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Fe biofortification of potato is a promising strategy to prevent Fe deficiency worldwide either through traditional breeding or biotechnological approaches. These approaches require the identification of candidate genes to uptake, transport and store Fe in potato tubers. We employed multiple approaches including SNP genotyping, QTL analysis, identifying genes orthologous to Arabidopsis ferrome, yeast complementation assay and genetic transformation to avoid the limitation from a single approach. We revealed several candidate genes potentially associated with potato plant Fe acquisition, PGSC0003DMG400024976 (metal transporter), PGSC0003DMG400013297 (oligopeptide transporter), PGSC0003DMG400021155 (IRT1) and IRTunannotated (an ortholog to the IRT gene that is not annotated in the potato genome). The microorganisms in the rhizosphere react intensely with the various metabolites released by plant roots in a variety of ways such as positive, negative, and neutral. These interactions can influence the uptake and transport of micronutrients in the plant roots. Therefore, the contribution of soil microorganisms in the rhizosphere to improve Fe supply of plants may play a key role in Fe biofortification, especially under real world field-based soil scenarios. We thus investigated rhizosphere microbial community diversity in Andean potato landraces to understand the role of plant-microbial interaction in potato Fe nutrient cycling. From the analysis of the high-throughput Illumina sequences of 16S and ITS region of ribosomal RNA gene, we found that both potato landraces with low and high Fe content in tubers and a landrace on which low or high Fe content fertilizer was applied to the leaf surface had large impacts on the rhizosphere fungal community composition. Indicator species analysis (ISA) indicated that Operational Taxonomic Units (OTUs) contributing most to these impacts were closely related to Eurotiomycetes and Leotiomycetes in the phylum Ascomycota, Glomeromycetes in the phylum Glomeromycota and Microbotryomycetes in the phylum Basidiomycota. Lots of species from these groups have been shown to regulate plant mineral nutrient cycling. Our research revealed potential candidate genes and fungal taxa involved in the potato plant Fe nutrient dynamics, which provides new insights into crop management and breeding strategies for sustainable Fe fortification in agricultural production. / Ph. D.

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Ce travail présente une nouvelle approche basée sur l'étude de la stabilité du mouvement de systèmes continus, multivariables, non linéaires. Elle repose sur l'utilisation de la seconde méthode de Lyapunov pour le calcul d'une loi de commande de suivi de trajectoire d'un processus dont l'évolution est décrite par son équation d'état. Cette commande est réalisée à partir d'informations accessibles concernant le processus et son évolution désirée.Cette approche est étudiée dans le cas où cette commande n'est pas définie.Afin d'étudier la robustesse de cette commande, nous présentons une approche basée sur la stabilité des systèmes non linéaires par le calcul des systèmes majorants. Cette approche est appliquée sur les systèmes décrivant l'erreur entre le système perturbé réel présentant d'importantes imprécisions et/ou incertitudes et le modèle théorique.

La lignine représente 25% de la biomasse des végétaux terrestre. Sa quantité et sa qualité sont variables au sein des populations naturelles et sont devenues des cibles de l’amélioration génétique des eucalyptus. L’identification des polymorphismes génétiques impliqués dans la variation de ces caractères permettrait de disposer d’outils de diagnostic moléculaire pour une sélection précoce des meilleurs géniteurs et ainsi contribuer à l’augmentation des gains génétiques par unité de temps. Dans ce travail de thèse nous avons décrit la variabilité nucléotidique de gènes impliqués dans la biosynthèse des lignines, ainsi que la part de la variation génétique de ces deux caractères chez trois espèces d’Eucalyptus. En intégrant ces deux niveaux de variabilité au sein de plans de croisement factoriels, nous avons identifié des polymorphismes associés à la variation des caractères. Ces travaux posent les bases de la sélection assistée par marqueurs chez l’eucalyptus. / Lignins represent 25% of plant biomass on earth. Lignins quantity and quality vary within natural populations and have become major targets for genetic improvement of eucalyptus. Identifying genetic polymorphisms involved in the variation of these traits could provide molecular tools for early selection of plus trees and contribute to increase genetic gains expected by time units. In this thesis work, we described the nucleotide diversity of genes involved in lignin biosynthesis and the genetic part of the variation of lignins quantity and quality in three eucalyptus species. Integrating these two levels of variation in a factorial matting design, we identified Single Nucleotide Polymorphisms statistically associated to the variation of lignin quality. This work paves the way to marker assisted selection in eucalyptus.

La transition florale est un évènement clef dans la vie d’une plante. Chez le fraisier, la compréhension des mécanismes génétiques de cette transition est un enjeu majeur pour mieux contrôler la production de fruits. La transition florale peut être étudiée à travers la remontée florale, qui est la capacité d’une plante à fleurir tout au long de la période végétative. Le fraisier cultivé octoploïde, F. x ananassa, comme le fraisier diploïde, F. vesca, présentent des génotypes remontants capables de fleurir en continu. L’objectif de cette thèse est de comprendre le déterminisme génétique et moléculaire de la remontée florale chez Fragaria. Ce travail a montré que chez les fraisiers diploïde et octoploïde, le caractère ‘remontée florale’ est contrôlé par deux verrous génétiques différents localisés à des positions non orthologues. Chez le fraisier diploïde, le gène FvKSN responsable de la remontée florale a été identifié et code pour un homologue du répresseur floral TFL1. Chez les génotypes remontants, ce gène présente une délétion dans la partie codante conduisant à une protéine non fonctionnelle, incapable de réprimer la floraison. Chez le fraisier octoploïde, le QTL majeur détecté contrôlant la remontée florale est lié à la production de stolons de manière antagoniste, suggérant l’existence d’une région génomique où s'exerce une compétition entre multiplication végétative et la reproduction sexuée. Cette région génomique comprend plusieurs gènes candidats intéressants dont FT, activateur de la floraison.Une hypothèse suggérée par ce travail est que chez le fraisier, l’alternance entre phase végétative et phase reproductive est liée à l’équilibre entre les gènes FvKSN, homologue de TFL1, et FvFT, homologue de FT. La remontée florale serait la conséquence d’une modification de cet équilibre entre ces deux gènes en faveur du développement reproductif. / The floral transition is a key event in plant life. In strawberry, understanding the genetic mechanisms of floral transition is a major issue for better control of fruit production. This transition is studied through the continuous flowering, which is the ability to flower throughout the growing season. Both, the octoploid cultivated strawberry, F. x ananassa, as the woody diploid strawberry, F. vesca, displayed continuous flowering genotypes. The objective of this work is to decipher the genetic and molecular mechanism of the continuous flowering in Fragaria.This work has shown that in diploid and octoploid strawberry the continuous flowering is controlled by two different genetic 'keys' located at non-orthologous position. In diploid strawberry, the gene FvKSN responsible of continuous flowering was identified and encodes a homologous to the TFL1 floral repressor. In the continuous flowering genotypes, this gene has a deletion in the coding region leading to a nonfunctional protein unable to repress flowering. In the octoploid strawberry, the major QTL controlling both the recurrent flowering and the runner production was identified. These traits were antagonist, which suggests competition between vegetative propagation and sexual reproduction in this region. This genomic region contains several interesting candidate genes whose FT, an activator of flowering.A hypothesis could be proposed. In strawberry, the switch between vegetative and reproductive phase is linked to balance between two genes, FvKSN, homologous to TFL1 and FvFT homologous to FT. Continuous flowering would be the consequence of balance modification between this two genes to the benefit of floral development.

Lowering LDL-cholesterol with statin therapy produces substantial reductions in cardiovascular events, and larger cholesterol reductions may produce larger benefits. Rarely, myopathy occurs with statins, especially at higher doses and in combination with certain medications. Similarly strong associations might exist between myopathy with high-dose statin regimens and genetic variants, especially those affecting blood statin levels. This study aimed to find genetic variants associated with statin-induced myopathy. A feasibility study was completed to assess whether plausible effect sizes of 5 to10-fold higher risks per genetic variants could be detected among 50-100 cases with statin-induced myopathy and to consider the best study design. A genome-wide association study was then carried out using approximately 300,000 genetic markers (and additional fine-mapping) in 85 people with definite or incipient myopathy and 90 controls, who were all taking 80mg simvastatin daily in a 12,000 participant trial of 80mg vs 20mg simvastatin daily. The cases were also compared to 2,300 additional controls who had not been exposed to intensive-dose statin therapy. Replication of the myopathy result and lipid-lowering associations were tested in a 20,000 participant trial of 40mg simvastatin daily versus placebo. The genome-wide scan yielded a single strong association (p = 4x10^-9) of myopathy with the rs4363657 single nucleotide polymorphism (SNP) located within the SLCO1B1 gene on chromosome 12. This non-coding SNP was in nearly complete linkage disequilibrium (r²=0.97) with the non-synonymous rs4149056 SNP. The population prevalence of the rs4149056 C allele was 15%, and the odds ratio for myopathy was 4.5 (95% confidence interval 2.6 to 7.7) for each copy of the C allele and 16.9 (4.7 to 61.1) for CC vs TT homozygotes. Over 60% of these myopathy cases could be attributed to the C variant. The SLCO1B1 gene encodes the organic anion transport polypeptide OATP1B1, which has been shown to regulate hepatic uptake of statins. In literature reports, rs4149056 reduced statin transport and was associated with 37% (31% to 44%) higher systemic statin acid levels per C allele. The association of rs4149056 with myopathy was replicated in the trial of 40mg simvastatin daily, which also showed that it was associated with the cholesterol-lowering effects of simvastatin. No SNPs in any other region were clearly associated with myopathy (although comparison of the myopathy cases with the 2,300 controls identified a region of chromosome 1p12 that warrants further study). This study identified common variants in SLCO1B1 that influence the risks of statin-induced myopathy substantially. Genotyping these variants may be useful for tailoring both the statin dose and safety monitoring. More generally, such studies of the genetic determinants of serious adverse reactions with other drug classes may help to improve the balance between treatment efficacy and safety.

L'alternance de production est définie comme la charge en fruit d'un arbre irrégulière sur plusieurs années consécutives. La principale hypothèse en soulignant l'alternance est que la charge en fruits d'une année en cours inhibe la formation de fleurs pour l'année suivante. Ce phénomène génère d'importants problèmes agronomiques pour les espèces fruitières comme le pommier, en réduisant la production de fruits au cours des années 'OFF' et la qualité des fruits au cours des années 'ON', tout en augmentant les coûts de gestion des vergers, en particulier pour l'éclaircissage des fruits. Une stratégie pour atténuer l'alternance est de développer de nouvelles variétés avec une production régulière. Les principaux objectifs de ma thèse étaient: (i) d'améliorer les stratégies de phénotypage et les méthodes pour caractériser l'alternance de production, (ii) de disséquer le contrôle génétique de l'alternance de production en utilisant une descendance de pommier en ségrégation et d'identifier les principales régions génétiques responsables de la variation du caractère, et (iii) d'étudier les processus physiologiques sous-jacents à l'alternance de production. J'ai combiné des méthodes comme la modélisation, la génétique quantitative, la détection de Quantitative Trait Loci (QTL) et de gènes candidats ainsi que la cartographie et l'expression de gènes.Mon étude a utilisé une population de pommier ségrégation obtenue à partir d'un croisement entre des parents contrastés pour les caractéristiques architecturales et de floraison (‘Starkrimson' x 'Granny Smith'). Le phénotypage de la population pour l'alternance de production a été réalisée à l'échelle d'arbres entiers, en observant les occurrences de floraison pendant six années consécutives, et à l'échelle locale, en observant la succession de méristèmes floraux vs végétative en position terminale de rameaux. De ces données, de nouveaux modèles ont été développés afin de quantifier l'alternance de la production, en tenant compte de la croissance ontogénétique de la production et la présence / absence de floraison entre les années successives le long des pousses courtes. Ceci nous a conduits à proposer de nouveaux descripteurs de la tendance d'un génotype à l'alternance de production dans les premiers stades de développement des arbres et ouvre des possibilités pour une évaluation plus rapide et plus précoce de ce caractère dans les programmes de sélection de fruits à pépins.Pour identifier les régions génomiques impliquées dans l'alternance, une détection de QTL a été réalisée sur la base des données phénotypiques et des valeurs de BLUP obtenues à partir des modèles. J'ai démontré que la régularité de la production est sous contrôle polygénique. J'ai extrait une liste de gènes qui sont présents au sein de ces QTL en utilisant la séquence du génome du pommier. Les principaux gènes candidats identifiés sont liés aux gibbérellines, aux auxines, et à la floraison. J'ai étudié l'expression des gènes candidats co-localisant avec des QTLs par PCR quantitative en utilisant les méristèmes prélevés sur les arbres portant une forte charge en fruits vs une faible charge. Une analyse microarray m'a permis d'obtenir un aperçu global des processus biologiques et de l'expression des gènes qui sont modulés dans le méristème lorsque des fruits sont présents. Certains gènes liés à la floraison, au développement du méristème, aux gibbérellines et aux auxines ont montré un profil d'expression affectée par la présence de fruits.Mes résultats fournissent des éclaircissements sur le contrôle physiologique et génétique de ce caractère complexe qui est l'alternance et ouvrent la perspective d'inclure la régularité de production dans les schémas de sélection de pommier et d'autres espèces fruitières / Biennial bearing is defined as the irregular crop load of a tree over consecutive years. The main assumption underlining biennial bearing is that the fruit load of a given year inhibits flower formation for the following year. This phenomenon generates major agronomic problems for fruit species such as apple, by reducing fruit production during ‘OFF' years and fruit quality during ‘ON' years, while increasing orchard management costs, especially for fruit thinning. A strategy to attenuate biennial bearing is to develop new varieties with regular production. The main objectives of my project were (i) to improve phenotyping strategy and methodology for biennial bearing characterisation, (ii) to dissect the genetic control of biennial bearing using an apple segregating progeny and to identify key genetic regions responsible for the trait variation, and (iii) to investigate physiological processes underlying biennial bearing. I combined methodologies such as modelling, quantitative genetics, candidate gene and Quantitative Trait Loci (QTL) mapping and gene expression.My study used an apple segregating population issued from a cross between contrasting parents for architectural and flowering features (‘Starkrimson' x ‘Granny Smith'). Phenotyping of the population for biennial bearing was achieved at whole tree scale by observing flowering occurrence for six consecutive years, and at local scale, by observing the succession of floral vs. vegetative meristems in terminal position of shoots. From this data, new models were constructed to quantify the alternation of production, taking into account the ontogenetic increasing trend of production and the presence/absence of flowering between successive years along short shoots. This led us to propose new descriptors of the tendency of a genotype to biennial bearing in the early stages of tree development and opens possibilities for a faster and earlier evaluation of this character in pipfruit breeding programmes and for orchard management.To identify genomic regions involved in biennial bearing, a QTL detection was performed on the basis of phenotypic data and BLUP values obtained from the models. I demonstrated that the regularity of production is under polygenic control. I mined a list of genes that are present within these QTLs using the apple genome sequence. The main candidate genes identified are related to gibberellins, auxins, and flowering.I investigated the expression of candidate genes co-locating with QTLs by quantitative PCR using meristems collected on trees bearing heavy fruit load vs. light crop. A microarray analysis enabled me to obtain a global overview of biological processes and gene expression that are modulated in the meristem when fruits are present. Some genes related to flowering, meristem development, gibberellins and auxins showed an expression profile affected by the presence of fruit.My results provide elucidation on the physiological and genetic control of the complex trait that is biennial bearing and open up the perspective of including regular bearing in breeding schemes for apple and other fruit species.

La recherche de maïs plus tolérants au déficit hydrique est un enjeu fondamental pour la production agricole dans les prochaines décennies. Le but ce travail a été d’identifier et de caractériser des gènes impliqués dans la variation de caractères complexes affectés par le déficit hydrique chez le maïs.Nous avons tout d’abord identifié des transcrits et des protéines, dont la teneur variait entre deux mélanges de lignées recombinantes différant pour une région chromosomique influençant la croissance foliaire et la protandrie en condition de déficit hydrique. Parmi les huit gènes candidats cartographiés au niveau de la région d’intérêt, se trouvait le facteur de transcription ZmMYB31 impliqué dans la biosynthèse de la lignine. Nous avons montré que son expression était corrélée à celle de deux de ses cibles, à la teneur en lignine et à l’expression du gène ZmFatA impliqué dans la biosynthèse des acides gras, suggérant un rôle régulateur de la protéine ZmMYB31 via la synthèse de lignine et de dérivés lipidiques.Dans un second volet, nous avons montré que la sur-expression du gène candidat ZmASR1 (ZmASR1-OE) chez le maïs maintenait le rendement en condition de déficit hydrique. Des analyses transcriptomiques et protéomiques nous ont permis d’identifier 25 cibles de la protéine ZmASR1, dont sept gènes impliqués dans la biosynthèse des acides aminés branchés. Nous avons également montré qu’il existait une étroite corrélation entre 13 métabolites diminués par ZmASR1-OE, six étant connus pour être négativement corrélés à la biomasse. Enfin, des résidus phosphorylés ont été identifiés chez les protéines ZmASR1, ZmASR2 et ZmASR3, suggérant leur régulation par phosphorylation. / Maize is particularly sensitive to water deficit at reproductive stages. As such, identification of factors that confer tolerance to water deficit would pave the way for increasing agricultural productivity. The aim of this work was to identify and make up the functional characterization of candidate genes for water deficit tolerance in maize.Firstly, transcriptomic and proteomic analyses of bulked recombinant inbred lines revealed eight differentially expressed genes colocating with a chromosomal region exhibiting two QTLs for leaf growth and anthesis-silking interval sensitivities to water deficit. Among them, we identified the transcription factor ZmMYB31 gene involved in the control of lignin biosynthesis. The expression of ZmMYB31 was correlated with that of its targets genes ZmCOMT and ZmFAD9, as well as ZmFatA involved in fatty acid biosynthesis. Changes in lignin and fatty acid content allowed us to hypothesis a regulatory role of ZmMYB31 via lignin and fatty acid-derived metabolites.Secondly, we showed that transgenic maize plants overexpressing the candidate gene ZmASR1 (ZmASR1-OE) maintained kernel yield under water deficit condition in the field. Transcriptomic and proteomic analyses of ZmASR1-OE leaves allowed us to identify 25 direct or indirect target genes of ZmASR1, in particular seven genes involved in branched-chain amino acid (BCAA) biosynthesis. We also showed a tight correlation between the level of 13 decreased metabolites in ZmASR1-OE leaves, 6 of which being previously shown to be negatively correlated to biomass. Phosphoresidues were also found in ZmASR1, ZmASR2 and ZmASR3, suggesting that these proteins are regulated by phosphorylation.