens à arbuscules pouvaient stimuler la synthèse des composés du métabolisme secondaire d’intérêt nutraceutique dans les végétaux. Deux plantes ont été utilisées au cours de ce projet de recherche, le basilic (Ocimum basilicum L.) et la carotte (Daucus carota L.). La mycorhize a favorisé la croissance des plants de basilic ayant reçu un ajout de superphosphate triple au cours de la deuxième expérience menée sur cette espèce. Elle a aussi favorisé à plusieurs reprises l’assimilation minérale de certains minéraux comme le potassium et le phosphore. Des teneurs plus élevées en caroténoïdes ont été observées dans les feuilles des plants de basilic ayant reçu une double dose d’inoculant. De plus, la capacité antioxydante liposoluble des extraits de plants de basilic inoculés avec la simple dose a été abaissée. Chez la carotte, la mycorhize a favorisé la croissance et l’assimilation minérale des plants dans les conditions sans ajout de superphosphate triple. La teneur en α-carotène a diminué chez les carottes mycorhizés au cours de la première expérience. L’association mycorhizienne a induit des effets à la fois indirects et directs sur la synthèse des composés nutraceutiques.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2002-2003 / Les relations source/puits de carbone (C) dans la symbiose mycorhizienne à arbuscules (MA) ont été examinées sous différents aspects. Une première partie éco-physiologique rapporte l’existence d’échanges de C entre espèces végétales en conditions naturelles via des champignons MA répondant à la phénologie différente des plantes impliquées. Deux études physiologiques basées sur le système de «split-root» ont montré que la force de puits de C des champignons MA est dépendante de l’espèce fongique, de la souche fongique, ainsi que de l’hôte végétal. Enfin, une étude écologique se positionnant dans un contexte de perturbation naturelle (verglas) endommageant le houppier d’arbres matures a révélé qu’une mauvaise reprise de croissance post-traumatique peut être associée à des taux de mycorhization racinaire plus élevés que ceux d’arbres à bonne reprise de croissance. En résumé, les besoins en C des champignons MA varient en fonction des espèces impliquées dans la symbiose et du stade phénologique de chacune d’elles. / Different aspects of the carbon (C) source-sink relationships in the arbuscular mycorrhizal (AM) symbiosis were investigated. In an initial ecophysiological-based study carried under natural conditions, the existence of AM fungal mediated C exchanges between plant species with different phenology was reported. Two physiological studies based on a split-root system showed the C sink strength of AM fungi to be fungal species, fungal strain and plant species dependent. Finally, an ecological study carried out subsequently to the ice storm of 1998 (natural disturbance) which severely damaged mature tree crowns revealed that poor post-traumatic crown regrowth was associated with higher mycorrhizal colonization levels than in good regrowth trees. In conclusion, the C demand of AM fungi varies with the species involved in the symbiosis and with the phenological stage and health of the phytobiont.

La symbiose mycorhizienne joue un rôle significatif en agriculture, notamment en facilitant la nutrition des plantes et l'amélioration de leur résistance envers les stress biotiques et abiotiques. Cette étude visait à évaluer cinq souches de champignons mycorhiziens arbusculaires pour leur capacité à s'adapter aux sols alcalins d'Haïti. L'expérience a été réalisée en serre pour examiner l'effet combiné du champignon Rhizophagus irregularis et du carbonate de calcium sur la biomasse aérienne, la colonisation mycorhizienne et la composition minérale du poireau. Les résultats ont montré une amélioration significative de la biomasse aérienne des plantes sous l'effet de l'inoculation mycorhizienne, cette amélioration persistant à tous les niveaux de carbonate de calcium. Par ailleurs, les plantes inoculées avec trois des cinq souches de champignon (DAOM 241558, DAOM 197198(AAC) et DAOM 197198(PT)) ont généré un rendement en biomasse supérieur à celui du témoin non inoculé, avec des accroissements de l'ordre de 87%. En ce qui concerne le taux de colonisation, les plantules inoculées ont montré un niveau de colonisation mycorhizienne variant de 45% à 61% selon les souches de champignon, qui diminue avec l'augmentation de la concentration de carbonate de calcium. Les résultats révèlent une corrélation positive entre la biomasse aérienne et le taux de colonisation mycorhizienne. En effet, plus la colonisation est élevée, plus le rendement en biomasse aérienne augmente. Cette observation s'applique à toutes les souches, à l'exception de la souche DAOM 234181 qui, malgré un taux de colonisation élevé, génère un faible rendement en biomasse chez la plante inoculée. Enfin, une teneur plus importante des plantes en phosphore, en potassium et en zinc a été observée lorsque celles-ci ont été inoculées avec l'une de ces trois souches, soit DAOM 241558, DAOM 197198(AAC) et DAOM 197198(PT), et ceci même à des concentrations élevées de carbonate de calcium.

L'utilisation des champignons mycorhiziens à arbuscules (CMA) pourrait constituer une alternative potentielle aux traitements fongicides conventionnels pour lutter contre les maladies cryptogamiques des plantes. Notre travail a consisté à étudier l'éventuel effet protecteur de la mycorhization arbusculaire chez le blé tendre (triticum aestivum L.) contre Blumeria graminis f. sp. tritici (Bgt), un champignon biotrophe responsable de l'oïdium, une maladie affectant les parties aériennes de la plante. L'inoculation mycorhizienne du blé avec le CMA Funneliformis mosseae (FM), en conditions controlées et optimisées, nous a permis d'obtenir parallèlement à un taux de mycorhization de 38% des plants de blé, une amélioration significative de la biomasse et un taux de protection contre Bgt estimé à 78%. Ces résultats suggèrent l'induction d'une résistance systémique des réactions de défense du blé par mycorhization (Mycorrhiza-Induced Resistance, MIR). Cette protection serait liée à une accumulation de composés phénoliques et de preoxyde d'hydrogène dans les cellules épidermiques des feuilles de blé mycorhizé, au niveau du site de pénétration de Bgt. Une surexpression des gènes POX, PAL, CH11 et NPR1 codant pour des marqueurs de défense a également été mise en évidence dans les feuilles en absence d'infection par Bgt. Enfin, nos travaux ont également souligné l'intégration de divers paramètres pour optimiser l'utilisation des CMA comme agents de biocontrôle chez le blé. La meilleure protection contre l'oïdium a été obtenue aec un apport en phosphore réduit de 5 fois par rapport à celui préconisé au champ et un inoculum mycorhizien à base de Fm, que ce soit chez un cultivar modérément sensible ou un cultivar plus résistant. / The use of arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) could be an innovative alternative to chemicals against fungal plant diseases. Our work aimed at studying the possible protective effect of arbuscular mycorrhization in the bread wheat (Triticum aestivum L.) against Blumeria graminis f. sp. tritici (Bgt), a biotrophic fungi responsible of wheat powdery mildew, a disease affecting the aerial plant organs. Wheat mycorrhizal inoculation by Funneliformis mosseae (Fm), under controlled and optimized conditions, allowed us to obtain concomitantly a micorrhizal rate of 38%, a significant increase of plant biomass and a protection level against Bgt estimated at 78%. These results suggest the induction of systemic wheat defense reactions resulting from mycorrhization (Mycorrhiza-Induced Resistance - MIR). This protection is linked to an accumulation of phenolic compounds and hydrogen peroxide at the Bgt penetration sites in epidermal leaf cells of mycorrhized wheat plants. Up-regulations of POX, PAL, NPR1 and CH11 genes encoding for defense markers were also pointed out in leaves of mycorrhizal wheat in the absence of Bgt infection. Moreover, our study highlighted the importance of taking into account various parameters to optimize the use of AMF as biocontrol agents. The highest protection against powdery mildew was obtained with a 5-fold reduced phosphorus input compared to that recommended in the field and with the mycorrhizal inoculum Fm, in both a moderately susceptible or a more resistant cultuva

L'endosymbiose racinaire entre les plantes et les champignons mycorhiziens à arbuscules (CMA) permet aux plantes d'avoir un meilleur accès aux nutriments du sol. Pour cette raison, cette endosymbiose joue un rôle majeur dans les écosystèmes et pour l'agriculture durable. Les étapes clés de la colonisation des racines par les CMA sont: 1) la pénétration des CMA dans le système racinaire à travers les cellules de l'épiderme et du cortex externe, et 2) la formation dans les cellules du cortex interne d'une structure ramifiée appelée arbuscule, qui permet des échanges entre les cellules végétales et les hyphes fongiques. L'établissement de cette symbiose implique une communication entre les deux partenaires. Les plantes produisent des hormones, les strigolactones qui induisent chez les CMA la production de signaux symbiotiques : des lipo-chitooligosaccharides (Myc-LCO) et des chitooligosaccharides courts (Myc-COs). Les Myc-LCO et les Myc-CO induisent des réponses moléculaires et physiologiques chez les plantes qui sont capables de former des mycorhizes à arbuscules. Cependant, leur rôle exact dans l'établissement des mycorhizes à arbuscules n'est pas connu. La difficulté à cultiver et transformer le partenaire fongique de cette symbiose rend la recherche compliquée du côté fongique. Du côté des plantes, on sait que des membres de la famille des récepteurs kinases à domaines lysin (LysM-RLK) perçoivent des LCO et des CO produits par divers microorganismes et sont donc de bons candidats pour percevoir des Myc-LCO et des Myc-CO. La plupart des recherches sur les mycorhizes à arbuscules sont réalisées chez des légumineuses, espèces chez lesquelles plusieurs duplications de gènes codant les LysM-RLK ont eu lieu. J'ai donc utilisé lors de mon doctorat des Solanaceae (Solanum lycopersicum, Petunia hybrida et Nicotiana benthamiana) pour étudier le rôle de deux récepteurs putatifs de Myc- LCO, codés par les gènes LYK10 et LYK4. Ces deux gènes, physiquement proches l'un de l'autre dans les génomes de la plupart des dicotylédones, proviennent probablement d'une ancienne duplication en tandem. En utilisant une approche biochimique, nous avons montré que SlLYK10 de S. lycopersicum est capable de lier des LCO avec une haute affinité. De plus, j'ai montré que le promoteur de SlLYK10 est exprimé dans l'épiderme et le cortex externe avant la colonisation par les CMA, puis dans des cellules contenant des arbuscules au cours de la colonisation par les CMA. Enfin, des approches de génétique inverse chez la tomate et le pétunia ont permis de démontrer que LYK10 contrôle la pénétration des CMA dans les racines et la formation des arbuscules. Ces résultats suggèrent que LYK10 perçoit les LCO et active chez les plantes la machinerie nécessaire à la pénétration de CMA dans les cellules végétales et à la formation des arbuscules. / The root endosymbiosis between plants and arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) allows the plants to have a better access to soil nutrients. For this reason this endosymbiosis plays a major role in ecosystems and in sustainable agriculture. The key steps for AMF colonization are: 1) the AMF penetration in the root system through crossing epidermal/outer cortical cells, and 2) the formation of a branched inner cortex structure called arbuscules that permits exchanges between plant cells and fungal hyphae. The establishment of this symbiosis involves communication between the two partners of the symbiosis. Plants produce strigolactones, hormones that induce in AMF the production of symbiotic signals : lipo-chitooligosaccharides (Myc-LCOs) and short chitooligosaccharides (Myc-COs). Both Myc-LCOs and Myc-COs induce plant molecular and physiological responses known to be associated with the formation of arbuscular mycorrhiza (AM). However, theit exact role in AM establishment is unknown. The difficulty to grow and transform the fungal partner of this symbiosis makes the research complicated on the fungal side. On the plant side, members of the lysin motif receptor-like kinase (LysM-RLK) family are known to perceive LCOs and COs produced by various microorganisms and are thus good candidates to perceive Myc-LCOs and Myc-COs. Most of the laboratory researches on AM conducted worldwide are performed on legumes where the LysM-RLK family has encountered several gene duplications. During my PhD I used Solanaceae species (Solanum lycopersicum, Petunia hybrida and Nicotiana benthamiana) to study the role of two candidate Myc-LCO receptors encoded by the genes LYK10 and LYK4. These two genes are physically close to each other in genomes of most of the dicotyledons and likely originate from of an ancient tandem duplication. By using a biochemical approach, we showed that S. lycopersicum SlLYK10 is able to bind LCOs with high affinity. Moreover, I showed that SlLYK10 promoter is expressed in epidermis/outer cortex before AMF colonization and also in arbuscule-containing cells during colonization. Finally, reverse genetic approaches in tomato and petunia allowed demonstrating that LYK10 controls AMF penetration into the roots and arbuscule formation. Taken together, these results suggest that LYK10 perceive LCOs and induce/activate the plant machinery required for AMF penetration into plant cells. Altogether this strongly suggests that LCOs play a role in AMF perception by plant during AM establishment. By using the same approaches, we found that N. benthamiana NbLYK4, as its orthologs in legumes and other dicotyledons, also binds LCOs with high affinity and is involved in AM establishment and plant defence. NbLYK4-silenced plants showed reduced responses to defence elicitors and increased colonization by pathogens and AMF. This led to the hypothesis that LYK4 perceives LCOs and locally inhibits plant defence during AMF colonization. This strongly suggests that Myc-LCOs are able to regulate plant defence. In conclusion, at least two proteins are involved non-redundantly in LCO perception in Solanaceae, LYK10 and LYK4 and regulates complementary plant machineries required for AMF colonization.

La symbiose mycorhizienne à arbuscules (SMA) est le résultat de l'interaction entre les racines de plus de 80% des familles de plantes terrestres et les champignons MA. Divers types de membranes jouent un rôle crucial dans la mise en place et le fonctionnement de la SMA chez l’hôte végétal. Si l’électrophorèse bidimensionnelle (2-DE) reste la méthode la plus couramment utilisée pour des analyses protéomiques quantitatives dans la SMA, elle résout difficilement les protéines membranaires en raison de leur hydrophobicité, leur précipitation au point isoélectrique (pI) et leur faible abondance comparativement aux protéines cytosoliques. Donc peu nombreuses sont les protéines membranaires identifiées comme étant régulées en réponse à la symbiose. Afin d’avoir accès à cette catégorie de protéines et contourner les défauts de la 2-DE, l’application de nouvelles méthodes permet de réaliser des analyses quantitatives avec marquage chimique (comme l’iTRAQ) ou non (label-free). Dans ce contexte, deux méthodes de protéomique quantitative, iTRAQ-OFFGEL-CL-SM/SM et « label-free » 1-DE-CL-SM/SM, sont adoptées dans ce travail visant à identifier et quantifier les variations d’accumulation des protéines microsomales de racines de Medicago truncatula inoculées par Rhizophagus irregularis, préalable indispensable à l’analyse de leur rôle fonctionnel dans la SMA. Un protocole d’extraction donnant accès à des fractions radiculaires enrichies en protéines microsomales nécessaires pour les analyses ultérieures est décrit dans cette étude. En plus de l’analyse quantitative du protéome membranaire en réponse à la SMA, une approche méthodologique a été mise en place afin d’étudier l’impact du marquage iTRAQ sur le pI des peptides. / Arbuscular mycorrhizas (AM) are widespread symbiotic associations between plant roots and AM fungi. Deep membrane alterations are the foremost morphological changes occurring in the host plant in response to AM symbiosis. Two-dimensional gel electrophoresis (2-DE) is the workhorse method in AM proteomics. Membrane proteins are under-represented in 2-DE because of their hydrophobicity, low abundance, and precipitation at their isoelectric point, thereby few are the identified membrane proteins involved in sustaining the AM symbiosis. Membrane proteomics is still challenging due to 2-DE related shortcomings, however latest trends and advancements in mass spectrometry (MS)-based quantitative proteomics offer enormous potential to monitor membrane protein change in abundance in large scale experiments. In the current work microsomal proteins of Medicago truncatula roots inoculated with Rhizophagus irregularis were, for the first time, scrutinised by state-of-the-art MS-based proteomic approaches iTRAQ-OFFGEL-LC-MS/MS and label-free 1-DE-LC-MS/MS. The applied workflows combine two novel proteomic procedures, label-based and -free, targeting an insight view on the membrane proteome changes in AM symbiosis. A subcellular fractionation method is herein described to access the total membrane-associated proteins with sufficient recovery and purity for their subsequent in-depth analysis. In addition to the biological gain by shedding the light on candidate AM-related membrane proteins, a methodological approach was carried out in the present work in order to elucidate the iTRAQ labelling impact on peptide isoelectric points.

Le blé (genre Tritucum aestivum, famille des Poaceae) est une céréale d’intérêtagronomique très important. Certaines variétés très anciennes sont mise de côté pour desvariétés plus récentes souvent sélectionnées pour répondre à une culture intensiveconsommatrice de produits phytosanitaires. L’agriculture biologique, système de productionsupposant une réduction des intrants chimiques de synthèse afin de préserver l’écosystème,peut se définir comme une pratique où l’emploi d’engrais synthétiques, de pesticideschimiques et d’organismes génétiquement modifiés est prohibé.Cette pratique gagne de plus en plus en popularité et la superficie des terres cultivéesde cette manière a crû de 60 % entre 2000 et 2004, sur la planète. Les contraintes associées àla production de céréales biologiques comprennent la baisse de rendement attribuable auxcarences d’éléments nutritifs dans le sol et la concurrence des mauvaises herbes. Au cours des90 dernières années, les efforts internationaux d’amélioration du blé se sont concentrés sur lahausse du rendement et les paramètres de qualité.La mise en place d’une base de données des blé basées sur des critèresmorphologiques, taxonomiques et écologiques et l'introduction des mycorhizes à arbuscules(MA), connues pour aider à la sélection et induire une augmentation de rendement et dequalité de la production, dans l'optique de produire plus dans une agriculture respectueuse del’environnement pourrait constituer une partie intégrante d'une stratégie appropriée.Cependant, les effets mycorhiziens sur les rendement et la qualité de la production ne sont pastoujours prévisibles et les mécanismes qui régulent ces paramètres qualitatifs des mycorhizessont largement inconnus.Le criblage au champ de 53 variétés de blés anciens a montré des différences dans leuraptitude à développer des mycorhizes avec des champignons indigènes. Des plantesanalysées, seul cinq variétés étaient toutes mycorhizées au Tallage, alors que toutes l’étaientau stade Epiaison. Au stade Maturation des épis, dix-neuf variétés montraient une diminutionde la mycorhization.L’inoculation avec un inoculum de laboratoire lors de l’expérimentation en serre dansdes pots contenant d’une part leur terre habituelle de culture et de l’autre la terre d’Epoisses4montre, qu’ avec cet inoculum, toutes les variétés de blé se mycorhizent. Pour les variétéstestées, les variétés récentes utilisées en agriculture biologique mycorhizent mieux que lesanciennes, mais l’effet mycorhizien sur le rendement est observé uniquement chez desvariétés anciennes de blé. Démontrant ainsi un effet variétal sur le développement etl’expression de la symbiose. Les bénéfices de la symbiose sont plus accentués au niveau desphénomènes qualitatifs à savoir la viabilité des grains.L’apport d’un inoculum commercial lors d’expérimentation en serre dans des potcontenant le même sol, a modifié ces proportions. Cet inoculum a également permisl’amélioration du développement des blés et la qualité des graines de certaines variétésdémontrant à la fois l’importance du génome de la plante dans l’expression bénéfique de lasymbiose et de l’impossibilité des champignons mycorhizogènes indigènes à assurer ledéveloppement optimal de la symbiose. Au champ, l’effet variétal a été confirmé suite àl’apport d’un inoculum commercial ou, à l’exception d’une variété, l’inoculation a permis uneamélioration du rendement, particulièrement sensible chez la variété qui a été la plusproductive, soulignant l’intérêt qu’il y aurait à développer un projet de croisement pouraugmenter la réponse des blés aux mycorhizes. / Wheat (kind Tritucum aestivum, Poaceae family) is a very important cereal ofagronomic interest. Some very ancient varieties are set aside for recent varieties often selected to meet a consumer intensive cultivation of pesticides. Organic farming production system assuming a reduction of synthetic chemical inputs in order to preserve the ecosystem can be defined as a practice where the use of synthetic fertilizers, chemical pesticides and genetically modified organisms is prohibited. This practice is gaining more and more popularity and the amount of land cultivated in this way has increased by 60% between 2000 and 2004. Constraints associated with the production of organic grains include lower yields due to nutrient deficiencies in the soil and weed competition. During the past 90 years, the international efforts in wheat breeding have focused on increasing yield and quality parameters The establishment of a wheat database based on morphological, taxonomic and ecological criteria and the introduction of arbuscular mycorrhizal (AM), known to help in the selection and induce an increase in yield and quality of production with a perspective to increase production in an agriculture that respects the environment, could be an integral part of an appropriate strategy. However, mycorrhizal effects on yield and quality of production are not always predictable and the mechanisms that regulate these qualitative parameters are largely unknown. Field screening of 53 ancient wheat varieties showed differences in their ability to interact with endogenous mycorrhizal fungi. Among the analysed plants, only five varieties were mycorrhized for all samples at tillering. All samples were mycorrhized at the heading stage for all varieties. Nineteen showed a decrease in the number of mycorrhized samples at the ears maturity. Inoculation with a laboratory inoculum during a greenhouse experiments in pots, containing either the wheat field soil or Ò EpoissesÓ soil, showed that all wheat varieties form mycorrhizal symbiosis. Between varieties tested, recent wheat varieties used in organic farming were better in forming symbiosis than the old, but the mycorrhizal effect on plant yield is seen only for old varieties. Demonstrating a variety effect on the development and 6 expression of symbiosis. The benefits of mycorrhizal symbiosis are more pronounced for the qualitative phenomena as the seed viability. The addition of a commercial inoculum in a similar greenhouse experiment modified these observations. This inoculum helped to improve wheat development but also the seed quality of some varieties, demonstrating both the importance of the plant genome in the beneficial expression of the symbiosis and the impossibility of indigenous mycorrhizal fungi to ensure optimal development of symbiosis. The previously observed field varietal effect was confirmed even after adding an exogenous inoculum as, excepted for one variety, inoculation has improved yield. This was especially noticeable in the variety that was most productive, stressing the importance to develop crossing strategies to increase the wheat response to mycorrhiza.