Ce travail de thèse a pour objectif la recherche et le criblage de bactéries capables de jouer un rôle important dans la lutte biologique contre les champignons phytopathogènes. L'isolement des bactéries a été réalisé à partir de sols rhizosphériques de palmier dattier. 5 souches parmi les 28 isolées présentent un pouvoir antagoniste et ont été identifiées comme membres du genre Bacillus. La présence des gènes de biosynthèse de lipopeptides a été détectée par PCR, la production des lipopeptides a été confirmée par spectrométrie de masse Maldi-TOF. Ces isolats se caractérisent aussi par leur tolérance aux stress abiotiques (salinité, température élevée et stress hydrique). La souche Bacillus sp III1 qui a montré la production de trois familles de lipopeptides (surfactine, fengycine et iturine) et qui possède le plus fort pouvoir antifongique a fait l’objet d’une évaluation de son potentiel de biocontrôle de la septoriose, principale maladie du blé. L’effet inhibiteur du filtrat de culture de la souche III1 sur la croissance et la germination de Zymoseptoria tritici, agent causal de la maladie du blé, a été démontré in vitro et in planta. Le filtrat de culture pur et dilué à 25 et 50 % réduit jusqu’à 95% les symptômes de la maladie. Ensuite, l’iturine produite par Bacillus spp. III1 a été identifiée comme étant de la mojavensine. Les conditions environnementales optimales de production de la mojavensine (pH, température et aération) ont été déterminées en utilisant la méthode des plans d’expériences. Finalement, une optimisation des conditions environnementales de la pumilacidine, lipopeptide produit par Bacillus pumilus I2 a été réalisée. / The aim of this thesis was to screen bacteria isolated from the rhizosphere of the date palm tree for their ability to inhibit phytopathogenic fungi. Screening for antifungal activity was performed on twenty-eight isolates. Five antagonistic isolates were selected and identified as members of Bacillus genera. The five antagonistic Bacillus isolated showed tolerance to abiotic stresses (high temperature, salinity, drought). The presence of biosynthetic genes encoding lipopeptides was investigated by PCR and lipopeptide production was confirmed by MALDI-ToF mass spectrometry. The antagonistic Bacillus spp. III1 strain that produced a high diversity of lipopeptides belonging to surfactin, fengycin and iturin families and that showed the strongest antifungal activity was evaluated for biocontrol of Septoria tritici blotch, one of the most important foliar pathogens of wheat. The inhibitory effect of the culture filtrate of the strain III1 on growth and germination of Zymoseptoria tritici, the causal agent of wheat disease, was demonstrated in vitro and in planta. The pure culture filtrate and diluted to 50% and 25 % reduced up to 95% the symptoms of the disease. Then iturin produced by Bacillus spp. III1 was identified as mojavensine. The optimum environmental conditions for producing mojavensin (pH, temperature and ventilation) were determined using the method of design of experiments. Finally, optimization of the environmental conditions of the pumilacidin, lipopeptide produced by Bacillus pumilus I2 was performed.

Chez les plantes, les protéines arabinogalactanes possèdent le domaine d'adhésion fasciclin-like. Les protéines Fasciclin-Like Arabinogalactan (FLAs) sont localisées au niveau de la paroi cellulaire, la membrane plasmique et dans l'espace inter membranaire. Chez les animaux, les protéines FLAs sont impliquées dans l'adhésion et la communication cellulaires. Elles sont connues chez les plantes pour leurs fonctions dans le développement, la reproduction et la mort cellulaire programmée. Cependant, les bases moléculaires de ces interactions sont encore inconnues, et aucun domaine fasciclin-like n'a été caractérisé chez les céréales. Afin d'isoler les gènes de la famille des FLAs chez le blé (Triticum aestivum) et le riz (Orysa sativa), on s'est basé sur les motifs FLAs conservés d'Arabidopsis thaliana. En utilisant des outils bioinformatiques, tous les ESTs ayant les motifs FLAs conservés ont été collectés, et des séquences consensus (contigs) ont été reconstituées. Cette étude a permis la caractérisation de 34 protéines FLAs chez le blé et 24 chez le riz. Soixante dix pour cent des protéines FLAs chez le blé et le riz sont prédits être liées à la membrane plasmique via la molécule ancre glycosylphosphatidylinositol (GPI). L'étude du profil d'expression par l'analyse de Northern a montré que les gènes FLAs chez le blé sont exprimés dans toute la plante et principalement au niveau de la racine et de la graine. Plusieurs gènes FLAs chez le blé sont sous-exprimés sous l'effet des stress abiotiques alors que les TaFLA9 et 12 sont induits par le froid au niveau de la racine. Le domaine fasciclin-like des plantes est prédit d'avoir une homologie 3-D avec le domaine Fas1 de la molécule d'adhésion cellulaire neurale Fascilin1 chez l'insecte avec une estimation de 70% de précision. L'analyse structurale des FLAs montre une concentration des charges négatives au niveau des régions β1-α3-α4-β2, alors que les charges positives sont positionnées derrière les plis. Cette forte distribution de charge peut permettre des interactions protéine-protéine via des forces électrostatiques similaires chez d'autres molécules d'adhésion. L'identification des protéines FLAs chez le blé et leurs caractérisations moléculaires permettraient d'attribuer à ces protéines des fonctions possibles dans la croissance, le développement de la plante et dans la réponse au stress. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Protéines Arabinogalactane, Domaine Fasciclin, Like, Glycosylphosphatidyl, inositol, Bioinformatiques, Blé, Riz.

L’objectif de ce projet était de vérifier les rendements et la qualité du blé panifiable ensemencé dans deux types de sol où deux travaux de sol et divers engrais organiques ont été appliqués. Les rendements en grains ont été plus élevés lorsque le blé a été ensemencé dans l’argile limoneuse plutôt que dans le loam sableux. Le travail du sol a eu peu d’impact sur les rendements du blé. Le blé fertilisé au lisier de porcs et au fumier de volailles avait des rendements similaires à la fertilisation minérale, mais de plus faibles teneurs en protéines (respectivement 14,3 et 14,4% contre 15,0 %). Le rendement en grains et la teneur en protéines du blé fertilisé au lisier de bovins étaient intermédiaires entre le témoin sans azote et les autres engrais organiques. Que le blé ait été fertilisé ou non avec de l’azote, le volume des pains a été similaire (moyenne de 790 cm3).

La fusariose de l’épi est une maladie fongique des cultures céréalières au Québec. Les objectifs de ce projet étaient de vérifier l’influence de quatre facteurs (météorologie, cultivar, date de semis, fongicide) sur les rendements et la qualité du blé et d’évaluer les performances de neuf modèles à prédire l’incidence de cette maladie. Pendant deux ans, à quatre sites expérimentaux au Québec, des essais de blé de printemps et d’automne ont été implantés pour amasser un jeu de données météorologiques, phénologiques et épidémiologiques. L’application d’un fongicide a réduit la teneur en désoxynivalénol des grains dans neuf essais sur douze et a augmenté les rendements dans sept essais. De plus, les modèles prévisionnels américains et argentins ont eu de meilleures performances que les modèles canadiens et italiens quand leur seuil de décision était ajusté et que le développement du blé était suivi au champ. / Fusarium head blight (FHB) is a fungal disease of cereal crops in Quebec. The objectives of this project were to check the influence of four factors (weather, cultivar, seeding date, fungicide application) on wheat yield and quality, and to evaluate the performance of nine forecasting models of FHB. During two years, at four experimental sites in Quebec, trials of spring and winter wheat have been implemented to establish a set of meteorological, phenological and epidemiological data. A fungicide application reduced deoxynivalenol content in grains in nine out of twelve trials and increased yields in seven trials. In addition, the American and Argentinean forecasting models performed better than the Canadian and Italian models when their decision threshold was adjusted and the development of wheat was observed in the field.

Chez les plantes céréalières d'hiver, le temps de floraison est retardé jusqu'à ce que les conditions favorables de croissance arrivent. Ce retard est modulé par les basses températures via le processus de vernalisation. Ce processus est régulé par au moins deux gènes clés, VRN1 et VRN2. Ces gènes sont caractérisés chez le blé diploïde (Triticum monococcum), un blé non cultivé. Le gène VRN1 est aussi caractérisé chez le blé hexaploïde (Triticum aestivum) et il est nommé TaVRT-1(Triticum aestivum Vegetative to Reproductive Phase 1). Un troisième gène nommé TaVRT-2 est identifié chez le blé hexaploïde. L'expression de ce gène durant le processus de la vernalisation est associée à la floraison. Cependant, les interactions entre ces trois gènes clés et leur rôle respectif durant le processus de vernalisation sont peu connus. Pour mieux comprendre leurs relations, nous avons cloné les trois copies de VRN2 (TaVRN2) qui correspondent aux trois génomes A, B et D et déterminé leur patron d'expression durant la vernalisation chez le cultivar de blé d'hiver (cv Norstar) et celui de printemps (cv Manitou). Les résultats montrent que l'expression de TaVRN2 est constitutive chez Manitou alors que son expression est négativement régulée durant le processus de vernalisation chez Norstar. Son expression est aussi régulée par la photopériode. Certains stress abiotiques comme le choc thermique, la déshydratation, le stress salin, les blessures et l'hormone ABA répriment son expression. L'analyse du promoteur révèle la présence d'éléments cis impliqués dans la régulation de ces stress abiotiques. Les études sur la spécificité et localisation tissulaire par hybridation in situ montrent que le gène s'accumule dans les jeunes feuilles et au niveau des cellules du méristème. La séquence codante de la copie B du gène TaVRN2 a été clonée dans un vecteur pTrcHisB contenant une queue histidine et exprimée dans la bactérie Escherichia coli. La protéine recombinante est vérifiée par immuno-buvardage de type western en utilisant un anticorps Anti-His et l'identité de la protéine a été confirmée par séquençage au spectomètre de masse. Les études d'interactions protéiques en utilisant le système de double hybride chez la levure, révèlent que la protéine TaVRN2 interagit avec les protéines TaVRT-1 et TaVRT-2. Des expériences de transrépression du promoteur de TaVRT-1 fusionné avec GFP agissant comme gène rapporteur au niveau des feuilles de tabac et en utilisant la protéine TaVRN2 comme un effecteur ont été menées. Les résultats indiquent que TaVRN2 seul ne réprime pas l'activité du promoteur Tavrt-1. Cependant le complexe TaVRT-2 et TaVRN2 réprime l'activité du promoteur. La surexpression de TaVRN2 chez Arabidopsis thaliana montre un retard de floraison chez les plantes transgéniques de plus de dix jours,ce qui suggère queTaVRN2 peut agir comme répresseur de la floraison chez les dicotylédones.

Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Pas de résumé en français / The present study was undertaken to investigate whether vacuolar endoproteolysis and/or protein carbonylation (measured here with a newly developed method) were functionally linked and if either of these processes or both could differentiate between ozone sensitive and tolerant wheat cultivars (cvs). Two winter wheat (Triticum aestivum L.) cvs released in 1986 (Soissons) and 2006 (Premio) were grown in the field and exposed to ambient and semi-controlled chronic ozone concentrations, from pre-anthesis to harvest, using a new linear ozone fumigation device that generates gradients of the pollutant. Grain yield and quality were more affected by the ozone treatments in the older cv Soissons that appeared to be the most sensitive. Because stomatal conductance did not differ significantly between the two cvs, differential ozone sensitivity was rather ascribed to differences in the biochemical and molecular responses between the two cvs. Ozone detrimental effects were mainly characterized by premature induction of leaf senescence, causing the shortening of the assimilation and grain-filling periods. Even though Soissons exhibited higher constitutive levels of carbonyl content in total soluble proteins, the increases in protein carbonylation, in response to the ozone treatments, were equivalent in both cvs. Thus basal levels of protein carbonyl seems a more relevant parameters to distinguish between ozone sensitive and tolerant wheat cvs than actual change in this parameter in response to ozone treatments. However, ozone induced more carbonyl groups on Rubisco large subunit (LSU) and small subunit (SSU) in Soissons and this was associated with a more pronounced decline in LSU and SSU contents and a lower Rubisco activity. Increased protein carbonyl levels and losses in total chlorophyll contents were concurrent, suggesting a link between the extent of oxidative stress and senescence development. Moreover, ozone treatments induced a stimulation of endoproteolytic activities that resulted mostly from increases in cysteine protease activities, for both cvs. Surprisingly, total proteolytic and cysteine protease activities were more enhanced in the tolerant cv, whereas elevated proteolysis is usually associated with high sensitivity to environemental stresses, like drought. Expression analysis for three genes encoding papain-like cysteine proteases showed poor correlation with total cysteine protease activities, which suggested that post-transcriptional regulation mechanisms were prevalent over transcriptional ones. Increased endoproteolytic activities were associated with increased protein carbonylation and with a decline in total soluble protein contents. Oxidized proteins could be more susceptible to proteolysis. Therefore, we suggest that ozone-induced ROS caused protein oxidation on one hand and acted as a signal that triggered senescence processes, such as enhanced proteolysis, on the other hand

Le perméat de lactosérum (PL) et le son de blé (SB) sont des coproduits de l’industrie laitière et céréalière hautement disponibles et généralement utilisés pour l’alimentation animale ou l’épandage. Dans un contexte d’économie circulaire, des bio-ingrédients durables et innovateurs peuvent être produits par la valorisation des co-produits afin de répondre à la demande de produits avec des bienfaits santé par les consommateurs. Par ailleurs, la fermentation est une alternative de recyclage biologique qui permet d’augmenter la disponibilité des composés bioactifs du SB et de produire des exopolysaccharides à partir du PL. Dans ce contexte, l’objectif de cette étude est d’obtenir un bio-ingrédient (BI) riche en polysaccharides et composés bioactifs par fermentation du mélange de PL/SB par trois souches de Lacticaseibacillus rhamnosus R0011, ATCC 9595 et RW-9595M en monoculture ou en coculture avec Saccharomyces cerevisiae. Dans un premier temps, les expériences ont visé l’évaluation de l’effet de la coculture sur la production d’exopolysaccharides (EPS) par les souches de L. rhamnosus dans du PL. La croissance des mono et cocultures en milieu liquide a été suivie par le compte microbiologique (CFU/mL), la viabilité (PMA-qPCR), la consommation du substrat (lactose) et la production des métabolites (acide lactique et EPS) pendant 48h sans contrôle de pH. L’analyse transcriptomique par RT-qPCR a été utilisée pour déterminer l’expression relative des gènes en coculture par rapport à la monoculture au cours de la fermentation. Un total de 34 gènes en lien avec l’opéron EPS, le métabolisme des sucres, le stress et l’environnement ont été ciblés. Pour l’obtention du bio-ingrédient le mélange de PL /SB a été fermenté en milieu solide par trois souches bactériennes en mono et coculture. L’évolution de la fermentation a été suivie par comptage microbiologique (CFU/g), par la consommation du lactose, le suivi de l’acidification, la détermination des protéines solubles, r la rhéologie et par microscopie électronique à balayage.Le milieu fermenté a été lyophilisé pour obtenir les BI. La composition des BI, le contenu en polysaccharides hydrosolubles (PSH) qui incluent les EPS, la capacité antioxydante et la bioaccessibilité in vitro des composés phénoliques totaux et des acides phénoliques ont été comparés avec le son de blé non fermenté (SBNF). Dans du PL, après 48 heures, les résultats ont révélé que la production d’EPS était améliorée de 39%, 49% et 42% en coculture pour R0011, ATCC 9595 et RW-9595M, respectivement. Des taux d’expression de l’opéron de EPS plus élevés ont été observés pour la souche la plus productrice d’EPS (RW-9595M) en coculture. La construction de réseaux de co-expression de gènes a révélé des corrélations communes entre l’expression de gènes liée aux opérons EPS, le métabolisme du sucre et le stress au cours de la production des EPS et la croissance des trois souches. Les propriétés des BI montrent que le mélange PL/SB c’est un produit riche en protéines, composés phénoliques, fibre alimentaire et polysaccharides solubles dont la quantité est rehaussée en présence de la levure principalement pour les souches ATCC 9595 et R0011. En général, les produits fermentés ont une teneur en composés phénoliques (TPC) liée et une activité antioxydante supérieure au SBNF. Cette différence est plus accentuée en monoculture par rapport à la coculture dans les différents BI. Le TPC total et l'activité antioxydante étaient 30% et 21% plus élevés en monoculture pour le BI obtenu avecRW-9595M par rapport à SBNF. Après la digestion in vitro, la bioaccessibilité des acides phénoliques totaux libres a été améliorée de plus de 40 % dans les BI par rapport au SBNF. Par la fermentation, on observe un enrichissemment en acide caféique libre hautement bioaccessible (superieur à 75%) dans les BI résultant de l’action des bactéries lactiques, ce qui n’a jamais été publié dans la littérature. Les BI obtenus en coculture par les souches RW-9595M et R0011 montrent un contenu significativement plus élevé en acides phénoliques liés qui diminuent lors de la digestion in vitro par rapport à la monoulture. Nos résultats donnent un aperçu de l’influence positive de l’interaction bactérie lactique-levure sur la stimulation IV de la biosynthèse des EPS et les propriétés bioactives du PL/SB fermenté, ce qui représente un progrès important dans la mise au point d’un procédé pour l’obtention d’un bio-ingrédient avec de vastes applications industrielles. / Whey permeate (PL) and wheat bran (SB) are by-products from the dairy and cereal industries that are highly available and used for animal feed or spreading. In a circular economy, sustainable and innovative bio-ingredients can be produced through the valorization of food by-products to be able to respond to the demand for health products from consumers. In addition, fermentation is an alternative to biological recycling to increase the availability of bioactive compounds from SB and to produce exopolysaccharides from PL. In this context, the objective of this study is to obtain a bio-ingredient (BI) rich in polysaccharides and bioactive compounds by fermentation of the mixture of PL / SB by three strains of Lacticaseibacillus rhamnosus R0011, ATCC 9595 and RW-9595M in monoculture or in coculture with Saccharomyces cerevisiae. Initially, the experiments aimed at evaluating the effect of coculture on the production of exopolysaccharides (EPS) by the L. rhamnosus strains in PL. The growth of mono and coculture s in liquid medium was followed by the microbiological account (CFU / mL), the viability (PMA-qPCR), consumption of the substrate consumption (lactose) and the production of metabolite productions (lactic acid and EPS) during 48 h without pH control. Transcriptomic analysis by RT-qPCR was used to determine the relative expression of genes in coculture compared to monoculture during fermentation. In total 34 genes linked to the EPS operon, sugar metabolism, stress and the environment were targeted. To obtain the bio-ingredient, the PL / SB mixture was fermented in solid medium by the bacterial strains in mono and coculture. The progress of the fermentation progress was followed by microbiological account (CFU / g), by the consumption of lactose consumption, by the monitoring of acidification, the determination of soluble protein determinations, by rheology and by scanning electron microscopy. At the end, the fermented medium was lyophilized to obtain the BI. The composition of BI composition, the content of water-soluble polysaccharides content (WSP) which include EPS, the antioxidant capacity and the in vitro bioaccessibility of total phenolic compounds and phenolic acids were compared with unfermented wheat bran (UFWB). In PL, after 48 hours, the results revealed that EPS production was improved by 39%, 49% and 42% in coculture for R0011, ATCC 9595 and RW-9595M, respectively. Higher EPS operon expression rates were observed for the more EPS-producing strain (RW-9595M) in coculture. The construction of gene co-expression networks has revealed common correlations between gene expression linked to EPS operons, sugar metabolism and stress during the production of EPS production and the growth of the three strains. The properties of BI properties show that the fermented SB/PL mixture is rich in protein, phenolic compounds, dietary fiber and soluble polysaccharides, the amount of which is enhanced in the presence of yeast mainly for ATCC 9595 and R0011. In general, fermented products have a content of bound phenolic compounds (TPC) and an antioxidant activity greater than UFWB. This difference is more accentuated in monoculture compared to coculture in for different BI. Total TPC and antioxidant activity were 30% and 21% higher in monoculture for BI obtained from RW-9595M compared to UFWB. After in vitro digestion, the bioaccessibility of total free phenolic acids was improved by more than 40% in BI compared to UFWB. Through fermentation, we observe an enrichment in highly bioaccessible free caffeic acid (superior than 75%) in BI resulting from the action of lactic acid bacteria, which was not reported before in the literature. The BI obtained in coculture with RW-9595M and R0011 have a significantly higher content of bound phenolic acids which decrease during in vitro digestion compared to monoculture. Our results provide an overview of the positive influence of the lactic acid bacteria-yeast interaction on the stimulation of EPS biosynthesis and the bioactive properties of fermented PL / SB, which represents major progress in the development of a process for obtaining a bio-ingredient with wide industrial applications.

La demande de blé d’automne est en hausse mais la production au Québec ne peut combler cette demande à cause des faibles survies à l’hiver. L’objectif du projet était de déterminer les dates et densités de semis optimales du blé d'automne en vue d'augmenter la survie à l'hiver et le rendement en contexte québécois. Les essais ont été entrepris entre 2014 et 2016 sur quatre stations dans trois zones de production céréalière du Québec, soit à St-Mathieu-de- Beloeil (BE) en zone 1, à Princeville (PR) et St-Augustin-de-Desmaures (SA) en zone 2 et à Normandin (NO) en zone 3. Trois cultivars ont été implantés à quatre dates de semis (mi-août à fin septembre (NO); début septembre à mi-octobre (BE, PR, SA)) et à quatre densités de semis (250, 350, 450 et 550 grains m-2). La première année, le blé a survécu à deux stations sur quatre (82 à 100 % de survie) tandis que la deuxième année, toutes les stations ont eu une bonne survie (69 à 99 %). En zone 2, la survie était meilleure aux dates hâtives que tardives et l’augmentation de la densité de semis aux dates tardives a amélioré la survie. Il n’y a pas eu d’effet de dates de semis sur la survie en zones 1 et 3. Les rendements maximaux ont été atteints, entre la mi-septembre et la fin septembre en zone 1, du début-septembre à la mi-septembre en zone 2, et de la mi-août à la mi-septembre en zone 3. L’augmentation de la densité de semis de 250 à 550 grains m-2 a permis un gain de rendement moyen de 9 % en zones 2 et 3 mais aucun gain en zone 1. Le cultivar Warthog a obtenu une moins bonne survie à l’hiver tandis que le blé Carnaval a atteint de meilleurs rendements.

Dans un contexte où les pratiques culturales durables gagnent en popularité, des essais au champ ont permis d’évaluer l’effet combiné de trois modes de travail du sol et de systèmes avec ou sans intrants chimiques sur le rendement du blé panifiable, la fusariose de l’épi et la cécidomyie orangée. En 2009, les rendements les plus élevés ont été obtenus en travail conventionnel (avec ou sans intrants chimiques) ainsi qu’en travail réduit et en semis direct avec intrants chimiques. En 2010, ils ont été atteints avec le travail conventionnel ou avec le système avec intrants. Ces rendements étaient associés à une répression efficace des mauvaises herbes. La teneur en désoxynivalénol n’a pas varié selon le travail de sol et a été inférieure dans le système sans intrants chimiques durant l’année à forte pression de fusariose. Les traitements ont eu peu d’impact sur la cécidomyie orangée du blé. / Because bread wheat grown under sustainable practices is currently in high demand, trials were conducted in order to assess the combined effect of three tillage treatments with high-input or low-input system on wheat performance, fusarium head blight (FHB) and wheat midge. In 2009, higher wheat yields were obtained with moldboard plow (regardless of the system) and with chisel plow and no-till in the high-input system. In 2010, they were obtained with moldboard plow or high-input system. These yields were related to better weed control. Deoxynivalenol content was not affected by tillage and was lower in low-input system than in high-input system in the year with strong FHB pressure. Wheat midge incidence was mostly unaffected by treatments.