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. / Quantitative variation results from the combined action of multiple genes and their environment. Two approaches are currently employed to gain insights into the link between genotype and phenotype and to dissect the genetic architecture of complex traits. On one hand, experimental evolution allows quantifying the number of mutations and their effect on the evolution of a phenotype subject to artificial selection. On the other hand, QTL (Quantitative Trait Locus) and association mapping are used to identify loci responsible for phenotypic variation. In this work, we have combined all 3 approaches in order to (1) evaluate the role of new mutations and standing genetic variation to the response to selection ; (2) to identify the genetic determinants underlying this response ; (3) to dissect at one candidate locus the genetic mechanisms of its contribution to phenotypic variation. We have used the material produced by a divergent selection experiment for flowering time conducted for over 10 years in the field. This experiment was conducted in parallel from two commercial maize inbred line, F252 and MBS847. From each initial seed lot, two populations, an early population and a late population, were created by selecting and selfing the earliest/latest individuals at each generation. We characterized the response to selection after 7 generations. The response was fast, asymmetric between populations and significant in 3 out of 4 populations. It was linear through time indicating that new mutations have generated new additive genetic variance at each generation. We identified a major locus contributing to 35% of the variation for flowering time in the late F252 population. At this locus, two alleles were present as residual heterozygocity in the initial seed lot. The two alleles exhibited haplotypes extending on a region around the eIF-4A (Eukaryotic Initiation Translation Factor 4A) that diverged drastically both at the nucleotide (5.7%) and structural level. We were able to confirm the association of the candidate locus to flowering time variation and other traits such as height and leaf number, first using an association panel containing 317 maize lines, second through the developmental characterization of early and late genotypes. In addition, to its pleiotropic effect, we have shown by developing a specific statistical framework that this locus exhibit pervasive epistatic interactions with other loci segregating in the population. Hence, its effect largely depended on the genetic background. We have finally applied methyl-sensitive AFLP (Amplified Frgament length Polymorphisms) to screen all genotypes in order to identify the polymorphisms potentially involved in the response to selection during the first 7 generations Our preliminary results indicate both a genetic and epigenetic differentiation between early and late populations. This differentiation seems however to be mainly driven by standing genetic variation.

La méthylation des histones constitue un niveau important de contrôle épigénétique chez les eucaryotes. Mes études portent sur la caractérisation des facteurs potentiellement intervenant dans la mise en place et la lecture de la méthylation pour mieux apprécier son rôle et des mécanismes sous-jacents dans la régulation de la transcription et du développement des plantes chez l’Arabidopsis thaliana. Ainsi, la première partie de mes travaux de thèse a contribué à l’étude d’une protéine à domaine SET (SET DOMAIN GROUP7, SDG7) et à montrer que SDG7 est nécessaire au bon déroulement de l'induction de VIN3 et du processus de vernalisation pour la floraison. Nos résultats suggèrent que SDG7 pourrait méthyler une protéine non-histone encore inconnue dans la régulation de la transcription et le contrôle de la durée de vernalisation. La deuxième partie de ma thèse porte sur l’étude de SDG8 et les H2B-UBIQUITIN-ligases HUB1/HUB2 pour examiner un cross-talk éventuel entre la triméthylation de H3K36 (H3K36me3) et la monoubiquitination d’H2B (H2Bub1). Nous avons montré que H3K36me3 et H2Bub1 sont déposés largement indépendamment, qui diffère d’une dépendance hiérarchique de déposition préalablement observée chez la levure. La dernière partie de ma thèse a permis l’identification des protéines HUA2/HULK2 à domaine PWWP comme lecteurs éventuels de H3K36me3 dans la régulation de la floraison et du développement des plantes. / Histone methylation is one of the keys epigenetic marks evolutionarily conserved in eukaryotes. My study focuses on the characterization of factors potentially involved in the deposition and reading of lysine (K) methylation to appreciate its role and underlying mechanisms in the regulation of transcription and plant development, using Arabidopsis thaliana as a model organism. In the first part of my thesis, I report on our study of SET DOMAIN GROUP7 (SDG7), a protein containing the evolutionarily conserved SET domain, which is generally recognized as a signature of K-methyltransferases. We found that SDG7 plays an important role in the regulation of VIN3 induction associated with cold duration measure during vernalization treatment. Intriguingly, levels of several different histone methylations were found unchanged in the sdg7 mutant plants and the recombinant SDG7 protein failed to show a histone-methyltransferase activity in vitro. We thus conclude that SDG7 might methylate a yet unknown non-histone protein to regulate transcription and proper measurement of the duration of cold exposure in the vernalization process. In the second part, I studied interaction between SDG8 and HISTONE MONOUBIQUITINATION1 (HUB1) and HUB2. My results unravel that H3K36me3 and H2Bub1 are deposited largely independently in Arabidopsis, which is in contrast to the dependent crosstalk of these two different epigenetic marks previously reported in yeast. In the last part of my thesis, I report on the identification of the PWWP-domain proteins HUA2/HULK2 as readers of H3K36me3 and demonstrate that sdg8 and hua2 genetically interacts in the regulation of flowering time.

La protéine LEAFY (LFY) est un régulateur clé du développement floral. L'augmentation graduelle de son expression conduit à la transition florale, phénomène très soudain, suite à laquelle LFY intervient dans la mise en place des organes floraux par l'activation directe de l'expression des gènes homéotiques APETALA1 (AP1), APETALA3, et AGAMOUS (AG). Selon des théories de l'évolution, LFY serait également l'acteur majeur à l'origine de la naissance des plantes à fleur (Angiospermes). Malgré l'abondance des données génétiques concernant LFY, les bases moléculaires relatives au mode d'action de la protéine sont très peu comprises. LFY est l'unique membre d'une famille de facteur de transcription spécifique au règne végétal et sa séquence ne ressemble à nulle autre. Mon travail de thèse, marqué par l'obtention de la structure 3-D du domaine de liaison à l'ADN de LFY (LFY-C) d'Arabidopsis thaliana lié aux séquences régulatrices d'AP1 et AG, fournit une importante source de compréhension du mode de fonctionnement de cette protéine originale. LFY-C adopte un nouveau repliement globulaire à 7 hélices ! et forme des contacts base-spécifiques avec le petit et le grand sillon de l'ADN. Après avoir montré par approche biochimique classique que LFY-C liait l'ADN de façon coopérative sous forme de dimère, la structure du complexe LFY-C/ADN révèle que ce mécanisme résulte de contacts entre les monomères de LFY-C mettant en jeu deux résidus basiques. Cette coopérativité pourrait en partie expliquer la capacité de LFY à déclencher la transition florale. Les données cristallographiques indiquent également des similarités structurales inattendues avec les protéines HTH comme les facteurs de transcription à homéodomaine ou paired impliqués dans le développement animal. Enfin, en permettant d'étudier sous un nouvel angle les orthologues de LFY tout au long du règne végétal, ces données alimentent l'espoir de parvenir un jour à comprendre comment sont apparues les fleurs sur Terre.

Les plantes sont des organismes sessiles, ce qui implique qu'elles doivent passer à travers tous les stades de leur développement au même endroit peu importe les conditions environnementales. La transition de la phase végétative (production de tiges et feuilles) à la phase reproductive (production de fleurs) est une étape cruciale de ce développement. Les facteurs environnementaux tels que la durée de l'ensoleillement, la température, les nutriments et la disponibilité en eau sont des déterminants importants de cette transition, et donc de la floraison. En zones tempérées, la majorité des espèces végétales ont développé des mécanismes d'adaptation leur permettant d'optimiser leur développement en fonction des conditions de température et d'ensoleillement. Des pertes agricoles importantes peuvent être encourues si ces conditions ne sont pas optimales. Le blé est une des espèces céréalières essentielles à cause de son utilisation quotidienne directe et indirecte dans la nourriture de la population humaine mondiale et des animaux. Cette céréale est composée essentiellement de cultivars d'hiver et de cultivars de printemps. Les cultivars d'hiver sont semés en automne et récoltés en début d'été, donc traversant tout l'automne et l'hiver avec le risque de pertes dues au gel. Les cultivars de printemps sont semés au printemps et récoltés en fin d'été avec le risque de pertes dues au gel d'automne et aux attaques d'insectes ravageurs plus abondants à ce moment. La floraison du blé d'hiver requiert une exposition prolongée aux températures basses, un processus appelé vernalisation. Chez le blé hexaploïde (Triticum aestivum L.), le processus de vernalisation est régi par une des voies génétiques qui impliquent trois gènes principaux qui codent pour des facteurs de transcription, Triticum aestivum VERNALIZATION1 (TaVRN1), Triticum aestivum VERNALIZATION2 (TaVRN2) et Triticum aestivum FLOWERING LOCUS T like 1 (TaFT1), également appelé TaVRN3. TaVRN1 et TaVRN3 sont des activateurs de la floraison tandis que TaVRN2 est un répresseur de la floraison. Afin de comprendre la fonction et la régulation de chacun de ces trois gènes dans la floraison du blé hexaploïde, j'ai utilisé une approche génomique (biopuce) combinée à des outils bioinformatiques (analyse de données et de séquences) et une approche de génétique moléculaire (régulation de l'expression génique, épigénétique, et mutagène). Dans une première étude, j'ai testé si VRN2 peut agir comme un répresseur de la floraison chez une espèce de plante différente des céréales tempérées. Pour atteindre cet objectif, nous avons exprimé de façon constitutive chez Arabidopsis thaliana le gène du blé TaVRN2. Les plantes transgéniques obtenues n'ont montré aucune altération de leur morphologie, mais leur date de floraison a été considérablement retardée par rapport aux plantes contrôles. Ces résultats indiquent que TaVRN2, bien que n'ayant pas d'orthologue connu chez les Brassicaceae, agit comme un répresseur de la floraison chez ces espèces. Des études sur la tolérance au gel ont révélé que les plantes transgéniques ont une tolérance au gel plus élevée que les plantes contrôles. Dans l'ensemble, ces données suggèrent que le gène TaVRN2 pourrait moduler des voies de régulation qui régissent le temps de floraison et l'induction de la tolérance au gel. Des études d'expression de la transcription indiquent que l'expression de TaVRN-A1 et TaFT-A1 chez le blé d'hiver est induite par la vernalisation. En utilisant la méthode d'immunoprécipitation sur la chromatine (IPCh ou ChIP) nous avons démontré que cette régulation à la hausse est associée à une augmentation du niveau de méthylation de l'histone-3-lysine-4-triméthylation (H3K4Me3) impliquée dans la régulation épigénétique alors qu'on ne note pas de changement du niveau de l'histone-3-lysine-27-triméthylation (H3K27Me3) à la région promotrice de TaVRN-A1 et TaFT1-A1. Cependant pour les deux marqueurs, leur niveau d'expression est maintenu comparable à la région promotrice TaVRN-B2. H3K4me3 est un marqueur d'activation de la transcription alors que H3K27Me3 est un marqueur de répression de la transcription. Des résultats d'analyses de séquences de promoteur de chaque gène obtenus avec l'utilisation d'outils bioinformatiques révèlent la présence d'éléments cis ciblés par des facteurs de transcription communs chez les espèces de plante qui exigent la vernalisation pour fleurir. Ces données suggèrent l'implication de ces éléments cis ciblés durant la vernalisation. Ces promoteurs possèdent également des éléments de réponse au Polycomb et au Trithorax qui lient les groupes de protéines Polycomb et Trithorax, pour maintenir les états de transcription réprimé ou actif des gènes de développement importants. L'ensemble de ces données indique que la transition de la floraison induite par la vernalisation chez le blé est régulée de façon épigénétique et est médiée par la méthylation des histones au niveau des promoteurs de TaVRN1, TaFT1 et TaVRN2. Ceci peut représenter une partie de la mémoire cellulaire de vernalisation chez le blé. Afin d'étudier l'impact de l'absence du gène VRN1 sur des gènes associés à la floraison, nous avons utilisé une approche génomique basée sur une analyse du transcriptome des plantes d'un mutant mvp-1 (maintained vegetative phase) contenant une délétion de gènes incluant VRN1. Les résultats de cette analyse indiquent que cette délétion conduit à la régulation de 368 gènes. Parmi les gènes hautement régulés, on compte ceux associés à la réponse aux pathogènes (PR) et aux jasmonates. Ces résultats suggèrent que cette délétion dans les plantes du mutant mvp-1 causant l'absence de floraison est associée à l'activation de la réponse moléculaire du mécanisme de défense modulée par la biosynthèse de l'hormone méthyl jasmonate (MeJA). Pour confirmer l'implication du MeJA dans la floraison, nous avons mesuré la teneur en MeJA dans les plantes homozygotes du mutant mvp-1 et des plantes de type sauvage. Le contenu en MeJA était six fois plus élevé dans les plantes du mutant mvp-1 en comparaison du contenu du MeJA dans les plantes de type sauvage. Un traitement avec 150 µM de MeJA sur du blé de printemps hexaploïde (cv Manitou) montre un retard de floraison de deux semaines et une croissance réduite des plantes traitées. Ce retard dans la floraison était associé à la répression significative du gène Triticum aestivum FLOWERING LOCUS T like 1 (TaFT1) supportant ainsi le rôle possible du MeJA dans le contrôle de la floraison. Les résultats obtenus dans le cadre de ces travaux de doctorat montrent l'importance du rôle des gènes VRN1, VRN2 et VRN3 ainsi que de l'hormone MeJA dans la mise en place des mécanismes d'adaptation pour mieux synchroniser la floraison et le développement du blé face aux changements environnementaux. En perspective, cette étude offre des avenues prometteuses afin d'améliorer des stratégies agricoles et la productivité céréalière. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Acclimatation au froid, Biopuce, Blé, Épigénétique, Facteurs de transcription, Floraison, Immunoprécipitation de chromatine, Mutant, Photopériode, Transgénique, Tolérance au gel, Vernalisation.

Chez le fraisier la balance entre floraison et développement végétatif incluant la production de stolons (tiges allongées portant les plants filles) conditionne le rendement du plant. L’objectif de la thèse était d’obtenir une meilleure compréhension des processus de développement du fraisier, la floraison, le développement végétatif des axes et le stolonnage, grâce à une étude spatio-temporelle. Trois approches complémentaires ont été développées sur six variétés non-remontantes plantées en conditions « hors sol » : (1) la modélisation des profils d’émergence hebdomadaire de fleurs, feuilles et stolons par une analyse de segmentation longitudinale, (2) l’analyse spatio-temporelle de l’architecture des plants durant une saison de production et (3) le suivi de l’expression de gènes clés liés à la floraison. (1) Les modèles univariés de détection de ruptures appliqués à chaque variable phénologique étaient basés sur l’hypothèse que les changements de phases sont synchrones entre les individus d’une même variété. Ces modèles ont permis d’identifier des phases pour chacune des variétés et chacun des trois types d’organe. Les modèles de détection de ruptures multivariés combinant les trois types d’organes ont permis de mettre en évidence une forte structuration du développement du fraisier par la floraison et le stolonnage. De plus, les variétés se regroupent autour de deux profils de floraison avec la présence ou pas d’un deuxième pic de floraison. Enfin, les modèles d’émergence de stolon montrent un synchronisme suggérant un fort effet environnemental. (2) L’analyse spatio-temporelle de l’architecture s’est basée sur un modèle de graphe arborescent multi-échelle, permettant une représentation visuelle et une analyse de la topologie du plant au cours de son développement. Cette analyse a permis de mettre en évidence des différences topologiques précoces ainsi que différentes stratégies de développement entre les variétés. Ces différences de développement expliquent en partie les différents profils de floraison. (3) Parmi les gènes étudiés pour leur expression au cours de la culture des plants de fraisier, SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CONSTANS1 (SOC1) apparait comme un marqueur de développement végétatif et de l’émergence des stolons. Une approche architecturale a également été initiée sur le fraisier diploïde. Les premiers résultats ont permis de mieux préciser le devenir des méristèmes axillaires. En conclusion, ce travail a permis d’évaluer les variétés en condition de production et d’identifier des critères de sélection pour le développement de nouvelles variétés. Il a également permis de développer de nouveaux outils qui pourront être utilisés par les sélectionneurs et les expérimentateurs. / In strawberry, the balance between flowering and vegetative development, including the production of stolons (elongated stems carrying the daughter plants), conditions the yield of the plant. The objective of the thesis was to better understand the developmental processes of strawberry plant, namely flowering, the vegetative development of axes and runnering, through a spatio-temporal study. Three complementary approaches have been developed on seasonal flowering varieties planted in "soilless" conditions: (1) modeling the weekly emergence of flowers, leaves and stolons by a longitudinal segmentation analysis, (2) spatio-temporal analysis of plant architecture during a seasonal production and (3) expression of key genes related to flowering. (1) Univariate multiple change-point models applied to each phenological variable were based on the assumption that phase changes were synchronous between individuals of a given variety. These models allowed to identify phases for each variety and each type of organ. Multivariate multiple changepoint models combining the three types of organ highlighted a strong structuring of strawberry development by flowering and runnering. Moreover, the varieties can be grouped into two profiles of flowering with the presence or not of a second period of flowering. Finally, the stolon emergence models show a synchronism suggesting a strong environmental effect. (2) Spatio-temporal analysis of the architecture relied on a multi-scale tree graph allowing visual representation and topological analysis of plant development. This analysis revealed early topological differences as well as different strategies of development between varieties. These differences in development partially explain the different flowering patterns. (3) Among the genes studied for their expression during the cultivation of strawberry plants, SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CONSTANS1 (SOC1) appears as a marker of vegetative development and stolon emergence. An architectural approach was also initiated on the diploid strawberry. First results allowed to better specify the fate of axillary meristems. In conclusion, this work allowed to evaluate the varieties in production condition and to identify selection criteria for the development of new varieties. It has also allowed the development of new tools that can be used by breeders and experimenters.

Les nombreux progrès en génie génétique ont mené au développement d’un nouveau système pour produire des molécules thérapeutiques : la moléculture végétale. L’intérêt de transformer des plantes en usine à molécules au service de l’Homme s’explique par les faibles coûts de production, la biosécurité et la capacité des plantes à synthétiser les protéines recombinantes présentant un repliement, une glycosylation et une activité appropriés. L’ablation florale constitue l’une des meilleures méthodes pour assurer le confinement génétique par stérilité mâle et femelle en plein champ. Avec objectif final de développer cette stratégie chez la luzerne (Medicago sativa), le promoteur MsMADS1 de la famille des MADS box a été isolé du génome de la luzerne et fusionné au gène rapporteur GUS et au gène codant pour la saporine, une protéine cytotoxique. Suite à la transformation génétique d’Arabidopsis thaliana (Arabidopsis) à l’aide de diverses constructions, des plants transgéniques ont été générés et analysés. Des analyses d’expression transitoire ont aussi été effectuées pour évaluer l’expression du gène rapporteur GUS dans des cellules de luzerne par agro-infiltration des différentes constructions réalisées. Parallèlement, la marche génomique a été utilisée pour isoler et caractériser la séquence génomique du gène MsMADS1. La structure génomique du gène MsMADS1 semble inhabituelle avec un premier intron de plus de 1,9 kb et cette séquence ne présente pas d’homologie avec des séquences connues. Chez les plants transgéniques d’Arabidopsis, le promoteur MsMADS1 a permis l’expression de GUS de façon préférentielle dans les fleurs. Étonnamment, les constructions contenant le gène codant pour la saporine ont mené à l’obtention de plants transgéniques viables, dont le phénotype est identique aux plants sauvages d’Arabidopsis. / Progress in genetic engineering has led to the development of a new system to produce therapeutic molecules in plants: molecular pharming. The interest to transform plants into molecular factories for human purposes is explained by its lower cost, its biosecurity and the capacity of plants to synthesize recombinant proteins with appropriate folding, glycosylation and activity. Floral ablation represents one of the best ways to establish both male and female genetic confinement in open field conditions. With the final objective to develop this strategy in alfalfa (Medicago sativa), the promoter of a MADS box gene, MsMADS1, was isolated from the alfalfa genome. The genomic organisation of MsMADS1 appears to be unusual with a first intron longer than 1,9 kp without homology to any known sequence. This promoter was fused to the GUS reporter gene and a cytotoxic protein gene (saporin). Following Agrobacterium-mediated transformation of Arabidopsis thaliana (Arabidopsis) with various constructs, transgenic plants were regenerated and analysed. Transient expression was also assayed to evaluate GUS expression in alfalfa cells. Additional MsMADS1 genomic sequence was obtained by genome walking. In transgenic Arabidopsis, the MsMADS1 promoter allowed GUS expression preferentially in flowers. Surprisingly, saporin constructs resulted in the production of viable transgenic plants with a phenotype identical to wild Arabidopsis.

Mon activité de recherche, appuyée par l'encadrement d'étudiants, s'est développée autour d'une thématique centrale, l'analyse architecturale de l'arbre fruitier. Mes travaux, sur pommier essentiellement, ont tout d'abord montré l'intérêt de l'architecture comme outil de caractérisation de la variabilité génétique existante (cultivars). J'ai mis en évidence que les différences variétales de comportement architectural et fruitier pouvaient être bien expliquées par deux caractères discriminants non analysés jusque-là : la mortalité physiologique des rameaux, appelé phénomène d' « extinction », et l'aptitude au retour à fruit d'une année à la suivante sur le même rameau. Une relation positive a été mise en évidence entre ces deux phénomènes : les cultivars à forte extinction ont en général une forte aptitude au retour à fruit. Par ailleurs il a été montré que la longueur d'un rameau conditionne la probabilité de floraison terminale et, en cas de floraison, la taille de l'inflorescence et son aptitude à la nouaison. La succession temporelle des évènements joignant la formation d'un méristème à son fonctionnement pluri-annuel apparaît donc comme un système hautement intégré et à déterminisme précoce. Nos résultats suggèrent une régulation fonctionnelle et dynamique entre le nombre de bourgeons en croissance dans une architecture et leurs potentiels organogénétiques individuels. Ils nous ont conduit à formuler des hypothèses sur les effets de manipulations expérimentales (ex. taille, arcure) sur l'architecture de l'arbre entier (ex. durée et rythmicité de croissance, probabilité de floraison) et à les tester in horto. Ces travaux constituent la base de collaborations scientifiques pluridisciplinaires sur deux axes principaux. Le premier est l'analyse de l'impact de manipulations sur le climat lumineux intra-arbre et la contribution des différents types de rameaux à l'interception de la lumière. Le second est l'étude des relations entre architecture et ravageurs-maladies. Il permet de hiérarchiser les facteurs, directement ou indirectement liés à l'architecture, explicatifs du développement des bioagresseurs. Ces deux axes de recherche sont le moteur de mon implication dans différents programmes nationaux et internationaux, ainsi que dans des réseaux informels en France et à l'étranger. Mes travaux s'étendent à d'autres espèces, comme le manguier en collaboration avec le CIRAD où le couplage architecture(spatial)/phénologie(temporel) est approfondi. Mon programme scientifique actuel se recentre sur ce qui est à la base de l'édification architecturale de l'arbre, la croissance du rameau et la distribution et la nature de sa ramification axillaire. Il s'appuie sur des collaborations pluridisciplinaires. Dans une première phase la recherche porte sur des rameaux arqués. L'objectif est de mieux appréhender les mécanismes déterminant certains aspects de la ramification à l'interface entre biomécanique (ex. : contraintes liées à l'arcure) et hydraulique (ex. : lien entre conductance hydraulique des tissus xylémiens reliés au bourgeon et organogenèse). Des résultats récents permettent de formuler des hypothèses sur les rôles respectifs des effets mécaniques et environnementaux sur le patron de ramification observé.

L'adaptation locale résultant de pressions de sélection agissant sur des caractères héritables est une force majeure façonnant la diversité phénotypique des populations dans la nature. A l'heure actuelle, de nombreuses questions subsistent quant à l'impact de la sélection sur l'évolution des gènes impliqués dans l'architecture des caractères adaptatifs qui sont souvent des caractères complexes impliquant de nombreux gènes en interaction. L'objectif de cette thèse est d'identifier certains mécanismes génétiques mis en jeu lors de l'adaptation de populations expérimentales de blé tendre à différents contextes climatiques. Le caractère étudié est la précocité de floraison, caractère adaptatif majeur chez les plantes annuelles. Les populations expérimentales considérées dans cette étude ont une origine génétique commune et évoluent de façon indépendante depuis 1984 dans différents sites en France sans sélection humaine consciente ni migration, mais sous l'influence de la sélection naturelle et de la dérive. En se basant sur les connaissances des gènes impliqués dans la floraison chez le blé, l'évolution de polymorphismes nucléotidiques de différents gènes candidats a été suivie durant 12 générations (2, 7 et 12) dans 3 populations expérimentales (Vervins au Nord de la France, Le Moulon en région parisienne et Toulouse au Sud). Ces populations ont également été caractérisées pour la précocité et pour la diversité de locus microsatellites répartis sur l'ensemble du génome. La comparaison des niveaux de différenciation génétique inter population obtenue pour les trois types de diversité montre que la précocité est sélectionnée de façon divergente dès les premières générations. Cependant cette sélection ne se fait pas de façon directe et semble être le fait de la sélection agissant sur des caractères corrélés dans les différents environnements, tels que la hauteur ou le poids de grains. La sélection pour la précocité peut être mise en relation avec les caractéristiques climatiques des sites de culture, les populations du Nord fleurissant plus tardivement que la population du Sud. Cette évolution rapide du caractère s'accompagne de changements importants de fréquences alléliques pour des gènes majeurs de précocité, et la mise en place de combinaisons alléliques multi-locus spécifiques des différents contextes climatiques considérés. Cette évolution ne remet pas en cause la diversité existant à l'intérieure de chaque population puisque plusieurs combinaisons différentes sont favorisées dans les différentes populations. Ce travail de thèse ouvre des perspectives intéressantes quant au problème du maintien du potentiel adaptatif des espèces cultivées.

Une entité botanique peut être considérée comme une succession ordonnée d'entités botaniques d'un niveau d'organisation inférieur (ex : une unité de croissance peut se décrire comme une succession de métamères). Pour chaque entité botanique, il est possible de mesurer un certain nombre de variables qui traduisent ses caractéristiques (longueur de l'entre-nœud, type de production axillaire). La succession des valeurs prises par une ou plusieurs variables mesurées est alors appelée « séquence d'événements botaniques ». Des travaux récents menés chez des arbres fruitiers et forestiers ont permis de développer une approche statistique adaptée à l'analyse d'échantillons de séquences allant de l'analyse exploratoire à la construction de processus Markoviens. L'objectif de cette thèse est (i) d'évaluer la pertinence d'une approche couplant analyse architecturale et analyse de séquences extraites d'architectures mesurées, (ii) d'apporter une vision et une compréhension nouvelle des phénomènes de croissance, de ramification et de floraison par l'utilisation de modèles statistiques adaptés et (iii) d'analyser les applications possibles des comparaisons de séquences et de modèles dans l'étude de l'influence du milieu et la caractérisation de la plasticité architecturale. Cette problématique est illustrée par (i) l'étude des structures de ramification des différents types d'unités de croissance des pousses annuelles mono- ou polycycliques de chêne rouge d'Amérique (Quercus rubra), (ii) des synchronismes de ramification et de floraison chez Cecropia obtusa et (iii) par l'étude de l'évolution de la phyllotaxie et des modalités de ramification au cours de l'ontogénie sur plusieurs espèces de Cupressus. Les résultats montrent que la répartition des productions axillaires sur une entité porteuse n'est pas aléatoire mais qu'elle est le plus souvent organisée en une succession de zones homogènes ou montre des motifs répétés à un niveau plus local. Les mécanismes sous-jacents potentiellement responsables des organisations révélées à diverses échelles et l'apport de la prise en compte de l'information structurelle des arbres dans la mesure et l'analyse statistique des données sont discutés

La vigne (Vitis vinifera L.) est naturellement affectée par l'abscission et la chute des fleurs (coulure) durant le développement des inflorescences. Ce phénomène est dépendant de facteurs physiologiques et environnementaux et tous les cépages y sont sensibles à un degré plus ou moins important. Les causes exactes de la coulure demeurent encore inconnues à ce jour. Dans ce contexte, nous nous sommes focalisés sur le métabolisme des sucres dans les inflorescences durant le développement des fleurs en utilisant des cépages de sensibilité différente à la coulure. Nous avons travaillé sur des plantes cultivées au vignoble et nous avons optimisé un système expérimental mimant le développement floral en conditions contrôlées à partir de boutures fructifères.<br />De nombreux critères de différenciation existent entre le Gewurztraminer (GW), cépage sensible à la coulure et le Pinot noir (PN), cépage peu sensible. Ainsi, les structures reproductrices mâles et femelles de PN se développent plus précocement que celles de GW. De plus, les teneurs en glucides (amidon, saccharose, glucose et fructose) des inflorescences diffèrent entre les deux cépages lors du développement floral, notamment entre les stades 15 et 17, période des méioses polliniques et ovulaires et stades clés dans le développement reproducteur. Les différences constatées se manifestent, entre autres, par la présence d'amidon dans les ovules de PN, contrairement à ceux du GW. La mesure des activités enzymatiques du métabolisme glucidique ont confirmé que, durant la période 15-17, les deux cépages utilisent les sucres de manière différente. Nous avons par ailleurs démontré l'existence d'une photosynthèse nette positive dans les inflorescences des deux cépages, avec des intensités fluctuantes, notamment entre les stades 15 et 17. La tolérance plus importante à la coulure du PN pourrait donc résulter d'un métabolisme glucidique différent, permettant d'éviter toute carence glucidique lors de la méiose en cas de stress environnementaux. <br />Afin de confirmer l'impact de la physiologie des glucides dans le développement floral, nous avons tenté de perturber le métabolisme carboné en agissant sur la mise en réserve dans les organes pérennes, au vignoble et sur boutures fructifères. Les résultats obtenus démontrent dans les deux cépages l'importance de la mise en réserves de l'été n sur la floraison de l'année n+1 et ce, à la fois sur le nombre d'inflorescences par pied et sur le nombre de fleurs par inflorescence.