Ce projet de thèse s’inscrit dans un contexte de changement climatique et de remplacement des énergies fossiles, où la réduction des apports en eau et l’optimisation de la valorisation de la biomasse sont deux enjeux majeurs des systèmes de productions durables. La dégradabilité de la biomasse est principalement limitée par la dégradabilité des parois et afin de l’améliorer, il est nécessaire de comprendre quels facteurs sont impliqués dans cette limitation de dégradabilité. Plusieurs études ont montré que la dégradabilité pariétale est impactée par la composition et la structure de la paroi mais aussi par la distribution des tissus lignifiés au sein des organes. Pour faire la part entre l’impact de la biochimie et celui de l’histologie sur la dégradabilité dans différentes conditions d’irrigation, des outils haut-débit de quantifications biochimiques et histologiques ont été développés et dédiés à l’étude d’entrenoeuds portant l’épi principal. Les études ont porté sur un panel de diversité génétique de maïs et d’une population de lignées recombinantes, cultivés durant plusieurs années dans des conditions d’irrigation contrastées dans le sud de la France. Nos résultats mettent en évidence que le déficit hydrique induit une augmentation de la dégradabilité pariétale, accompagnée par une diminution de la teneur en lignines pariétales et par une induction préférentielle d’une lignification corticale, plus p-coumaroylée. De façon originale, nous avons aussi cartographié 90 QTLs de caractères histologiques dans les différentes conditions d’irrigation sur le génome du maïs. Plus particulièrement, une large région entre le bin 1.07 et le bin 1.11 est impliquée dans les variations observées du nombre de faisceaux vasculaires et de la surface de section des entrenoeuds. De façon globale, de nombreux QTLs de composition pariétale de l’entrenoeud co-localisent avec ceux obtenus au niveau de la plante entière sans épis chez la même population. Enfin nous avons pu démontrer que le choix de l’entrenoeud portant l’épi principal est judicieux pour représenter à la fois les caractéristiques histologiques des tiges entières et biochimiques de la biomasse lignocellulosique des plantes entières. Ainsi, les caractéristiques histologiques et biochimiques des entrenoeuds de maïs sont proposées comme des cibles de choix pour sélectionner des lignées de maïs résilientes au déficit hydrique. / This PhD project encompass in a context of global warming and replacement of fossil resources, where both water supply decrease and biomass valorisation optimisation are two major issues for providing sustainable systems of production. Biomass degradability is mainly limited by cell wall degradability and in order to improve it, it is necessary to understand what are the factors involved in the limitation of the degradability. Several studies have shown that cell wall degradability is impacted by the structure and the composition of the cell wall but also by the distribution of the lignified tissues within the organs. To decipher the impact of the biochemistry and from the one of the histology on degradability under different watering conditions, high-throughput quantifications tools for histology and biochemistry have been developed and dedicated to the study of the internode carrying the main ear. The studies were conducted on a maize genetic diversity panel and a recombinant inbred lines population, cultivated during several years under contrasted irrigation conditions in South of France. Our results highlight that water deficit induce an increase of the cell wall degradability, associated to a decrease of the cell wall lignin content and a preferential induction of a cortical lignification, more p-coumaroylated. In original ways, we also detected 90 QTLs for histological traits under the different irrigations scenarios on the maize genome. More particularly, a large region between bin 1.07 and bin 1.11 is involved in the observed variations of the bundle number and the stem section area of the internodes. More generally, numerous QTLs of cell wall composition of the internode co-localised with the ones detected for the whole plant without ear level in the same population. Finally we were able to demonstrate that the choice of the internode carrying the main ear is judicious to represent both histological characteristics from the whole stem and biochemical characteristics from the lignocellulosic biomass of the whole plant. Thus, histological and biochemical traits in maize internode are proposed as particular targets to select lines resilient to water deficit.

La domestication est un processus évolutif complexe au sein duquel les pressions de sélection exercées par l'Homme conduisent à des changements morphologiques et physiologiques importants qui permettent de différencier sans ambigüité les espèces domestiquées de leurs ancêtres sauvages. Les récentes études archéobotaniques, génétiques et génomiques sur différentes plantes annuelles telles que notamment, le maïs (Zea mays L.), le riz (Oryza sativa L.) ou la tomate (Solanum lycopersicum L.) ont considérablement fait progresser notre compréhension de la domestication des plantes. A la différence des espèces annuelles, la domestication des plantes pérennes, en particulier les espèces fruitières, reste énigmatique.Dans ce contexte, l'objectif de ce travail est de contribuer à la compréhension du processus de domestication d'une plante pérenne fruitière emblématique, la vigne (Vitis vinifera L.) à travers l'étude de la diversité et de l'évolution de deux caractères majeurs du syndrome de domestication : la forme du pépin et le système de reproduction. Nos travaux sur la morphologie du pépin appréhendée par la méthode des transformées elliptiques de Fourier ont révélé des relations significatives entre la forme du pépin, le statut taxonomique (sauvage – domestiqué), l'origine géographique des cépages et leurs liens de parenté corroborant les résultats d'analyses génétiques acquises antérieurement. D'autre part, le changement de forme du pépin se produisant au cours de la domestication serait intimement lié à l'augmentation de la taille de la baie due aux pressions de sélection exercée par l'Homme. Concernant la transition de la diécie vers l'hermaphrodisme opérée au cours de la domestication, l'analyse du polymorphisme de séquences du locus du sexe a révélé que les vignes domestiquées seraient les descendantes d'individus mâles capables de produire des baies. Le patron de diversité de ces mêmes séquences corrobore l'idée d'un événement de domestication majeur de la vigne dans le Proche Orient et témoigne de l'existence d'introgressions du compartiment domestiqué par le compartiment sauvage dans l'Ouest du bassin Méditerranéen. / Domestication is a complex evolutionary process in which, human selection pressures lead to great morphological and physiological changes that allow to differentiate domesticated species from their wild ancestors. Recent archaeobotanical, genetic and genomic studies of various annual crops such as maize (Zea mays L.), rice (Oryza sativa L.) and tomato (Solanum lycopersicum L.) have significantly advanced our understanding of plant domestication. However, the domestication of perennial plants, particularly fruit trees, remains poorly documented compared to the domestication of annual crop plants.In this framework, this work aims to contribute to the understanding of the domestication process of the emblematic perennial plant, the grapevine (Vitis vinifera L.) through the study of diversity and evolution of two major traits of the domestication syndrome: the seed shape and the reproductive system. Our work on seed shape based on the method of the elliptic Fourier transforms revealed significant relationships between seed shape, the taxonomic status (wild – domesticated), the geographic origin of cultivars and their parentage relationships, corroborating former results from genetic analysis. On the other hand, seed shape changes occurred during domestication seem to be linked to the increase of the berry size as the consequence of major human selection pressures. Regarding the transition from diecy to hermaphroditism to diecy operated during domestication, the analysis of sequence polymorphism in the sex locus revealed that domesticated grapevine would be the descendant of wild male individuals able to produce berries. The pattern of diversity of these sequences supports the hypothesis of the occurrence of a major domestication event in the Near East and testify of introgressions of Western European cultivars by local wild grapes.

La thèse avait pour objectif de caractériser l’adaptabilité de la glande mammaire, organe support de la fonction de lactation, afin de contribuer à l’étude de la robustesse des vaches laitières et à l’identification de vaches adaptables. L’approche utilisée pour caractériser l’adaptabilité de la glande mammaire consistait à décrire les réponses inter-individuelles de production laitière lors d’une perturbation, puis à identifier des critères phénotypiques et/ou génétiques modulant les caractéristiques adaptatives. Deux modalités d’allongement de l’intervalle entre traites ont été choisies pour perturber le fonctionnement de la glande mammaire : un intervalle de traite unique de 24h (24h-MI) et 3 semaines de monotraite (ODM). Les 2 composantes de l’adaptabilité, à savoir la résistance et la résilience, ont été respectivement estimées par les pertes de lait lors de l’allongement de l’intervalle entre traites et par le taux de récupération au retour à 2 traites par jour,Quatre profils de réponse, définis par leur association des modalités de résistance et de résilience, ont été mis en évidence, dont 3 étaient communs aux 2 perturbations (24h-MI et ODM). Ces profils étaient caractérisés par la compliance de la glande mammaire (c’est-à-dire son aptitude à se distendre) et par son état inflammatoire. Les réponses de production laitière seraient des caractères héritables (h2= 0.32 pour les pertes de lait en kg/j et 0.63 pour la récupération de lait (kg/d), respectivement) ouvrant des perspectives de sélection des vaches sur ces caractères adaptatifs. Les zones du génome influant / This study aimed to enhance knowledge on dairy cows robustness and to enable the identification of adaptable cows through the characterization of the adaptability of the mammary gland, the organ responsible for lactation. The methodology used to characterize the adaptability of the mammary gland consisted in describing inter individual variability in milk yield responses profiles to a perturbation and then identifying phenotypes and/or genotypes that modulated the adaptive characteristics. The mammary gland functioning was challenged by using two different lengthening of milking interval as a perturbation on dairy cows usually milked twice-daily (TDM): a single extended milking interval of 24h (24h-MI) and a 3-wk once-daily milking (ODM). For each of them, the two components of adaptability, resistance and resilience, were estimated by milk yield loss in % when switching cows to 24h-MI or ODM and milk recovery:loss ratio when switching cows back to TDM.Four individual responses profiles, defined by the association of specific resistance and resilience modalities, were found with 3 being common between 24h-MI and ODM. These profiles were characterized by udder compliance (= ability to distend) and mammary inflammation. Milk yield responses were also found to be heritable (h2= 0.32 for milk yield losses and 0.63 for milk yield recovery (kg/d), respectively), so that it could be possible to select animals on these adaptability traits. The genomic regions related to these responses were partly different from regions controlling milk production traits during TDM, so that adapt

La qualité du fruit est un caractère multicritère avec des relations antagonistes fréquentes. La perception de la qualité du fruit dépend fortement de l’équilibre entre les teneurs en sucres et acides. Parmi les 3 sucres dits majeurs dans les fruits que sont le saccharose, le glucose et le fructose, le fructose présente un pouvoir sucrant plus important et sa concentration est le facteur qui affecte le plus le goût sucré du fruit.L’objectif de cette thèse est d’analyser le métabolisme des sucres chez la pêche d’un point de vue métabolique, enzymatique et génétique et d’intégrer dans un modèle mathématique l’ensemble des informations obtenues. Ce travail porte plus particulièrement sur la mise en évidence de l’effet d’une perturbation de la teneur en fructose sur l’ensemble du métabolisme des sucres ainsi que sur la compréhension des mécanismes à l’origine de ce phénotype appelé ‘peu de fructose’. Une caractérisation biochimique quasi-exhaustive du métabolisme des sucres a été réalisée au cours du développement du fruit.Pour cela 6 métabolites et 12 capacités enzymatiques ont été mesurés chez 106 génotypes d’une population issue d’un croisement interspécifique. Cette étude a révélé une grande stabilité des capacités enzymatiques malgré l’importante variation des métabolites. Sur la base des données de 10 des génotypes, un modèle métabolique dynamique permettant de simuler l’accumulation des sucres au cours du développement du fruit a été développé et validé. Ce modèle permet de simuler des phénotypes contrastés et aide ainsi à l'exploration des mécanismes sous-jacents au phénotype ‘peu de fructose’. La caractérisation biochimique de la population a également fait l’objet d’une recherche de QTL. Cette étude a mis en exergue l’inconstance de l’effet de certains loci au cours du développement du fruit ainsi que des co-localisations de QTL de métabolites et capacités enzymatiques et de gènes candidats. Cette recherche a également confirmé la région génomique responsable du phénotype ‘peu de fructose’ au sein de laquelle un gène candidat fonctionnel a été mis en évidence. Il s’agit d’un gène homologue au transporteur vacuolaire exportateur de fructose (SWEET17) découvert récemment chez Arabidopsis. Une analyse de ce gène a été engagée afin de valider sa fonction et son implication dans le phénotype ‘peu de fructose’. Grâce à l’intégration des informations obtenues sur le contrôle génétique du métabolisme des sucres dans le modèle métabolique,une perspective de cette thèse sera de simuler les concentrations en sucres de génotypes virtuels ayant différentes combinaisons d’allèles. On pourra alors optimiser les combinaisons d’allèles pour augmenter les concentrations en sucres dans la pêche, ce qui donnera sans doute de nouvelles pistes à l’innovation variétale. / Fruit quality is a multi-criteria character with frequent antagonistic relationships. The perceptionof the fruit quality is highly dependent on the balance between the levels of sugars and acids. Among thethree so-called major sugars in fruit that are sucrose, glucose and fructose, fructose is the sweetest and itsconcentration is the factor that most affects the fruit sweetness. The objective of the present thesis is toanalyze the sugar metabolism in peach fruit from metabolic, enzymatic and genetic aspects and integrateinto a mathematical model all information obtained. This work focuses on the identification of the effect of alow fructose concentration on the whole sugar metabolism and the understanding of the mechanismsresponsible of this phenotype called ‘low-fructose-to-glucose-ratio’. A nearly exhaustive biochemicalcharacterization of sugar metabolism was conducted along peach fruit development. For this, 6 metabolitesand 12 enzyme capacities were assayed in 106 genotypes of a population derived from an interspecific cross.This study revealed a high stability of the enzyme capacities despite large variations of metabolites. Based ondata from 10 genotypes, a kinetic metabolic model that simulates the sugar accumulation in fruit wasdeveloped and validated. This model simulates contrasting phenotypes and helps in understanding theunderlying mechanisms of the ‘low-fructose-to-glucose-ratio’ phenotype. The biochemical characterizationof the population gave the opportunity to perform a QTL research. It highlighted the instability of the effectof certain loci along fruit development and QTL collocations of metabolites, enzyme capacities and candidategenes. It also confirmed the genomic region responsible for the ‘low-fructose-to-glucose-ratio’ phenotypewithin which a functional candidate gene was identified. It is a gene homologous to fructose vacuolartransporter (SWEET17) recently discovered in Arabidopsis. An analysis of this gene was engaged to validateits function and its responsibility in the ‘low-fructose-to-glucose-ratio’ phenotype. In the future, theintegration of the genetic control into the metabolic model will allow simulating virtual genotypes withdifferent combinations of alleles and predict their sugar content. Optimizing allele combinations to increasesugar concentrations in peach fruit will undoubtedly give new breeding opportunities.

Cette recherche a été focalisée sur l’étude de la variabilité génétique et des mécanismes associés à une adaptation d’A. bisporus à la culture dans des conditions subtropicales. Elle a été subdivisée en trois parties : 1- identification de la diversité de l’aptitude à fructifier à haute température (FHT+) dans un échantillon de souches sauvages collectées dans plusieurs localités de pays d’Amérique du Nord et d’Europe. Dans cet ensemble nous avons inclus des représentants des trois variétés d’Agaricus à savoir: les variétés bisporus, burnettii et eurotetrasporus; 2- la caractérisation d’un gène candidat de thermo-tolérance dans des souches FHT+ et FHT- et l’identification de son implication dans le caractère FHT+; 3- l’étude du déterminisme génétique du caractère FHT+. Toutes les souches de la variété burnettii sont capables de produire des champignons avec de forts rendements à haute température. Cette aptitude est un élément de leur adaptation aux conditions climatiques rencontrée par la population originale. Seulement quelques souches d’A. bisporus var. bisporus ont révélés un bon potentiel pour fructifier à 25°C, mais sans relation avec les conditions climatiques de leur zone d’origine. Le gène étudié n’était que légèrement impliqué dans la réaction au stress thermique. Nous l’avons renommé aap1 car nous avons montré qu’il appartient à une nouvelle sous-famille des homologues du gène YAP1 de levure. Il n’est pas un contributeur dominant pour la thermo-tolérance d’A. bisporus, mais la protéine qu’il code peut être impliquée comme facteur de transcription de résistance générale au stress. En fait le caractère FHT+ est un caractère quantitatif sous contrôle polygénique. Il peut être hérité d’un parent de la variété burnetti dans une descendance inter variétale. Au cours de ce travail, des souches d’A. bisporus possédant des potentiels intéressants pour la culture en conditions subtropicales ont été identifiées et les bases génétiques pour un programme de création variétale pour introduire ces caractères dans des souches déjà cultivées ont été identifiées. / This work focused mainly on studying genetic variability andmechanisms associated with an adaptation of Agaricus bisporus for cultivation undersubtropical conditions of Mexico. The research was divided into three parts: 1-Identification of the diversity for fructification at a high temperature (FHT+) in a pool ofwild strains gathered in numerous locations of North America and Europe andrepresentative of the three varieties known in the species: bisporus, burnettii y eurotetrasporus; 2- characterization of a candidate gene of thermo-tolerance in FHT+ and FHT- strains and identification of its involvement in the FHT+ trait; 3- studies on the genetic determinism of FHT+ trait. All the strains of A. bisporus var burnettii produced mature sporophores at high temperatures with high yields. This ability is a part of the adaptation to the climatic conditions faced by the original population. For the A. bisporus var bisporus only some strains expressed the FHT+ trait and very few produced significant yield at high temperatures. There was no correlation with the geographical origin of the strains. The candidate gene studied was only weakly involved in the FHT+ trait. This study allowed a better characterization of one of the genes. We renamed it aap1 because it belongs to a new sub-family of counterparts of the gene YAP1 of yeast. It is not a dominant contributor to the thermo-tolerance of A. bisporus, but the protein that it encodes can be involved as a factor in transcription of general resistance to stress. Actually FHT+ was shown to be a quantitative trait under polygenic control, and it can be inherited from the A. bisporus var. burnettii in an intervarietal progeny. Strains of A. bisporus with interesting potential for cultivation under subtropical conditions and genetic bases of breeding programs for introducing this potential in already cultivated strains had been identified.

La graine de soja contient de grandes quantités d'isoflavones (génistéine, daidzéine et glycitéine). En raison de leurs propriétés phytoestrogéniques, ces composés peuvent avoir des effets bénéfiques sur la santé humaine, mais ils peuvent aussi être perçus comme perturbateurs endocriniens, en particulier dans les laits pour nourrissons. La teneur et la composition en isoflavones de la graine diffèrent selon la fraction considérée. Les cotylédons contiennent de la génistéine et de la daidzéine, tandis que les germes, avec une teneur quatre à dix fois supérieure, contiennent majoritairement de la daidzéine et de la glycitéine. Le génotype influence fortement la teneur en isoflavones totales. Le déterminisme du pourcentage des isoflavones est essentiellement génétique. Ce travail porte sur l'étude du déterminisme génétique à l'origine des variations de teneurs et de compositions en isoflavones dans les germes et les cotylédons de la graine, en tenant compte également du net décalage de l'accumulation entre ces deux compartiments, au cours du développement de la graine. Dans un premier temps, les gènes des isoflavone synthases (IFS) de variétés très différenciées pour leurs teneurs et profils d'isoflavones ont été séquencés, puis les expressions des gènes clefs de la biosynthèse (neuf chalcone synthases (CHS), une chalcone réductase (CHR), quatre chalcone isomérases (CHI) et les deux isoflavone synthases (IFS) ont été suivies par RT-PCR quantitative dans les cotylédons et dans les germes, à trois stades critiques du développement de la graine (25, 40 et 60 jours après floraison). La seconde partie de ce travail a été consacrée à l'étude de l'expression de différents gènes candidats de la flavonoïde 6-hydroxylase (F6H) catalysant la première étape de la synthèse de la glycitéine. Le polymorphisme des séquences génomiques IFS1 et IFS2 des isoflavone synthases n'a pas montré de lien avec les différences de teneurs en isoflavones entre les variétés. L'activité transcriptionnelle des gènes de biosynthèse des isoflavones souligne l'existence d'une régulation bien distincte de cette synthèse dans ces deux compartiments. Les taux d'expression des gènes cibles ne sont pas toujours reliés avec les différences de teneurs ou de profils dans les germes et les cotylédons, suggérant ainsi l'effet prépondérant des régulations post-traductionnelles, notamment dans la formation du complexe multienzymatique de biosynthèse de ces composés. Nous avons aussi mis en évidence une forte expression du gène CHS9 codant pour la chalcone synthase 9, avec un profil correspondant plus à l'accumulation des isoflavones dans le germe que dans les cotylédons. Les gènes CHS7 et CHS8 codant pour les chalcone synthases 7 et 8, déjà signalés comme fortement corrélés à la synthèse des isoflavones, sont plus liés à l'accumulation dans les cotylédons que dans les germes. Ces travaux montrent aussi que le gène F6H signalé dans la littérature ne s'exprime pas dans les germes. En revanche, deux candidats dont la séquence est similaire à 79% ont été étudiés. Le gène F6H3 est le seul à s'exprimer dans la graine, uniquement dans le germe. Son expression n'a pas été détectée dans les germes d'une lignée mutante qui ne produit pas de glycitéine. Ce gène est donc un candidat potentiel clef pour la synthèse de la glycitéine dans le germe. La structure particulière de l'enzyme correspondante pourrait indiquer une forte implication de l'architecture du complexe enzymatique et des contraintes qui en découlent dans l'utilisation préférentielle d'une voie ou d'une autre dans ce schéma de biosynthèse. / The soybean seed contains large amounts of isoflavones (genistein, daidzein, and glycitein). Owing to their phytoestrogenic properties, these compounds can have beneficial effects on human health, but they can also be considered as endocrine disruptors, for example in infant formulas. The isoflavone content and composition in the seed depend on the considered fraction. The cotyledons contain only genistein and daidzein, while the hypocotyls are four to ten times more concentrated and contain three isoflavones, mostly daidzein and glycitein. The genotype has a strong influence on total isoflavone content, and even more on the percentage of individual isoflavones in cotyledons and hypocotyls. The objective of this work is to investigate the genetic determinism that underlies such contrasted contents and compositions between the two seed fractions, and the relation between main biosynthetic steps and genotypic differences. First, the genes of isoflavone synthases (IFS) were sequenced in varieties with highly contrasted content and composition. The expression of different keys genes of the biosynthesis (nine chalcone synthases (CHS), a chalcone reductase (CHR), four chalcone isomerases (CHI) and the two isoflavone synthases (IFS) have then been followed by quantitative RT - PCR in the cotyledons and hypocotyls, at three critical stages of seed development (25, 40 and 60 days after flowering). Second, the expression of different candidate genes for the flavonoid 6-hydroxylase (F6H) which catalyzes the first step in the synthesis of the glycitein has been investigated. The polymorphism of the genomic sequences IFS1 and IFS2 of isoflavone synthases was not correlated with differences in isoflavone contents. The transcriptional activity of key genes of the biosynthesis of isoflavones pointed out the existence of a distinct regulation of isoflavone biosynthesis between the two seed fractions. The expression levels of target genes were not always related to differences in isoflavone content or compositions in the hypocotyls and cotyledons. This suggests the overriding effect of post-translational regulation, especially in the formation of multienzyme complex of biosynthesis of these compounds. The chalcone synthase gene CHS9 was highly expressed, with a profile similar to the accumulation of isoflavones in hypocotyls. The chalcone synthase genes CHS7 and CHS8 expressions, already reported as highly correlated to the biosynthesis of isoflavones were more related to accumulation in the cotyledons than in hypocotyls. This work has also shown that the F6H gene, reported in the literature was not expressed in the hypocotyls. However, two candidates with as highly similar coding sequence (79%) have been studied. The F6H3 gene is the only one expressed in the seed, more precisely in the hypocotyls but it was not expressed in the cotyledons. Moreover, it was not expressed in a mutant line which did not accumulate glycitein. This gene is therefore a key potential candidate for the synthesis of the glycitein in hypocotyls. The particular structure of the corresponding enzyme may indicate a strong involvement of the architecture of the multienzyme complex of isoflavones biosynthesis and the constraints arising in the preferential use of a track or another in this scheme of biosynthesis.

En Méditerranée, le corail rouge présente un important rôle écologique dans les écosystèmes benthiques de substrat dur. Les conditions environnementales, et notamment thermiques extrêmement contrastées que cette espèce subit sur l'ensemble de son aire de répartition, en font un modèle intéressant pour l'étude de l'adaptation locale. Dans un premier temps, nous avons confirmé que les différences d'expressions de gènes étaient maintenues au cours du temps, en absence de stress thermique chez des individus issus de profondeurs différentes à Marseille. Certains des gènes identifiés sont de bons candidats pour l'étude de l'adaptation locale et de forts arguments en faveur de la conservation de cette fonction chez les cnidaires. Afin d'identifier d'éventuelles bases génétiques de l'adaptation locale chez le corail rouge, nous avons mis en place un protocole d'échantillonnage de paires de populations `surface vs profondeurs' dans trois régions géographiques différentes suivi d'un séquençage via RAD-Séquençage. L'analyse de la structure génétique neutre indique une connectivité réduite entre les populations de surface et à fois populations de surface et les populations profondes qui pourrait limiter les capacités de recolonisation des populations les plus exposées aux pressions du changement global. Nous avons identifié un signal probable d'adaptation locale, sans qu'une convergence dans les gènes ou les fonctions candidats n'ait été observée. L'analyse de la structure génétique chez le corail rouge a conduit à l'identification de marqueurs génétiques du sexe. / The Mediterranean red coral has an important ecological role in Mediterranean benthic ecosystems and is submitted to major anthropic pressures because of its direct (exploitation) and indirect (attractivity for recreational scuba-diving) economical values. Because of the extremely contrasted thermal conditions it deals with along his range the red coral is an interesting model for the study of local adaptation. We first confirmed that gene expression differences were maintained along time, in absence of thermal stress in individuals from different depths in Marseille. Some of these genes were good candidates for the study of local adaptation and strong arguments supporting the conservation of this function in cnidaria.In order to identify potential genetic basis of the local adaptation in the red coral, we built a sampling design of pairs of `shallow vs deep' populations in three geographical regions and sequenced via RAD-Sequencing the corresponding individuals. The analysis of neutral genetic structure of the studied populations highlighted a limited connectivity of shallow populations with both shallow populations and deep populations that could counteract recolonization abilities of population the most exposed to global change. Several methodological obstacles have been met in the detection of loci under selection in such strongly structured species. By keeping in mind these potential biases, we highlighted a potential signal of local adaptation in Marseille and Corsica, without any convergence in candidates genes and functions. The analysis of the genetic structure of the red coral led us to the identification of sex genetic markers.

Les phases de germination et croissance hétérotrophe sont des étapes cruciales pour l'implantation d'une culture et dépendent fortement des conditions environnementales. Le cadre d'analyse fourni par le modèle de prévision des levées SIMPLE (SIMulation of PLant Emergence) a été utilisé pour la caractérisation de Medicago truncatula (M.tr.) au cours de ces étapes précoces de son cycle, en réponse à des facteurs physiques du lit de semences ayant des effets majeurs sur les levées : température, potentiel hydrique, obstacles mécaniques. M.tr est une espèce modèle. Elle a été retenue en raison de son importante diversité naturelle et de l'existence d'une core collection, permettant d'avoir accès à une certaine diversité génétique en caractérisant un nombre limité de génotypes. Par ailleurs, la disponibilité d'outils de génétique et de génomique offre la perspective d'analyser le déterminisme génétique des réponses aux facteurs environnementaux étudiés. La caractérisation menée nous a permis en premier lieu d'établir les valeurs des paramètres écophysiologiques de M.tr.. La germination de M.tr. est rapide mais elle ne s'observe que dans des gammes de températures et de potentiels relativement étroites. De même, l'allongement est rapide, mais se réalise dans une gamme de températures restreinte. La force exercée par la plantule face aux obstacles mécaniques est relativement faible, ce qui la rapproche de celles d'espèces de même masse de semences. Nous avons mis en évidence des comportements contrastés entre génotypes. Cette variabilité génotypique porte sur la vitesse de germination aux températures extrêmes, basses et supra-optimales. Les basses températures exacerbent aussi les différences d'allongement maximum atteint en conditions de croissance hétérotrophe. La réponse au déficit hydrique est variable selon les génotypes étudiés. Enfin, des différences de force d'émergence ont aussi été observées entre génotypes. Dans une seconde étape, nous avons évalué par expérimentations numériques réalisées avec SIMPLE, l'ampleur des effets de la variabilité génétique mise en évidence. Les résultats des simulations soulignent l'importance des effets des obstacles mécaniques et d'une manière générale de tous les paramètres permettant d'accélérer la vitesse d'arrivée à la surface. Ils ont ainsi permis d'établir des priorités d'étude du déterminisme génétique des paramètres dont les variations sont à l'origine de différences à la levée. L'ensemble de ces résultats oriente le choix de populations de lignées recombinantes (LR) issues des parents aux comportements contrastés sur des variables ou paramètres jugés pertinents, pour aborder l'analyse du déterminisme génétique de caractères présentant une importante variabilité intra-spécifique. Aussi, dans une troisième étape, nous avons abordé l'analyse du déterminisme génétique de caractères décrivant la germination, en réponse à des températures supra-optimales. Le phénotypage haut débit d'une population de LR a permis d'identifier des QTL impliqués dans la variation des vitesses de germination et de début de croissance. L'analyse des co-localisations de QTL apporte des informations sur les stratégies d'amélioration à envisager pour la sélection d'un ou plusieurs de ces caractères. Les connaissances issues de ces travaux contribuent à la définition de caractères susceptibles d'être améliorés pour favoriser l'implantation des cultures dans différentes conditions de semis, et à l'identification des zones chromosomiques impliquées. Elles ouvrent aussi des pistes d'études physiologiques expliquant des différences de comportements observés pour les différents génotypes (rôle de la composition en sucres de la graine sur la tolérance au stress hydrique ; modifications de l'allongement cellulaire à basses températures) et oriente ainsi la recherche de gènes candidats dans les zones chromosomiques impliquées.

La recombinaison génétique est un processus biologique fondamental, ayant lieu au cours de la méiose et assurant la bonne ségrégation des chromosomes, ainsi que le maintien de la variabilité génétique grâce au brassage intrachromosomique. La recombinaison a été étudiée dans de nombreuses espèces, en particulier chez les Mammifères et les animaux d’élevage, comme les bovins, les porcs ou les ovins. Dans tous les cas, une variation du taux de recombinaison a été observée entre les individus et il a été démontré qu’elle était héritable et sous déterminisme génétique. Dans certaines espèces, des cartes génétiques ont également été construites, ce qui a permis de localiser les crossingovers et de détecter de très petites zones du génome où la recombinaison était importante : les points chauds. En race ovine Lacaune, de nombreuses données de génotypages sont disponibles, notamment grâce à l’existence de deux puces : une de moyenne densité avec 54 000 marqueurs et une de haute densité avec 600 000 marqueurs. Deux jeux de données étaient donc disponibles ; un jeu de données familial avec près de 6 000 individus apparentés et génotypés pour les 54 000 marqueurs et un jeu de données comportant 70 Lacaune non apparentés et génotypés pour les 600 000 marqueurs. Des cartes génétiques ont donc été créées pour ces deux jeux de données. Avec les animaux non apparentés, environ 50 000 points chauds ont été détectés. Le jeu de données familial a permis d’observer des motifs de distribution de la recombinaison communs aux autres Mammifères. Enfin, la combinaison des deux jeux de données a révélé la présence de signatures de sélection et a permis de créer une carte génétique de haute densité. De plus, une variation du taux de recombinaison a été observée entre les individus et a pu être liée à l’existence de 2 QTLs majeurs sur les chromosomes 6 et 7. Des gènes candidats plus ou moins bien connus ont pu être proposés, voire étudiés : RNF212 et HEI10. De plus, une comparaison avec une autre population ovine a permis de montrer que les cartes de recombinaison étaient quasiment identiques, mais que le taux de recombinaison individuel était soumis à un déterminisme génétique différent. Il a également été possible de proposer une application concrète pour l’utilisation des cartes génétiques en sélection génomique, grâce à la création de puces basse densité pouvant être utilisées pour l’imputation des reproducteurs et donc favoriser le génotypage et la sélection génomique à moindre coût. / Genetic recombination is a fundamental biological process, which occurs during the meiosis. It allows the good segregation of the chromosomes and contributes to maintain the genetic diversity. Recombination was already studied in a lot of different species, especially in mammals and in farm animals, such as the pig, the cattle or the sheep. In each case, a variation of the recombination rate between the individuals was observed. This variation was heritable and under genetic determinism. In some species, genetic recombination maps were also created, which allowed to localize the crossovers and to detect really tiny genomic regions where the recombination is huge: the recombination hotspots. In the Lacaune breed sheep, a lot of genotyping data are available thanks to two existing arrays: a first with a medium density of markers (about 54,000 markers) and a second with a high density of markers (about 600,000 markers). Two datasets were thus available: a familial dataset with about 6,000 animals genotyped for the 54,000 markers and a dataset of 70 unrelated Lacaune genotyped for the 600,000 markers. Genetic recombination maps were created for these two datasets. With the 70 unrelated Lacaune, about 50,000 hotspots were detected. The familial dataset allowed to observe the mammals common recombination patterns. Finally, when the two datasets were combined, selection signatures were revealed and a high density recombination map were created. Furthermore, a variation of the recombination rate within the individuals was observed and was associated to 2 main QTLs on the chromosomes 6 and 7. Already known, or not, candidate genes were proposed and sometimes studied: especially RNF212 and HEI10. Finally, a comparison with another sheep breed revealed that the genetic recombination maps were really similar, but the individual recombination rate was under a different genetic determinism. A concrete application of the genetic recombination map in genomic selection was also proposed thanks to the creation of lowdensity SNPs sets, which could be used to impute the animals and thus to improve the genotyping and the genomic selection for lessercosts.

Chez les plantes à fleurs, la gynodioécie -- système dans lequel coexistent des individus femelles et des individus hermaphrodites -- est le système de reproduction le plus commun après l'hermaphrodisme. La question de l'évolution et surtout du maintien de la gynodioécie et du polymorphisme génétique sous-jacent a intrigué les chercheurs depuis le 19e siecle. Aujourd'hui, les grands principes de son évolution sont posés mais beaucoup de zones d'ombres persistent. Durant ma thèse, j'ai exploré trois aspects de la gynodioécie en utilisant une approche expérimentale chez l'espèce Silene nutans et une approche théorique. Je me suis en premier lieu intéressée au déterminisme génétique de la gynodioécie grâce à la réalisation de croisements contrôlés qui m'ont permis de montrer que le déterminisme génétique du sexe était cytonucléaire, c'est à dire contrôlé par plusieurs gènes de stérilité mâle cytoplasmique (CMS) et plusieurs restaurateurs nucléaires de fertilité. En parallèle, j'ai porté une attention particulière aux plantes gynomonoïques -- celles où coexistent sur le même pied des fleurs pistillés (femelles) et des fleurs parfaites (hermaphrodites) -- fréquentes chez Silene nutans comme chez d'autres espèces gynodioïques. J'ai montré que les caractéristiques reproductrices et florales de ce troisième phénotype sexuel étaient souvent intermédiaires entre celles des femelles et des hermaphrodites mais pouvaient dépendre de la proportion de fleurs pistillées sur la plante. Par ailleurs et contrairement à ce qui avait été suggéré, la plasticité du phénotype gynomonoïque s'est révélée être relativement réduite, suggérant un déterminisme génétique dont la caractérisation est encore en cours. La troisième partie de ma thèse a été motivée par les preuves récentes d'hétéroplasmie -- coexistence de différents génomes mitochondriaux au sein d'un individu -- et de la transmission occasionnelle du génome mitochondrial par le pollen chez Silene vulgaris. J'ai montré théoriquement que la présence d'un gène de stérilité mâle cytoplasmique favorisait l'évolution de la fuite paternelle de mitochondries. J'ai également vérifié expérimentalement l'hérédité mitochondriale chez Silene nutans par le génotypage des descendances de croisements contrôlés. / In flowering plants, gynodioecy -- a system in which females and hermaphrodites coexist within populations -- is the most common sexual system after hermaphroditism. The evolution and maintenance of gynodiocy and its underlying polymorphism have puzzled evolutionary biologists since the 19th century. The main principles of its evolution are well known but some points remain vague. During my PhD, I explored three aspects of gynodioecy using an experimental approach in the species Silene nutans and a theoretical approach. First, I studied the genetic determination of gynodioecy using controlled crosses that showed that the genetic determination of sex was cytonuclear, i.e. controlled by several cytoplasmic male sterility (CMS) genes and several nuclear restorers of fertility. Second, I focused on gynomonoecious plants -- those that carry both pistillate (female) flowers and perfect (hermaphrodite) flowers -- that are frequently found in Silene nutans as in other gynodioecious species. I showed that the floral and reproductive traits of this third sex phenotype were often intermediate between those of females and hermaphrodites but varied with varying proportions of pistillate flowers on the plant. Contrary to what was previously thought, the plasticity of the gynomoneocious phenotype was found to be limited, suggesting a genetic determination whose characterization is still in progress. The third part of my PhD was motivated by recent evidences of heteroplasmy -- the coexistence of different mitochondrial genomes within an individual -- and occasional transmission of the mitochondrial genome through pollen in Silene vulgaris. I showed theoretically that the occurrence of a cytoplasmic male sterility gene can favor the evolution of paternal leakage of mitochondria. I also investigated mitochondrial inheritance in Silene nutans by genotyping progenies from controlled crosses.