Thèse de doctorat--Sciences naturelles--Faculté des sciences de Paris, 1888. N°: 613.

Reproduction de : Thèse doctorat : Biologie et physiologie végétales : Reims : 2005. / Titre provenant de l'écran titre. Bibliogr. f. 131-158.

La variation quantitative résulte de l'action combinée des gènes et de leur environnement. Pour comprendre la relation génotype-phénotype et disséquer l'architecture des caractères complexes, deux approches sont couramment employées. D'une part l'évolution expérimentale qui permet de quantifier le nombre et l'effet des mutations dans la construction d'un phénotype soumis à une pression de sélection, d'autre part la cartographie de QTL (Quantitative Trait Loci) et/ou la génétique d'association qui permettent d'identifier les locus responsables de la variation phénotypique. Au cours de cette thèse, nous avons combiné l'ensemble de ces approches pour (1) évaluer le rôle relatif des nouvelles mutations et de la variabilité résiduelle dans la réponse à la sélection ; (2) identifier les déterminants génétiques sous tendant cette réponse ; (3) disséquer, pour un locus candidat, les mécanismes génétiques de sa contribution à la variation phénotypique. Pour cela, nous disposons d'un matériel génétique résultant d'une expérience de sélection divergente pour la date de floraison menée depuis plus de dix ans. Cette expérience a été conduite en parallèle à partir de deux lots de semences de lignées commerciales de maïs (F252 et MBS847). Pour chaque lignée de départ, deux populations ont été constituées, une population précoce et une population tardive produites en sélectionnant et autofécondant les génotypes les plus précoces/tardifs à chaque génération. Nous avons caractérisé la réponse à la sélection après 7 générations. Cette réponse est rapide, asymétrique entre populations et significative dans 3 des 4 populations. Elle est linéaire avec le temps ce qui indique que des nouvelles mutations contribuent à créer de la variance génétique à chaque génération. Nous avons identifié un locus majeur contribuant à 35% de la variation pour la date de floraison dans la population F252 tardive et pour lequel les deux allèles étaient présents dans le lot de semence initial sous forme d'hétérozygotie résiduelle. Les deux allèles présentent des haplotypes très divergents autant au niveau de leur variation nucléotidique (5.7%) que d'un point de vue structural (16 indels) sur une région proche du gène eIF-4A (Eukaryotic Initiation Translation Factor 4A). L'association de ce locus avec la date de floraison et d'autres caractères corrélés tels que la hauteur et le nombre de feuilles a été confirmée par une caractérisation développementale fine de génotypes précoces et tardifs et également dans un panel d'association comprenant 317 lignées de maïs cultivé. En plus d'un effet pléiotrope, nous avons montré grâce au développement de méthodes statistiques que ce locus présente des interactions épistatique fortes avec d'autres locus en ségrégation puisque son effet dépend largement du fond génétique. Nous avons finalement utilisé des AFLP (Amplified Fragment Length Polymorphisms) sur tous les génotypes issus des 7 premières générations de sélection afin d'identifier d'autres polymorphismes potentiellement impliqués dans la réponse à la sélection. Nos résultats préliminaires montrent une différenciation génétique et épigénétique entre les populations sélectionnées qui semble être préférentiellement due à de l'hétérozygotie résiduelle.

L'effet de deux méthodes de conduite contrastées (Central Leader vs. Conduite Centrifuge) est étudié sur trois cultivars de pommiers architecturalement distincts ; 'Scarletspur Delicious' , 'Golden Delicious' et 'Granny Smith'. Les arbres sont digitalisés en 3D en utilisant un outil électromagnétique à l'échelle des pousses deux fois en cours de première année et avant la récolte en deuxième année. Les pousses sont décrites et classifiées selon leur longueur et leur typologie (fructifères vs. végétatives). Le bois porteur est également décrit en deuxième année en mettant l'accent sur la stratégie de taille (bois porteur taillé vs. non taillé). Des expérimentations virtuelles sont réalisées à travers la reconstruction du feuillage, la création de maquettes 3D et la simulation de l'interception de la lumière, à l'échelle de l'arbre, des types de pousses et des pousses individuelles. Un modèle simplifié pour l'estimation de l'interception de la lumière par les arbres isolés est proposé, en utilisant des paramètres de structure du feuillage. La démographie et la séquence des pousses sont principalement affectées par le cultivar, avec une faible influence du mode de conduite. Une tendance similaire est observée à l'échelle de l'arbre pour les paramètres de structure du feuillage et de la lumière. La distribution spatiale des pousses et la densité de surface foliaire se différencient selon le mode de conduite. 'Scarletspur Delicious' est un arbre de forme réduite et compacte par rapport aux deux autres cultivars qui possèdent des arbres plus ouverts et plus grands. L'effet des systèmes de conduite se traduit par une plus grande proportion de pousses végétatives longues et réitérées (R-LVS) sur les arbres en Central Leader. Ces derniers présentent une distribution hétérogène de la surface foliaire et de l'interception de la lumière des deux types de pousses causées par les R-LVS qui augmentent l'ombrage mutuel des pousses. Ces différences varient en fonction des cultivars et sont plus tranchées chez Granny Smith. Les paramètres étudiés montrent que le système de conduite pourrait avoir un impact direct sur le développement et le positionnement spatial des pousses. Ceci affecte notablement la floraison et la production, même si la croissance et la structure de l'arbre dépendent essentiellement du cultivar

Dans le sud du bassin méditerranéen, le citronnier fleurit et fructifie plusieurs fois par an mais la production ne couvre pas la demande estivale ce qui engendre une inflation des prix. La floraison du citronnier a été peu étudiée et reste mal connue. Pourtant, mieux contrôler la production nécessite de connaitre les différentes étapes de transformation du méristème (de l'état végétatif à l'état floral), les potentialités des organes de production et les caractéristiques des fruits chez les variétés les plus cultivées. Pour trois variétés majeures (Eureka, Femminello et Interdonato), nous avons étudié au cours de 2 cycles annuels de production, le cycle biologique, la morphogénèse et l'histogénèse des structures reproductives, le lien entre les activités d'enzymes de neutralisation de H2O2 et le développement floral et l'impact de régulateurs de croissance sur la floraison-fructification. Les 3 variétés diffèrent sensiblement en terme de cycle de développement. La variété Eureka présente les critères de sélections agronomique les plus intéressants : calibre du fruit de taille moyenne, rendement en jus élevé et peu voire pas de pépins. L'activité G-POD (feuilles et bourgeons) varie selon le stade d'évolution des bourgeons fructifères ce qui en fait un bon marqueur du développement floral chez les 3 variétés. A court-terme, l'application sur la frondaison de régulateurs de croissance (gibbérellines, GA et hydrazine maléique, HM) affecte le métabolisme oxydatif et l'activité photosynthétique des feuilles. A plus long terme, la floraison et la fructification sont impactées. L'application de GA améliore la production estivale et de ce fait le bénéfice annuel pour l'arboriculteur. / In the southern Mediterranean, lemon trees flourish and fructify several times a year but production does not cover summer demand which causes price rises. Flowering in this species has been poorly studied and is little known. Still, better production control requires better knowledge of the different stages of meristem transformation (vegetative to floral stage), the potential of the producing organs and the fruit characteristics in the most frequently cultivated varieties. During two annual production cycles we studied three of the main varieties (Eureka, Femminello and Interdonato), investigating the life cycle, morphogenesis and histogenesis of the reproductive structures, the link between the activities of the H2O2 neutralizing enzymes, floral development and the impact of growth regulators on flowering and fruiting. The three varieties were found to differ significantly in the development cycle. Eureka presents the most interesting agronomic criteria: medium fruit size, higher juice yield and the fruit are virtually seedless. The activity of the enzyme guaiacol peroxidase (in the leaves and buds) varies with the development stage of fruit buds making it a good marker of floral development in all three varieties. In the short term, foliar application of growth regulators (gibberellins and maleic hydrazine) was found to affect oxidative metabolism and photosynthetic activity of the leaves. In the longer term, flowering and fruiting are impacted. Application of gibberellins improves summer production and therefore the fruit producers' economic return.

Résumé Le rôle du photopériodisme dans l'élaboration du rendement de trois variétés de sorgho cultivées en Afrique de l'Ouest Les sorghos d'Afrique de l'Ouest sont très photopériodiques parce que ce caractère leur confère un important avantage évolutif en raison du climat continental de la zone, caractérisé par de fortes variations inter-annuelles du régime pluviométrique. Cette adaptation doit être maintenue dans les variétés améliorées pour la région. Mais en dehors de la variation de la durée du cycle de la phase végétative, les réponses physiologiques à la photopériode ont été peu quantifiées chez les céréales chez lesquelles ce caractère a été contre-selectionné jusqu'à présent. Une étude écophysiologique a été conduite sur 3 variétés de sorgho représentatives du matériel cultivé en Afrique de l'Ouest afin de quantifier la physiologie du photopériodisme. Les expérimentations ont été réalisées en conditions naturelles à Samanko, Mali, pendant 2 années et demi. Plusieurs conclusions originales sur le développement et la croissance des sorghos photopériodiques ont pu être tirées, grâce en particulier aux réponses très marquées de la variété de race guinea, originaire de la région, dont les principales sont : - Le déclenchement de l'initiation paniculaire est sous la double dépendance de la photopériode et du sens de variation de la durée du jour ou de ses composantes, les heures de lever et de coucher du soleil. - Le rythme de production des feuilles par l'apex varie en relation avec la photopériode et ses variations quotidiennes au moment de la levée, durée ou heures de l'aurore et du crépuscule. Il conserve ensuite la valeur initialement acquise jusqu'à un brusque ralentissement aux environs de la date de production de la 23ème feuille, lorsque débute la montaison spontanée en l'absence d'initiation paniculaire. - Le déclenchement de l'élongation des entre-nœuds à cette date est probablement la conséquence de la rapide augmentation du LAI et par conséquent de la biosynthèse. Tous les autres rythmes de développement et de croissance ralentissent simultanément en raison de la concurrence trophique et des relations de coordination entre phytomères qui organisent la cohésion architecturale de la plante. - Lorsque plus de 23 feuilles sont produites la concurrence trophique entre organes est minimale et la répartition de la biomasse est pilotée par la demande potentielle de chacun d'eux. En revanche, en dessous de 23 feuilles la panicule est en concurrence avec la tige pendant son développement et une part de sa croissance. - La taille de la panicule est peu variable en raison de l'évolution antagoniste de la durée et de la vitesse de son développement sur lesquels la photopériode exerce une influence inverse. Un modèle de croissance synthétisant ces connaissances et hypothèses a été calibré et testé pour chacune des variétés. Son utilisation couplée aux connaissances physiologiques acquises permet de conclure à destination des équipes de sélection que le tallage et la réduction de taille ne sont probablement pas de bonnes voies vers l'amélioration du potentiel de rendement des sorghos photopériodiques. L'effort doit essentiellement porter sur la décorrélation de la relation qui lie actuellement la taille potentielle de la panicule à la date de floraison de la variété.

La floraison, une des étapes cruciales du cycle de vie des plantes, est influencée par les facteurs environnementaux tels que la température et la durée d'ensoleillement. La majorité des espèces végétales évoluant en zones tempérées ont fort avantageusement développé des mécanismes d'adaptation leur permettant de mieux synchroniser leur développement en condition de basses températures et de courte durée d'ensoleillement. En réponse au stress causé par une longue exposition aux basses températures, les plantes induisent un processus nommé vernalisation qui consiste à induire une floraison précoce chez les plantes sensibles. Cette capacité à promouvoir la floraison peut également être acquise selon la sensibilité de chaque plante par une longue ou courte exposition de lumière (photopériode). Ces mécanismes d'adaptation favorisent une floraison au moment opportun et assurent une bonne reproduction. Chez Arabidopsis, des analyses génétiques et moléculaires ont démontré que l'expression de nombreux gènes était modulée en réponse aux variations de basses températures et de lumière afin de bien synchroniser la transition florale. La plupart des gènes ayant un rôle majeur dans la régulation de la floraison en réponse aux variations de températures et de lumière code pour des protéines conservées chez les eucaryotes et impliquées dans divers aspects du développement et la reproduction des espèces: les facteurs de transcription de type MADS-box. D'ailleurs, toutes les voies de régulation de la floraison chez Arabidopsis convergent vers un répresseur central, le gène FLC (Flowering locus C) qui code pour un facteur de transcription de type MADS-box. Chez les céréales, aucun homologue de FLC n'est, à ce jour, identifié et très peu de gènes MADS-box ont une fonction connue. Afin de pousser la caractérisation des gènes MADS-box chez les céréales et d'élucider leurs rôles lors de la régulation de la floraison, l'identification de cette famille de gènes a été entreprise chez le blé. Le blé hexaploïde a été choisi comme modèle d'étude à cause de sa grande variabilité de réponses face aux stress, ce qui lui confère une grande résistance et aptitude à pousser dans des zones où le climat et les saisons sont variables. De plus. il est plus intéressant au niveau agronomique, nutritif et économique qu'Arabidopsis. Par contre, ce choix s'accompagne d'un grand défi du fait de la taille et de la complexité du génome du blé. mais également des caractéristiques structurales et évolutives de la famille de gènes MADS-box. Pour ces raisons, une approche génomique combinant des outils bioinformatiques et des études moléculaires a été utilisée. L'identification d'ADNc de MADS-box chez le blé hexaploïde, par recherche de bases de données, par PCR ou criblage de banques, montre que plus d'une cinquantaine de facteurs MADS-box sont codés par ses génomes. En général, ces facteurs présentent une grande conservation de structures et de fonctions durant l'évolution chez les angiospermes. Une analyse moléculaire sommaire de membres de la famille MADS-box, en réponse à la vernalisation et à la photopériode, a permis d'identifier et d'associer un de ces facteurs, nommé TaVRT-2, à la régulation de la floraison. En réponse à la vernalisation, l'ARNm de TaVRT-2 s'accumule seulement durant la phase végétative du blé d'hiver et ce profil est inversement proportionnel à celui du gène majeur de vernalisation VRNl/TaVRT-l. Ce résultat suggérait que TaVRT-2 pouvait retarder la transition florale en réprimant l'expression de TaVRT-l ou bien que Ta VRT-I induisait la floraison après la répression de TaVRT-2. Or, les études génétiques indiquaient que l'accumulation de TaVRT-l était un des événements les plus tardifs dans l'induction de la floraison. De plus, les études d'interactions protéiques indiquent que TaVRT-2 est capable de former des hétérodimères, surtout avec TaVRT-l. Enfin, la présence au niveau de son promoteur d'un élément cis spécifique au MADS-box suggérait plutôt que TaVRT-2 régule négativement l'expression de TaVRT-l. Toutes ces données soutenaient l'hypothèse que TaVRT-2 est un régulateur négatif de TaVRT-l et donc de la transition florale chez le blé. Grâce à des études de liaisons in vitro et par expression transitoire in vivo, il est démontré que la protéine TaVRT-2 réprime la transcription du gène TaVRT-l en se liant directement sur le promoteur et probablement en recrutant d'autres facteurs importants. Des études chez des plantes transgéniques confirment que TaVRT-2 est capable de retarder la floraison et qu'il est impliqué dans la voie autonome de régulation de la floraison. Le clonage des gènes MADS-box de blé a permis de voir que les acteurs majeurs impliqués dans la régulation de la vernalisation sont différents entre espèces monocotylédones et dicotylédones. En ce sens, l'identification de TaVRT-2 constitue une contribution importante dans l'étude des mécanismes de régulation de la floraison. L'implication de TaVRT-2 dans les voies de régulation de la floraison (vernalisation, photopériode et autonome) démontre qu'il est un répresseur central de la floraison chez les céréales à l'instar de FLC chez Arabidopsis. Ces résultats montrent à quel point une meilleure compréhension des mécanismes d'adaptation des plantes face aux changements environnementaux peut contribuer à une bonne synchronisation de la floraison et du développement chez les céréales. En perspective, cette étude offre des avenues intéressantes sur le plan de l'amélioration des stratégies agricultrices et de l'augmentation de la productivité céréalière. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Blé hexaploïde, Facteurs de transcription, MADS-box, Floraison, Vernalisation, Photopériode.

Les algorithmes utilisés en design géométrique permettent de construire des courbes paramétrées dans l'espace des polynômes. Ces algorithmes se transcrivent élégamment et simplement grâce à l'outil des floraisons (formes à pôles). L'intérêt des floraisons se manifeste également dans la possibilité qu'elles offrent de généraliser les algorithmes de design pour générer des courbes paramétrées dans les espaces de Chebyshev. Nous utilisons les floraisons dans le cadre des processus de subdivision et nous montrons comment cet outil s'adapte aussi bien aux processus stationnaires, qui permettent d'obtenir des splines polynomiales, qu'aux processus non stationnaires qui aboutissent aux splines de Chebyshev. Enfin cette "modélisation algorithmique" des processus de subdivision par les floraisons rend possible la création d'algorithmes permettant d'engendrer des splines constitués de morceaux en provenances de plusieurs espaces fonctionnels de types différents. / Geometric design algorithms are well suited to derive polynomial or piecewise polynomial parametric curves. These algorithms can be nicely converted to blossoms. Furthermore thanks to blossoms we also can generalize some design algorithms in order to derive parametric curves in Chebyshevian spaces.Blossoms quite naturally lead to subdivision schemes. They can be used to derive parametric polynomial splines. In the non-stationary case they they also can derive polynomial splines, and Chebyshevian splines (ie splines in various Chebyshevian spaces) as well. Finally we use blossoms as "algorithmic modeling" subdivision schemes in order to derive algorithms for splines whose pieces are in different Chebyshevian spaces.

Onset of flowering is a major transition in the plant life cycle and is controlled by environmental factors including photoperiod, light quality and temperature. Prevalence of controlling factors depends on species, hence physiological models were selected for their strong requirement for one or another environmental cue. Among Brassicaceae, Sinapis alba was intensively studied for its strong response to photoperiod while molecular-genetic analyses of Arabidopsis thaliana disclosed complex interactions between pathways inducing flowering in response to photoperiod and other environmental cues, such as vernalization. We were therefore interested in studying the vernalization process in S. alba and its interactions with the previously characterized floral response to long days (LDs). Two-week old seedlings grown in non-inductive short days (SDs) were vernalized at 7°C for increasing durations and a strong promotive effect of vernalization was observed. In contrast to the common view of vernalization as a preliminary step bringing the competence to flower, we observed that vernalization had a direct inductive effect on flowering: floral buds were initiated during cold-exposure. Floral integrator genes SaMADSA (homologous to SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CO 1) and SaLEAFY were up-regulated in the shoot apex after 3-4 weeks of vernalization. To monitor the vernalization process at the molecular level, we isolated SaFLC which, based on sequence analysis, expression patterns and complementation test, appeared as orthologous to FLOWERING LOCUS C. Down-regulation of SaFLC by vernalization was fast since transcript level was already very low after one week of vernalization, but stability of the repression required longer exposure to cold. To test the physiological significance of these observations, we studied the floral response to 16-h LDs after unstable and stable repression of SaFLC. We observed that one week of vernalization which was sufficient for SaFLC repression but not for maintenance of the silenced state - increased the flowering response of S. alba to LDs when the LDs just followed the cold treatment. This effect was lost after two weeks post-vernalization. In contrast, the promotive effect of longer vernalization on flowering response to LDs was maintained post-vernalization. These results suggested that vernalization not only works when plants experience long exposure to cold in winter: short cold periods might stimulate flowering of LD-plants if occurring when photoperiod is increasing, i.e. in spring.

L'un des défis auxquels sont confrontés les producteurs de fruits est de réussir à maintenir d'année en année un équilibre entre croissance végétative et production. La productivité des arbres fruitiers au cours des années est étroitement liée à leur développement. Intégrer les caractères architecturaux dans les programmes de sélection pourrait donc, améliorer la régularité de production et aider à optimiser la gestion des cultures. Dans cette thèse, nous avons étudié le déterminisme génétique des caractères architecturaux chez l'olivier (Olea europaea L. subsp. Europaea), en incluant le développement végétatif et reproducteur. L'olivier a un grand intérêt en raison de l'importance de l'huile d'olive et des olives dans l'alimentation humaine. L'étude a porté sur une descendance issue du croisement entre les variétés 'Olivière' et ‘Arbequina' qui a été cultivée en verger dans deux environnements contrastés. En premier lieu, nous avons étudié le déterminisme génétique de la croissance et ramification des arbres durant la phase juvénile sur un site en considérant trois échelles d'observation: arbre, unité de croissance et entrenœuds. Les interactions entre les facteurs liés à l'ontogénie de l'arbre ainsi que les facteurs génotype et environnement ont été prises en compte. Des modèles génétiques, incluant les effets année de croissance et/ou ordre de ramification, environnement, génotype et leurs interactions respectives, ont été construits en intégrant une fonction de variance et une structure de covariance lorsque cela était nécessaire. Après une étape de sélection de modèle, les facteurs impactant significativement l'architecture de l'arbre ont été identifiés et les valeurs d'héritabilité au sens large ont été estimées. Ces résultats nous ont permis de définir à quel moment au cours de l'ontogenèse de l'olivier et à quelle échelle d'observation, les caractères de croissance et ramification sont déterminés génétiquement. De plus, cette étude a permis d'investiguer la plasticité des caractères architecturaux et leur stabilité entre environnements contrastés. Enfin, les changements associés à l'acquisition des facultés reproductives ont été observés. Quand tous les descendants ont atteint l'âge adulte, j'ai étudié les bases génétiques du développement reproducteur. La stratégie était basée sur (i) une décomposition d'un sous échantillon d'unités de croissance localisées à la périphérie de la couronne de l'arbre en variables quantitatives liées à la fois aux processus de floraison et fructification en relation avec leur croissance et ramification (ii) une évaluation annuelle du rendement des arbres durant quatre années. L'observation d'arbres 'ON' ou ‘OFF' pour une année donnée a révélé des tendances de production régulière vs irrégulière au sein de la descendance. Après avoir développé une nouvelle carte génétique, une recherche QTLs associés aux caractères reproductifs a été réalisée. Des QTLs présentant les effets des deux parents et des co-localisations ont été identifiés. Cette étude a mis en évidence le schéma de développement de l'olivier pendant les phases juvénile et mature mettant en évidence l'existence de gradients ontogéniques se traduisant par des caractères héritables qu'à la périphérie de l'arbre. Une stratégie de phénotypage adaptée aux caractéristiques architecturales de l'olivier a été proposée. Enfin, les descendants montrant une supériorité intéressante par rapport à leurs parents ont été identifiés. Ces génotypes pourraient être valorisés dans les programmes de sélection futurs pour la création de variétés innovantes. / One of the most challenging questions that fruit growers are facing is to maintain trees in a stable balance between production and vegetative growth from year to year. Fruit trees productivity over years is closely linked to their development. Integrating architectural traits in breeding programs could thus, optimise cultivation management and improve bearing regularity. Here, we investigate the genetic determinism of architectural traits in the olive tree (Olea europaea L. subsp. europaea) including vegetative and reproductive behaviour. The olive tree raises high interest because of the importance of olive oil and olives in the human diet. The segregating population under study derived from a cross between ‘Olivière' and ‘Arbequina' cultivars and was grown on two orchards under contrasting environments. First, we investigated the genetic determinism of juvenile growth and branching traits in one site at three different scales: whole tree, growth unit and internodes. Interaction between tree ontogeny, genetic and environmental factors were considered. Genetic models, including the year of growth, environment, genotype effects and their interactions, were built with variance function and covariance structure of residuals when necessary. After a model selection step, morphogenetic factors impacting significantly tree architecture were identified and heritabilities were estimated. These finding allow us to define when during the olive tree ontogeny and at which observation scale, growth and branching traits are under genetic influence. Moreover, progenies plastic response to contrasted environments was highlighted and traits showing significant genotype-by-environment effect were identified. Changes over time associated to the acquisition of reproductive competence were further observed. Once all progenies attempt adulthood, we studied the genetic basis of reproductive behaviour. Our strategy was based on (i) a decomposition of adult growth units at the crown periphery in quantitative variables related to both flowering and fruiting process in relation to their growth and branching (ii) an annual assessment of individual trees yield. The observation of ‘on' or ‘off' olive trees in a given year over four years revealed patterns of regular vs. irregular bearing. After developing a new genetic map, a QTL mapping was carried out on reproductive traits, leading to the identification of QTLs with effects from both parents and co-localizations. This study gives an overview of olive tree development during juvenility and maturity periods showing the existence of ontogenic trends, which result in traits heritable mostly at the tree periphery. A phenotyping strategy adapted to its architectural characteristics is proposed. Finally, progenies showing interesting superiority in comparison to their parents were identified and could constitute interesting sources for innovative materials in future selection programs.