Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

L’entérotoxine B staphylococcique (SEB) est une toxine entérique hautement résistante à la chaleur et est responsable de plus de 50 % des cas d’intoxication d’origine alimentaire par une entérotoxine. L’objectif principal de ce projet de maîtrise est de développer et valider une méthode basée sur des nouvelles stratégies analytiques permettant la détection et la quantification de SEB dans les matrices alimentaires. Une carte de peptides tryptiques a été produite et 3 peptides tryptiques spécifiques ont été sélectionnés pour servir de peptides témoins à partir des 9 fragments protéolytiques identifiés (couverture de 35 % de la séquence). L’anhydride acétique et la forme deutérée furent utilisés afin de synthétiser des peptides standards marqués avec un isotope léger et lourd. La combinaison de mélanges des deux isotopes à des concentrations molaires différentes fut utilisée afin d’établir la linéarité et les résultats ont démontré que les mesures faites par dilution isotopique combinée au CL-SM/SM respectaient les critères généralement reconnus d’épreuves biologiques avec des valeurs de pente près de 1, des valeurs de R2 supérieure à 0,98 et des coefficients de variation (CV%) inférieurs à 8 %. La précision et l’exactitude de la méthode ont été évaluées à l’aide d’échantillons d’homogénat de viande de poulet dans lesquels SEB a été introduite. SEB a été enrichie à 0,2, 1 et 2 pmol/g. Les résultats analytiques révèlent que la méthode procure une plage d’exactitude de 84,9 à 91,1 %. Dans l’ensemble, les résultats présentés dans ce mémoire démontrent que les méthodes protéomiques peuvent être utilisées efficacement pour détecter et quantifier SEB dans les matrices alimentaires. Mots clés : spectrométrie de masse; marquage isotopique; protéomique quantitative; entérotoxines / Staphylococcal enterotoxin B is a highly heat-resistant enteric toxin and it is responsible for over 50% of enterotoxin food poisoning. It represents a particular challenge during food processing since, even if the bacteria have been destroyed, the biological activity of the toxin remains unchanged. The objective of this study was to develop and validate a new method based on a novel proteomic strategy to detect and quantify SEB in food matrices. Tryptic peptide map was generated and 3 specific tryptic peptides were selected and used as surrogate peptides from 9 identified proteolytic fragments (sequence coverage of 35%). Peptides were label with light and heavy form of acetic anhydride to create an isobaric tag that will allow quantification. The linearity was tested using mixtures of different molar ratios and the results showed that measurements by LC-MS/MS were within generally accepted criteria for bioassays with slope values near to 1, values of R2 above 0.98 and less than 8% coefficient of variation (%CV). The precision and accuracy of the method were assessed using chicken meat homogenate samples spiked with SEB at 0.2, 1 and 2 pmol/g. The results indicated that the method can provide accuracy within 84.9 – 91.1% range. Overall, the results presented in this thesis show that proteomics-based methods can be effectively used to detect, confirm and quantify SEB in food matrices. Keywords: mass spectrometry; stable isotope labeling; quantitative proteomics; enterotoxins

En tant que population majoritairement immigrante, les protestants inhumés au cimetière Saint-Matthew, ville de Québec (1771-1860) ont dû s'adapter à un nouvel environnement à leur arrivée au Québec, et donc à de nouvelles ressources. Parallèlement, les 18e et 19e siècles sont marqués par un contexte socio-économique en pleine mutation avec l'arrivée graduelle de la période industrielle, et la ville de Québec, avec son contexte portuaire, a ainsi été au coeur de ces changements. L'objectif de ce mémoire est d'évaluer si la géochimie des isotopes stables appliquée à plusieurs matériaux du squelette humain (collagène et apatite de l'os, collagène de la dentine, et carbonate de l'émail) permet de mieux comprendre comment les comportements alimentaires des individus analysés provenant de ce cimetière cosmopolite (n=40) ont évolué en cours de vie. L'alimentation étant influencée par des conditions socio-économiques, culturelles et environnementales, cela peut nous informer indirectement sur les processus d'adaptation et l'identité d'un individu. C'est dans cette perspective d'écologie culturelle que nous avons interprété les données recueillies lors de ce projet, en complément aux analyses effectuées précédemment par Morland (2009) et Caron (2013). Nos résultats corroborent les tendances déjà observées, soit des pratiques alimentaires semblables à celles que l'on retrouve en Europe, et des immigrants provenant majoritairement des Îles Britanniques. Ils démontrent également une légère augmentation de la consommation de ressources C4, comme le maïs et la canne à sucre, à l'âge adulte pour 90% des individus analysés, de même qu'une baisse du niveau de protéines. Par ailleurs, les individus étudiés ont généralement eu tendance à conserver le même niveau alimentaire les uns par rapport aux autres tout au cours de leur vie, même si les pratiques étaient moins diversifiés à l'âge adulte. Finalement, on constate des similarités de comportements avec les populations irlandaises et britanniques plus pauvres durant l'enfance, alors qu'ils ressemblent davantage à ceux visibles dans la vallée laurentienne en fin de vie, notamment en ce qui concerne l'apport en protéines. Nos résultats suggèrent donc des changements alimentaires significatifs, fort possiblement liés aux processus de migration et à une adaptation constante à un nouvel environnement de la part des individus étudiés. / As a population consisting mainly of immigrants, the Protestants buried in Saint-Matthew’s cemetery, Quebec City (1771-1860) during the 19th century had to adapt to a new environment, and therefore new resources, when they first settled in Quebec. On the other hand, the 18th and 19th centuries saw important socio-economic changes with the coming of the Industrial Revolution, and Quebec City, with its important port, was at the heart of those changes. The objective of this study is to evaluate if the stable isotope geochemistry of several materials of the human skeleton (bone collagen, bone apatite, dentinal collagen and enamel carbonate) can help us understand how dietary behaviours have evolved throughout the life of some individuals (n=40) buried in this cemetery. As diet is closely related to socio-economic, cultural and environmental conditions, it can inform us about individual adaptation and identity through a person’s lifespan. It is in this cultural ecology perspective that we approached this research and the data previously obtained by Morland (2009) and Caron (2013). Our data corroborate those acquired previously on bone collagen by showing that these individuals maintained a European-style diet, and originated mainly from the British Isles. They also show a significant increase in C4 plant (maize, sugarcane, etc.) consumption through adulthood amongst 36 of the 40 individuals that we analyzed, as well as a decrease of protein intake. Our results also indicate a generalized tendency to keep the same dietary profile in the population through life, even if practices became less variable during adulthood. Finally, dietary behaviors show similarites with Irish and poor British populations of the same period for childhood, where as they look more like populations from the St. Lawrence Valley later in life, particularly for protein intake. Therefore, our results suggest important dietary shifts for the individuals we studied, possibly strongly related to their migration process and adaptative response to a new environment.

L’utilisation du glucose exogène est un déterminant de la performance sportive, particulièrement lors d’épreuves de plus d’une heure. Les caractéristiques des sujets, les conditions d’exercice et d’ingestion du glucose sont tous des facteurs pouvant affecter l’oxydation de glucose exogène (OGE). De plus, la co-ingestion d’autres substrats et l’environnement dans lequel l’activité est pratiquée peuvent également avoir un impact sur l’OGE et sa contribution à la fourniture d’énergie. Il est souvent difficile, voire impossible, de comparer les résultats des études qui ont examiné l’OGE due au manque d’uniformité dans la méthodologie. Afin de clarifier l’effet de ces facteurs sur le taux d’OGE, ainsi que sa contribution à la fourniture d’énergie lors de l’exercice prolongé, une revue de littérature et une méta-analyse ont été effectuées. Le sexe, l’âge, la masse corporelle, le VO2max des participants, le moment d’ingestion, le taux d’ingestion, la concentration de la solution, la puissance absolue et relative de l’exercice, et la durée de l’exercice ont été utilisés comme modérateurs. Les facteurs pouvant influencer le taux d’OGE et sa contribution à la fourniture d’énergie pendant l’exercice prolongé rapportés dans cette méta-analyse confirment une relation dose-réponse curvilinéaire. D’autres facteurs, tels le VO2 et le %VO2max de l’exercice, ainsi que le moment d’ingestion, permettent également d’expliquer la relation observée dans le taux d’oxydation exogène et sa contribution à la fourniture d’énergie. La grande majorité des études ayant été effectuées sur une population restreinte (hommes sportifs ou en santé, âgés entre 20 et 30 ans), davantage de travaux sont nécessaires chez les femmes et les sujets d’âge et de masse corporelle différents afin d’éviter les biais d’interprétation dus à au sexe ou aux caractéristiques physiques. Les résultats de cette méta-analyse pourront aider à améliorer les recommandations sur l’ingestion de glucides au cours de l’exercice prolongé. / Exogenous glucose oxidation is a determinant of sports performance especially in activities lasting over 1 hour. Many factors concerning the subjects, the substrate and the exercise itself could influence the capacity of the human body to oxidize exogenous glucose. Furthermore, the co-ingestion of other substrates, as well as the environment in which the activity is performed, could also influence the rate of exogenous glucose oxidation (EGO) and its contribution to the energy yield. The lack of uniformity in methodologies used to investigate EGO makes it very difficult, and in some cases even impossible, to make direct comparisons between study results. In an attempt to shed some light on the impact of those various factors on the rate of EGO and its contribution to the energy yield, the literature was reviewed and a meta-analysis was done. The sex, age, body mass, VO2max, timing of ingestion, rate of ingestion, solution concentration, exercise’s absolute and relative intensity, and exercise duration were used as moderators. Many factors can contribute to EGO and its contribution to the energy yield and the results from this meta-analysis confirm a dose-response relationship. Additional factors, such as exercise VO2 or %VO2max, and ingestion timing also have a significant effect. Further studies might be needed with women and subjects with different age and body mass to avoid bias due to an unbalanced number of studies when comparing subject characteristics. These results should help improve nutritional recommendations for carbohydrate ingestion during prolonged exercise.

Le nombre croissant de médicaments protéiques utilisés en thérapeutique a créé des besoins dans le domaine de leur quantification, principalement dans le plasma, un milieu de composition protéique complexe. Le dosage, essentiel aux études pharmacocinétique/pharmacodynamique, ainsi qu’à l’optimisation de ces traitements, est compliqué par la nature protéique de ces médicaments et par les faibles concentrations auxquelles ils sont attendus dans ces milieux complexes. La méthodologie proposée se démarque des méthodes de dosage usuelles par son caractère universel. Elle fait appel à la spectrométrie de masse adaptée à la quantification des protéines grâce à l’utilisation d’un marquage isotopique différentiel des peptides : après enrichissement et protéolyse, l’échantillon à doser est marqué sur les lysines par la version légère d’un réactif de dérivation. En parallèle, les peptides de la protéine médicament pure marqués par la version lourde du réactif, servent d’étalon interne. La possibilité de quantifier la protéine à partir de plusieurs de ses peptides améliore la fiabilité du dosage. Appliquée à l’epoetin beta aux concentrations attendues en thérapeutique (autour de 0,5 femtomole/µL de plasma), la stratégie proposée permet de situer la limite de quantification à environ 50 attomoles d’epoetin beta/µL de plasma avec une méthodologie de spectrométrie de masse nano-LC-ESI-Q-TRAP fonctionnant en mode MRM. Pour étendre l’universalité de cette approche au champ des protéines médicaments pégylées, une seconde molécule a été étudiée. Il s’agit de l’interféron alfa-2b pégylé qui a permis de mettre en place une stratégie d’extraction spécifique du médicament utilisant sa pégylation. / The growing number of therapeutic proteins has created needs in the field of their quantification, mainly in plasma, which is a complex protein environment. Quantitative analysis of these proteins is essential for pharmacokinetics/pharmacodynamics studies, and for the optimization of treatments. However, the nature itself of the analyte and the low concentrations that are expected in plasma complicate the quantitative analysis. The proposed methodology differs from usual methods on its universal applicability. It relies on mass spectrometry adapted to the quantification of proteins by using peptides differential isotope labelling : after enrichment and proteolysis, the therapeutic protein and the plasmatic proteins are labelled on lysine residues by the light reagent. In parallel, peptides of the pure therapeutic protein, labelled by heavy version of reagent, are used as internal standard. The ability to quantify the protein with several of its peptides improves the reliability of the analysis. When applied to epoetin beta at expected therapeutic concentrations (about 0.5 femtomole/µL of plasma), the proposed strategy leads to a quantification limit close to 50 attomoles of epoetin beta/µL plasma, with a nano-LC-ESI-Q-TRAP mass spectrometry methodology operating in MRM. To extend the universal character of this approach to the field of pegylated protein drugs, a second therapeutic protein model has been studied. This model is a pegylated interferon alfa-2b which allowed developing a strategy for specific extraction of the drug relying on its pegylation.

Ce travail décrit certains aspects du réseau d’assainissement en tant que réacteur bio-physico-chimique. Les objectifs principaux sont : d’identifier et de quantifier les sources des eaux circulant dans les collecteurs en se basant sur les signatures isotopiques des eaux et des sulfates dissous; de déterminer la nature minéralogique des phases porteuses des métaux lourds et d’étudier leur cycle géochimique par MET et MEB couplés à la EDXS ; de mettre en évidence la présence d’échange de matière entre les eaux usées et les biofilms par CLSM et MET et d’étudier les conditions hydrodynamiques impliquées dans cet échange dans un réacteur pilote (Couette-Poiseuille). On montre que les données isotopiques permettent d’évaluer la présence des évolutions de concentration des éléments transportés dans le réseau. Le rôle du réseau en tant que réacteur apparaît dans l’évolution de la nature minéralogique des phases phosphatées vers l’aval du réseau et dans la précipitation des métaux lourds dans les compartiments anaérobiques sous forme de phases sulfurées néoformées. Les dépôts des regards de façade et les biofilms sont les lieux de cette néoformation. A l’échelle de la matière organique, l’auto-épuration est révélée par les échanges entre les biofilms et les matières en suspension (MES) suite à la présence des fibres de cellulose dans la structure des biofilms et de morceaux de biofilms au sein de la MES. La majeure partie de ces évolutions se situe en amont du réseau où les contrastes physicochimiques sont les plus importants. Finalement, les expériences modèles au sein du réacteur ont montré l’implication de l’hydrodynamisme dans le détachement des biofilms / This work describes the sewer system as an integrated part of the wastewater treatment system. The main objectives of this study were: identification and quantification of water sources collected in sewer system, referring to isotopic signatures of water and dissolved sulfates; identification of the mineralogical nature of trace element carriers and determination of their geochemical evolution within the sewer by TEM and SEM coupled with EDSX ; Evidencing exchanges between sewage and biofilms, using CLSM and TEM, and investigating hydrodynamic conditions controlling this exchange in an experimental set-up (Couette-Poiseuille reactor). The results indicate that isotopic data may be used to study the tightness of sewer lines and to evaluate the evolution of element concentrations along sewer. Implication of the sewer system as a true biophysicochemical reactor is evidenced in our study by the evolution of the mineralogical nature of phosphate phases downstream of the sewer and by heavy metal precipitations in anaerobic conditions as neoformed sulfide phases. Sump pit deposits and biofilms represent the earlier stage of this neoformation. Organic matter biodegradation was revealed by TEM examination of SM whereas the exchange between biofilms and SM was shown by CLSM. Cellulose fibers from SM were found embedded in exopolymer biofilm matrices and detached fragments from biofilms were identified in sewage. The majority of these evolutions are located upstream of sewer system in which the contrast in physicochemical properties are the most significant. Finally, biofilm model investigations and image processing showed that hydrodynamic conditions are largely implicated in biofilm detachment

Il est communément admis que la recharge des aquifères carbonatés est contrôlée par la zone non saturée, siège d’une mise à l’équilibre des phases liquides, solides et gazeuses. L’épikarst, zone superficielle de ces aquifères, recueille les pluies efficaces et les transfère en profondeur via une double porosité de fissure et de fracture. Des épandages détritiques sablo-argileux fossilisent souvent les paléo-reliefs, changeant ainsi les caractéristiques des zones d’infiltration. Toutefois, les données sur ces dépôts superficiels sont rares, et leur impact sur les modalités de recharge en contexte karstique est aujourd’hui mal connu et peu décrit.La célèbre grotte préhistorique ornée de Lascaux offre une fenêtre d’observation à l’intérieur de l’épikarst et constitue ainsi un site privilégié pour le suivi des processus de transferts. La grotte fait partie d’un réseau karstique fossile partiellement comblé par du matériel détritique sablo-argileux. Les parties basses de la cavité montrent des fortes teneurs en CO2 dans l’air, supérieures à 8% (80 000 ppmv) lors de certaines périodes estivales. Cette thèse propose une étude des caractéristiques de l’infiltration en milieu karstique grâce au suivi des variations chimiques et isotopiques d’une émergence épikarstique au plafond de l’entrée de la grotte. Les principaux objectifs sont la compréhension de la dynamique des fluides en transit dans l’épikarst, la recherche de la source des fortes teneurs en CO2 ainsi que la détermination du rôle des épandages détritiques dans les modalités de recharge de l’aquifère karstique.Après avoir mener une étude approfondie de l’environnement géologique et géomorphologique du site, l’analyse hydroclimatique, combinée au suivi bimensuel de la chimie et des variations isotopiques des eaux épikarstiques, a permis d’investiguer le fonctionnement de la zone d’infiltration du karst d’un point de vue des transferts de masse.Les premières observations montrent que l’émergence épikarstique n’est pas pérenne avec un tarissement qui débute au début de l’été. Le système nécessite environ 250 mm de recharge automnale pour se réactiver. Le signal 18O à l’émergence est fortement amorti comparé au signal 18O dans les pluies ce qui démontre la création d’une réserve épikarstique qui conduit à l’homogénéisation chimique des eaux. Ainsi, les transferts de masse sont lents dans ce système caractérisé par un comportement de type fissuré et non karstique. Les données de 13C collectées à l’émergence permettent de retracer les conditions physico-chimiques qu’ont rencontrées les eaux au cours de leur transit. Elles montrent différentes origines possible de l’infiltration et révèlent des phénomènes de dégazage – précipitation lors des périodes de fortes pluies.De plus, les eaux épikarstiques sont fortement sursaturées vis-à-vis de la calcite et leur forte minéralisation résulte de la mise à l’équilibre avec une pCO2 importante (5% en moyenne). De telles valeurs ne correspondent pas à la production de CO2 du sol. L’autre origine supposée est les épandages détritiques sablo-argileux où des teneurs importantes en CO2 ont été mesurées (pCO2air de 4 à 8%). De plus, la présence d’eau dans ces niveaux suggère que le système est en partie alimenté par ces formations. Ainsi, le transit des eaux au travers de milieux aux conditions physico-chimiques très contrastés pourrait être à l’origine de la sursaturation des eaux qui entrent dans la cavité.Enfin, l’étude montre que les épandages détritiques tiennent deux rôles majeurs dans les processus d’infiltration des eaux : (i) ils participent à leur homogénéisation en les stockant proche du sol et (ii) ils fournissent un fort potentiel de karstification au système. / It is widely recognized that the recharge of deep carbonated aquifers is controlled by a non saturated zone in which liquids, solids and gases are exchanged to attain equilibrium. The epikarstic zone, which represents the bottom of these aquifers, collects the efficient rain waters and transfers them deeper through a dual fractured and fissured porosity. Sandy-clayey detritic coatings are often observed to fossilize the paleo-relief changing the features of the infiltration zones. However, field data on these superficial deposits are sparse and their impact on the recharge modalities in karstic context is not yet well known and described.The famous prehistoric painted cave of Lascaux (France) provides a window into the epikarstic system and offers a privileged environment for the monitoring of transfer processes. The Lascaux cave is part of a fossil karstic network partly filled with detritic material and it is known to have high CO2 concentrations, greater than 8% (80,000 ppmv) in some summer periods, when measured in the air of the lower parts of the cave. Here, we study the epikarstic seepage traits monitoring the chemical and isotopic variations in waters which seep from the entrance roof of the cave. The aims of this work are to understand the dynamics of the fluids in the epikarstic system, to find the source of the high CO2 concentrations measured into the cave and to understand how the detritic coatings impact on the recharge modalities. After carried out an in-depth geological and geomorphological study of the site, the use of hydroclimatic analysis combined with the semi-monthly hydrochemical and isotopic monitoring of the epikarstic waters allowed us to investigate the karstic infiltration zone functioning in term of matter transfer. First, we observed that the epikarstic emergence is non perennial and dries up at the beginning of summer. The system needs an approximately 250 mm recharge in autumn before seeing flows at the emergence. The 18O signal at the emergence is highly amortized compared to the rain 18O signal which reveals the creation of an epikarstic water table that chemically homogenises waters. Thus, the mass transfers are slow in this system characterized by a fissured and nonkarstic behaviour type. The 13C data obtained at the epikarstic emergence seem to characterize the physicochemical conditions of the environments in which waters circulate during their transit in the system. They confirm the possible various origins of waters and reveal degassing – precipitation phenomena during rising periods.Moreover, épikarstic waters are always supersaturated with respect to the calcite and the the high bicarbonates and calcium concentrations result from water equilibrate with an important pCO2 at saturated state (5% on average). Such values of pCO2 do not correspond to the soil CO2 production. The other supposed origin is the sandy clayey detritic formations where we measured important pCO2 (data range from 4 to 8% in the atmosphere of the coatings). Furthermore, the presence of water in the sandy levels of the coatings suggests that the system can be partly fed by these formations. The transit of water through two physicochemicaly highly contrasted environments would be at the origin of the general flows supersaturation state in the cave.Finally, the study shows that the detritic coatings are involved in two aspects of the epikarstic waters run-off conditions: (i) they homogenize them while retaining near to the soil and (ii) give to them a very high karstification potential.

Le cadmium (Cd) est naturellement présent dans les sols qui sont aussi enrichis par l'activité humaine. Le Cd contamine les produits végétaux alimentaires car il est absorbé par les racines des plantes. Elément toxique pour les organismes vivants, les concentrations dans les produits consommés sont soumises aux règlementations pour l’alimentation humaine et animale. Il est donc nécessaire de comprendre le transfert sol-organe consommé du Cd, spécialement pour le tournesol (Helianthus annuus L.), notre plante modèle, pouvant accumuler plus de Cd que d’autre plantes cultivées. Ce travail a testé l'hypothèse que la quantité de Cd absorbée par le système racinaire du tournesol était liée à l'architecture de ce dernier. Nous avons caractérisé au niveau des racines individuelles une variation longitudinale de l’influx d'absorption du Cd2+ en lien avec le milieu de culture, l'ordre et l'âge des racines. Ces variations ont été attribuées à la dynamique de développement des barrières apoplasmiques (dépôts de cellulose lignine et subérine) qui limitent l'internalisation du Cd2+ dans le cytoplasme cellulaire. Par simulation, il a été montré que ces variations pouvaient théoriquement impacter l'absorption totale de Cd2+ en fonction de l'architecture racinaire en hydroponie mais beaucoup moins sur substrat solide (sable). En outre, une comparaison de 14 cultivars de tournesol cultivé en hydroponie a montré que la variabilité des teneurs en Cd dans les parties aériennes était plutôt liée à des différences d'absorption indépendantes de l'architecture racinaire et à des variations de répartition dans la plante. Les variations longitudinales d'absorption du Cd peuvent alors être considérées comme mineures face à des variations inter-cultivars dont l'origine reste à élucider. Dans une optique de modélisation du prélèvement total en conditions de sol, il serait alors possible de ne considérer qu’un influx moyen de Cd pour la totalité du système racinaire indépendamment de son architecture / Cadmium (Cd) is naturally occurring in soils that are also enriched by human activity. Cd contaminates food crops because of its absorption by plant roots. Because it is a toxic element for living organisms, its concentrations in food and feed plant products are subjected to regulatory limits. Therefore, it is necessary to understand the transfer of this metal from the soil to the edible plant part, especially for sunflower (Helianthus annuus L.), our model plant that can accumulate more Cd than other crop species. This study tested the hypothesis that the amount of Cd absorbed by sunflower was related to the root architecture. We characterized, at the individual roots level, a longitudinal variation of the influx of Cd2+ absorption in relation with the culture medium, the order and the age of roots. These variations were attributed to the development of apoplastic barriers (cellulose, lignin and suberin deposition) that restrict the absorption of Cd2+ into the cytosol. By simulation, it has been shown that these variations could theoritically impact the total absorption of Cd2+ in hydroponics depending on the root architecture while in solid substrate (sand) the impact was much more limited. Furthermore, a comparison of 14 sunflower cultivars showed that the variability in Cd concentrations in shoots was rather due to differences in absorption independent of root architecture and in variations in the root to shoot distribution. The longitudinal variation in the Cd root influx can then be considered of minor importance compared to the between cultivar variability in Cd uptake, the origin of which remains to be determined. In the perspective of modelling the total uptake of Cd in soil conditions, it could then be possible to assume a global mean influx of Cd independent of the root architecture

Les recherches sur les interactions porte-greffe/greffon chez la vigne en relation avec l’environnement perdurent depuis plusieurs décennies, mais les mécanismes physiologiques sous-jacents de la vigueur conférée sont toujours incompris. Ce manque de connaissance constitue un frein dans le développement des porte-greffes existants pour contrôler la vigueur et la productivité, ou dans la recherche de nouveaux génotypes de porte-greffe mieux adaptés aux conditions futures de production. L’objectif de ce travail est de comprendre par une approche de biologie intégrative couplant expérimentation et modélisation comment le porte-greffe interagit spécifiquement avec son greffon (et vice versa) pour modifier dès les premières étapes du greffage, les caractéristiques physiologiques de la plante entière afin de coordonner le développement et la croissance des parties aériennes avec celle des parties racinaires. L’azote étant considéré comme un élément-clef de contrôle de la croissance et de l’allocation de la biomasse au sein d’une plante, un accent particulier est porté sur le rôle de la nutrition azotée dans le contrôle trophique de la croissance du couple porte-greffe/greffon. Un travail expérimental en serre a été mené pour caractériser par marquage isotopique les flux d’azote (15N) et de carbone à l’échelle de la plante entière au sein de deux combinaisons de porte-greffe/greffon au stade végétatif : l’une conférant une forte vigueur (CS/1103P), l’autre une faible vigueur (CS/RGM), en réponse à une variation de la disponibilité externe en nitrate. Cette étude sur le couplage entre fonctions d’acquisition et d’utilisation des ressources azotées et carbonées a été complétée par un phénotypage dynamique de la croissance aérienne, de la répartition de biomasse entre les organes et de la composition biochimique et minérale des principaux organes de la plante. Nous avons ainsi pu appréhender les signaux de communication entre la partie aérienne et la partie racinaire de la vigne greffée, ce qui a abouti à l’élaboration d’un modèle conceptuel simplifié du fonctionnement de la vigne greffée. Une première version d’un modèle mécaniste basé sur un formalisme source-puits prenant en compte l’acquisition et l’allocation de C et N au sein de deux compartiments aérien et racinaire, ainsi que leur plasticité vis-à-vis de la disponibilité exogène et endogène en ressources a été élaborée. A terme, le modèle devrait permettre d’identifier des paramètres génétiques clef au niveau racinaire explicitant les différences de croissance et vigueur conférée observées selon les combinaisons porte-greffe/greffon / Research on rootstock/scion interactions in grapevine in relation to the environment persisted for several decades, but the physiological mechanisms determining the rootstock effect on scion vigour are still misunderstood. This lack of knowledge hampers the development of existing rootstocks to control the vigor and productivity, or research new rootstock genotypes better adapted to future conditions of production. The objective of this work is to understand by an integrative biology approach coupling experimentation and modeling how the rootstock interacts specifically with the scion (and vice versa) to change in the early stages of grafting , the physiological characteristics of the whole plant to coordinate the development and growth of the aerial parts with the root parties. Nitrogen is considered a key element in the control of the growth and the biomass allocation within a plant, and a particular emphasis is placed on the role of nitrogen nutrition in the nutritional control of the grafted grapevine growth. Experimental work was conducted in a greenhouse to characterize by isotopic labeling nitrogen (15N) and carbon flow within the whole plant for two rootstock/scion combinations at vegetative stage : one giving a strong vigour (CS/1103P), the other a low vigour (CS / RGM), in response to a change in the external nitrate availability. This study on the coupling between acquisition functions and use of nitrogenous and carbonaceous resources was completed by a dynamic phenotyping aerial growth, the distribution of biomass between the organs and the biochemical and mineral composition of the principal organs of plant. We were able to understand the communication signals between the aerial part and the root part of grafted vines, which led to the development of a simplified conceptual model of the functioning of the grafted vines. A first version of a mechanistic model based on a source-sink formalism taking into account the acquisition and allocation of C and N in both aerial and root compartments and their plasticity to the availability of exogenous and endogenous resource was developed.

Une période intéressante de l'histoire précoce du système solaire est celle du disque, i.e. la période pendant laquelle se déroule la plupart des processus qui vont conduire du mélange de gaz et de poussières nébulaires à des grains et des planétésimaux, qui seront à un stade ultérieur le matériel de départ pour la formation des embryons planétaires et des planètes. Les témoins de cette époque sont les constituants des météorites primitives (chondrites), principalement les inclusions réfractaires (CAIs) et les chondres. Une des questions centrales dans la compréhension des processus à l'origine des CAIs et des chondres est celle du temps. Les travaux récents de Johan Villeneuve ont permis de démontrer que l'26Al et les isotopes du Mg étaient distribués dans le disque d'accrétion à un niveau d'homogénéité permettant d'utiliser le système 26Al-26Mg comme le chronomètre le plus précis qui soit des évènements qui se sont déroulés lors des 2 ou 3 premiers millions d'années du disque. Le but de cette thèse a été de reprendre toute l'étude de l'26Al avec des mesures de plus haute précision que les mesures existantes, en associant les mesures in-situ (sonde ionique) et en roche totale (HR-MC-ICPMS). Les développements analytiques mis en place pour mesurer les compositions isotopiques en Mg ont été appliqués à l'étude d'olivines réfractaires et de chondres de la météorite Allende, et d'olivines de la pallasite Eagle Station. L'ensemble des données a permis d'apporter des éléments de réponse sur les âges de formation des chondres et de leurs précurseurs, et sur l'origine des olivines réfractaires riches en Mg et la possibilité que celles-ci figurent parmi les précurseurs des chondres / The disk history is a very interesting period of the early Solar System history, i.e. the period during which occurred most of the processes leading from the mixing of nebular gas and dust to grains, and then planetesimals, which will then constitute the starting material for formation of planetary embryos and terrestrial planets. The witnesses of this period that we have in the laboratory are the chondrite constituents, mostly refractory inclusions (CAIs) and chondrules. One of the central questions regarding the processes leading to the formation of CAIs and chondrules is the timing. Villeneuve et al. (2009, 2011) have shown that 26Al and Mg isotopes were homogeneously distributed in the accretion disk, at a level allowing the use of the 26Al-26Mg system as the most precise short-lived chronometer to constrain the 2 or 3 first million years of the disk history. My PhD project aimed at reconsidering the 26Al study with more precise measurements, and by combining in-situ (by MC-SIMS) and bulk (by HR-MC-ICPMS) analyses. The analytical developments we set for Mg-isotope measurements (because of the high precision needed) were then applied to a set of extraterrestrial materials, including Mg-rich isolated olivines and Mg-rich olivines in porphyritic type I chondrules from the Allende CV3 meteorite, as well as chondrules from the same meteorite, and olivines from the Eagle Station pallasite. The whole data set allowed to answer questions such as (i) the origin of chondrule precursor materials and the time of chondrule formation, as well as (ii) the origin of Mg-rich refractory olivines, and the possibility that the latters were part of chondrule precursors