Au vu de l'impact croissant du changement climatique global et en particulier de la sécheresse sur les forêts, il est nécessaire de comprendre les mécanismes de réponse des arbres face à des variations de disponibilité en eau. Ces dernières années, des études ont montré un contrôle épigénétique et notamment par la méthylation de l'ADN de la plasticité phénotypique des plantes en réponse aux variations environnementales. Dans ce contexte, cette thèse visait à évaluer le rôle de la méthylation de l'ADN des cellules du méristème apical caulinaire dans la plasticité développementale de la tige feuillée en réponse à des variations de disponibilité en eau chez le peuplier, un arbre modèle. A cette fin, le méthylome de la chromatine non condensée dans le méristème apical caulinaire de Populus trichocarpa a été caractérisé. Ensuite, l'impact de variations de disponibilité en eau sur la méthylation de l'ADN a été étudié dans l'apex caulinaire de différents hybrides (P. × euramericana). Les loci et les réseaux de gènes affectés pour leur expression et leur méthylation ont ainsi été identifiés. Ces travaux ont montré que dans le méristème apical caulinaire, la majorité des gènes étaient dans un état non condensé de la chromatine et méthylés dans leur corps. Ils ont également mis en évidence une forte variation de la méthylation globale de l'ADN selon les génotypes et en réponse à des variations de disponibilité en eau. De plus, des corrélations ont été établies entre les niveaux de croissance des arbres et de méthylation globale de l'ADN dans l'apex caulinaire. Enfin, les variations de la méthylation de l'ADN en réponse aux variations de la disponibilité en eau s'accompagnent de variations d'expression et ont ciblé particulièrement des gènes impliqués dans la signalisation par les phytohormones ou la morphogenèse. Ainsi, les travaux effectués lors de cette thèse suggèrent un rôle de la méthylation de l'ADN dans la plasticité phénotypique en réponse à des variations de disponibilité en eau chez le peuplier via le contrôle de l'expression de réseaux de gènes dans le méristème apical caulinaire.

Cette thèse visait à étudier la variabilité génétique et plasticité phénotypique de la vulnérabilité à la cavitation chez le hêtre (Fagus sylvatica L.). A cette fin, nous avons tout d'abord testé les variations dues à la méthodologie de mesure de la vulnérabilité à la cavitation. Notre étude a montré que les variations de vulnérabilité à la cavitation au cours du temps sont faibles. Néanmoins, il est préférable d'éviter de récolter les échantillons durant le début de la période de formation du bois. Par ailleurs il est possible de conserver au frais les échantillons sans dégrader les mesures durant au moins un mois. Nos résultats montrent également que la vulnérabilité à la cavitation peut être variable aussi bien au sein d'un même arbre qu'entre populations in situ. Ensuite, nous avons voulu déterminer la part de plasticité phénotypique de la part de variabilité génétique dans la variabilité de la vulnérabilité à la cavitation. Pour cela nous avons étudié 17 populations de hêtre venant de toute l'Europe et poussant dans une plantation comparative. Parmi les 17 populations 6 d'entre elles ont été étudiées dans trois plantations comparatives différentes (France, Espagne et Slovaquie). Nos résultats indiquent que chez le hêtre la vulnérabilité à la cavitation varie considérablement au sein de chaque population. Ils indiquent également que l'on observe peu de différenciation génétique entre populations. Les résultats montrent également que la plasticité phénotypique de la vulnérabilité à la cavitation est importante entre les plantations, et que le degré de cette plasticité peut varier d'une population à l'autre. Pour finir, nous avons regardé s'il existait des relations entre la vulnérabilité à la cavitation et des paramètres d'efficience hydraulique ainsi qu'avec l'efficience d'utilisation de l'eau. Nos résultats ne permettent pas de mettre en évidence des preuves d'un trade-off entre l'efficience et la sureté du xylème.

Comprendre comment évoluent les écosystèmes lors de perturbations majeures de l'environnement nécessite de prendre en compte l'histoire évolutive des espèces, c'est-à-dire leur phylogénie. Dans ce Mémoire de thèse, j'utilise une approche modélisatrice afin d'étudier l'évolution phénotypique en lien avec l'environnement (écomorphologie), approche incluant des données actuelles et fossiles et visant in fine à comprendre comment les écosystèmes se diversifient et s'organisent structurellement et fonctionnellement à l'échelle des temps géologiques. Le cadre historique, fourni par la phylogénie, définit une trame analytique commune à l'étude de taxons actuels et fossiles. Différents outils dédiés, d'une part au traitement de données morphométriques souvent incomplètes, et d'autre part aux études écomorphologiques évolutives dans un contexte phylogénétique, sont développés et discutés. Cette thèse s'articule autour de deux ateliers consacrés à l'étude macroévolutive et macroécologique de grands mammifères « ongulés » : Bovidae, Cervidae, et Equidae. Le premier atelier concerne les ruminants actuels, clade très diversifié et à l'écologie des espèces constitutives connue. Les analyses révèlent des modes évolutifs contrastés entre Cervidae et Bovidae actuels, en fonction des niches écologiques et des caractères écomorphologiques considérés. La diversification moi pliocène des Bovidae africains apparaît corrélée à des évènements globaux, tandis que leur évolution phénotypique révèle des modes de diversification différents selon les habitats. Le second atelier est focalisé sur l'impact d'un événement majeur ayant affecté l'ensemble du pourtour méditerranéen à la limite Miocène- Pliocène, il y a 5,3 millions d'années : la Crise de Salinité Messinienne. Il repose sur l'étude d' « ongulés » fossiles et apporte des précisions sur l'aspect temporel de l'évolution de ces mammifères avant et après cet événement. Les principaux résultats illustrent des variations rapides de la structure phylogénétique des assemblages d'ongulés qu'il est possible de relier au contexte biogéographique et aux variations climatiques locales et régionales. Les renouvellements fauniques (acteurs) et fonctionnels (rôles), initiés dès la fin du Miocène moyen, apparaissent progressifs et non soudains. Les résultats obtenus offrent une meilleure caractérisation et compréhension des réponses évolutives de ces mammifères, grands consommateurs primaires souvent parmi les premiers menacés lors de perturbations climatiques et environnementales majeures / Understanding how ecosystems evolve when facing severe climatic perturbations of the environment requires an historic perspective provided by species phylogenies. In this thesis, I use a modelling framework to investigate the question of the phenotypic evolution of species as an adaptation to the environment (ecomorphology). I combine extant and fossil data to study how ecosystems are diversifying and organizing structurally and functionally on a geological time scale. The historical context provided by the phylogeny defines a unified analytical framework for the study of extant and fossil taxa. Several analytical tools dedicated, on the one hand to deal with missing cases in morphometric studies, and on the other hand to ecomorphological studies in a phylogenetic context, are developed and discussed. This PhD thesis is organized along two main research axes dedicated to the macroevolutionary and macroecological study of three large mammals “ungulate” families: Bovidae, Cervidae, and Equidae. First I focus on extant ruminants, a well diversified clade for which species ecological preferences are well known. The analyses show contrasted evolutionary modes between extant cervids and bovids, depending on the ecological niche and ecomorphological traits under scrutiny. The Mio-Pliocene diversification of African bovids appears to be correlated with global climatic events while their phenotypic evolution shows contrasted evolutionary patterns depending on the habitat. The second axis focuses on the circum Méditerranean impact of a major event that took place at the Miocene-Pliocene boundary, 5.3 million years ago: the Messinian Salinity Crisis. The comparative study of extinct “ungulates” living before and after this event provides some clues about the evolutionary rates and spatial patterns of phylogenetic diversity of these large mammals. The phylogenetic structure of the ungulate communities shows abrupt changes related to the local and regional biogeographic context as well as variations in climate conditions. Meanwhile, progressive faunal (actors) and functional (roles) turnovers are depicted from the beginning of the Late Miocene onward. These results provide a better characterization and understanding of the evolutionary responses to broad climatic and environmental perturbations of these often-threatened, large primary consumer “ungulate” mammals

En climat tempéré, le changement climatique aura pour conséquence une augmentation de la fréquence et de l’intensité des sécheresses. Parmi les facteurs influençant la survie des espèces à cet environnement fluctuant, la plasticité d’ajustement des traits de réponse semble constituer un atout majeur. Ce travail de thèse a étudié de façon intégrée la réponse physiologique et transcriptionnelle du peuplier noir à une carence hydrique progressive jusqu’à un niveau sévère. Dans le cadre d’une analyse globale, la plasticité des traits de réponse physiologiques de la plante et, pour la première fois, celle de l’expression des gènes foliaires a été estimée. Différentes échelles d’étude ont été prise en compte : les génotypes issus de populations différentes, les clones d’un même génotype et les structures de la feuille (nervure principale versus limbe). Un continuum de réponses phénotypiques au déficit hydrique sévère a été identifié permettant de classer la majorité des génotypes étudiés comme évitants avec un seul génotype tolérant, maintenant son développement foliaire, conservant ses feuilles matures et limitant la tension hydrique. Le transcriptome du limbe était profondément remodelé en réponse au déficit hydrique maximal (41% des transcrits différentiellement exprimés) et présentait des fonctions en lien avec la modification de la composition membranaire, le maintien de l’homéostasie cellulaire et la détoxication. L’expression des gènes liés au transport intra- et extra-cellulaire et aux flux d’eau (par les aquaporines) était également fortement régulée. Ces gènes étaient associés aux fonctions de maintien de l’intégrité et de l’hydratation cellulaire du limbe. La modulation du transcriptome était partiellement spécifique de la nervure principale par rapport au limbe. Les 958 transcrits spécifiquement régulés de la nervure principale indiquaient une sur-expression des gènes liés aux métabolismes du glyoxylate et des carbohydrates, et une sous-expression des gènes liés au transport intra- et extra-cellulaire. Ceci pourrait favoriser une accumulation de sucres dans la nervure principale, ce qui permettrait de maintenir les flux de sève et de limiter l’embolie. Les plasticités phénotypiques et transcriptionnelles moyennes calculées étaient différentes entre génotypes. Le nombre de feuilles et le potentiel hydrique foliaire étaient les deux traits permettant de discriminer statistiquement les génotypes par leur plasticité. Le niveau de plasticité de certains transcrits était également spécifique des génotypes : la plasticité transcriptionnelle était forte pour les gènes impliqués dans la fixation du carbone et le transport des messagers secondaires pour le génotype, qui en moyenne, était le moins plastique. L’ensemble de ces résultats permettent de conclure que le génotype le plus tolérant à la sécheresse possédait les plus faibles degrés de plasticités phénotypiques et transcriptionnelles. A l’inverse, les génotypes les plus sensibles détenaient des plasticités phénotypiques et transcriptionnelles plus fortes. Enfin, la régulation du degré de plasticité dépendrait à la fois de mécanismes conservés et d’autres acquis par les génotypes. / In temperate climates, climate change will result in an increase of the frequency and intensity of droughts. Among the factors influencing the species survival in fluctuating environment, trait responses plasticity seems to be a major asset. This thesis has focused on the integrated study of physiological and transcriptional responses of black poplar responding to a progressive water deficit until a severe level. For an overall analysis, plant phenotypic traits responses plasticity and, for the first time, plasticity of the leaf genes expression has been estimated. Different scales of study were taken into account: genotypes from different populations, clones of the same genotype and leaf structures (midrib versus leaf blade). A continuum of phenotypic responses to severe water deficit was identified allowing classifying the majority of the genotypes as sensitive with only one tolerant genotype, maintaining its foliar development, preserving its mature leaves and limiting hydraulic tension. The leaf blade transcriptome was deeply remodeled under severe drought (41% differentially expressed transcripts) and exhibited functions related to the modification of the membrane composition, maintenance of cellular homeostasis and detoxication. Transcripts related to intra- and extra-cellular transport and water flows (by aquaporins) were also highly regulated and associated with integrity and cellular hydration functions of the leaf blade. The transcriptome modulation was in part specific to the midrib compared to the leaf blade. The 958 specifically regulated transcripts of the midrib indicated up-regulation of genes implied in glyoxylate and carbohydrates metabolisms and down-regulation of genes involved in intra- and extra-cellular transport. In consequence, these modifications may favor sugar accumulation in the midrib and could force the sap flow and limit embolism. The estimated mean phenotypic and transcriptional plasticities were different between genotypes. The number of leaves and the leaf water potential were the two traits allowing discriminating statistically the genotypes by their plasticity. The plasticity level of some genes expression was also specific to genotypes: transcriptional plasticity was high concerning genes involved in carbon fixation and transport of secondary messengers for the genotype, which on average was the least plastic. All these results allowed concluding that the most drought-tolerant genotype possessed the lowest degrees of phenotypic and transcriptional plasticities. Conversely, the most sensitive genotypes hold high phenotypic and transcriptional plasticities. Finally, the regulation of the plasticity degree would depend on both preserved mechanisms and others acquired by the genotypes.

Les changements climatiques altèrent la phénologie des organismes, c’est-à-dire la succession dans le temps des éléments de leur cycle de vie. L’expression de la diapause chez les insectes, soit l’arrêt de développement permettant de survivre aux dégradations saisonnières de l’environnement biotique et abiotique, est en particulier affectée. Cette thèse aborde différents facteurs environnementaux agissant sur les stratégies saisonnières des parasitoïdes de pucerons du genre Aphidius. Dans les agro-systèmes céréaliers de l’ouest de la France, les communautés d’hôtes et de parasitoïdes ont changé rapidement au cours de la dernière décennie. Ainsi, plusieurs espèces de parasitoïdes n’entrent plus qu’en faible proportion en diapause, dû à l’augmentation des températures, à la baisse du nombre de jours de gel et à la présence accrue de leurs hôtes pendant l’hiver ; ces pressions de sélection agissent sur les seuils d’entrée diapause. Les parasitoïdes présentent des ajustements plastiques de leur réponse aux stimuli environnementaux qui induisent la diapause. Ils y entrent en plus forte proportion s’ils se développent dans des morphes de pucerons sexués (annonciateurs de ressources limitées) que dans des hôtes asexués, ce qui souligne la co-évolution de leurs cycles de vie. Cette plasticité s’avère également transgénérationnelle puisque la compétition entre femelles induit la diapause estivale chez leurs descendants. De plus, l’incidence de la diapause hivernale augmente après plusieurs générations de parasitoïdes soumises aux mêmes conditions. Les adaptations locales des parasitoïdes aux nouvelles conditions environnementales mènent à la perte d’expression de la stratégie de diapause – qui comporte des coûts écologiques et physiologiques – au profit de stratégies hivernales d’activité à l’état adulte. La modification de l’activité-densité des espèces au sein des communautés de pucerons-(hyper)parasitoïdes, due aux changements de stratégie d’hivernation, pourrait bouleverser l’équilibre des réseaux trophiques et altérer positivement ou négativement l’efficacité du service écosystémique de lutte biologique. / Climate changes alter the phenology of organisms, i.e. the succession over time of the elements of their life-cycle. Diapause expression in insects – that is, the developmental arrest allowing survival to seasonal degradations in the biotic and abiotic environment – is particularly affected. This thesis addresses the existence of different environmental factors acting on the seasonal strategies of Aphidius aphid parasitoids. In cereal agro-systems of western France, host and parasitoid communities have changed rapidly over the past decade. Hence, some parasitoid species enter diapause at low levels due to temperature increase, decrease in frost events and the presence of their hosts during winter, which impose selection on diapause induction thresholds. Parasitoids show plastic adjustments of their response to environmental stimuli inducing diapause. They enter diapause at higher proportion if they develop in sexual morphs of aphids (which inform for upcoming limited resources) than in asexual hosts, which underlines the co-evolution of their life-cycles. Transgenerational plasticity is also involved in these responses since maternal competition induces summer diapause in their offspring. Moreover, winter diapause incidence increases after some parasitoid generations experience the same environmental conditions. Local adaptations of parasitoids to new environmental conditions lead to a loss of diapause expression – which involves ecological and physiological costs – to the benefit of adult overwintering strategies. Modifications in species activity-density within aphids-(hyper)parasitoids communities, due to changes in overwintering strategies, could affect food-webs’ stability and alter positively or negatively the efficiency of biological pest control.

Les invasions biologiques sont un composant du changement global et ont des impacts dramatiques sur les écosystèmes, les agrosystèmes et la santé humaine. Néanmoins, ces processus biologiques particuliers offrent la possibilité d'étudier l'évolution phénotypique et génétique en un sur des temps écologiques. En effet, les invasions biologiques impliquent de fortes contraintes environnementales et démographiques sur les populations, et de forts effets sous-jacents de la sélection et de la dérive. Pourtant, les espèces envahissantes sont parmi les colonisateurs les plus prolifiques de la nature, et surprennent par leur capacité à répondre à ces contraintes. Le potentiel évolutif et adaptatif des populations envahissantes a été à de nombreuses reprises proposé comme facteur facilitant le succès de ces invasions. Qu'il s'agisse de processus génétiques d'adaptations (i.e. des changements de fréquences d'allèles) ou plastiques (i.e. un ajustement par plasticité phénotypique en réponse à un stimulus environnemental), la capacité de réponse à la sélection des espèces envahissantes les placent au centre des études de la biologie évolutive moderne. Ici, nous utilisons la récente invasion mondiale de la drosophile à ailes tachetées Drosophila suzukii pour étudier en détail les mécanismes de la réponse à la sélection potentiellement impliqués dans le succès de cette invasion. L'analyse des patrons de variations moléculaires neutre, nous ont permit de retracer l'histoire complexe de cette invasion mondiale, et d'évaluer par la suite la divergence phénotypique et l'évolution de la variation génétique quantitative en comparant les populations ancestrales de D. suzukii à leurs populations dérivées. Nous avons pu ainsi estimer les effets de la sélection et de la dérive génétique au cours de cette invasion, et discuter leur importance au regard de l'évolution de la forme de l'aile dans cette espèce. Enfin des protocoles expérimentaux d'analyse de la plasticité phénotypique ainsi que des méthodes de modélisation de niche climatique nous permettent de discuter l'influence de la fluctuation des conditions environnementales sur le succès de cette invasion. / Biological invasions are a component of global change and have dramatic effects on ecosystems, agrosystems and human health. Nonetheless, these peculiar biological processes offer a great opportunity for the study of rapid phenotypic and genetic evolution, at an ecological timescale. Biological invasions often involve environmental and demographic constraints on populations, as well as strong effects of selection and drift. However, these species are among the most successful colonialists in nature, and their ability to respond to these constraints is remarkable. The evolutionary and adaptive potential of invasive populations have been proposed as facilitating factors of the success of invasions. Processes of genetic (i.e. changes in allele frequencies) and plastic (i.e. adjustment to environmental fluctuation through phenotypic plasticity) involved in the success of biological invasions are at the center of modern evolutionary biology. Here, we use the recent spread of the spotted-wing Drosophila suzukii to study the underlying mechanisms of response to selection potentially involved in the success of this global invasion. Analyzing patterns of neutral genetic variation allowed us to decipher the complex history of this worldwide invasion, and subsequently evaluate phenotypic divergence and evolution of quantitative genetic variation among ancestral and derived populations. We thus estimated the effects of selection and drift throughout this invasion and discuss their importance regarding the evolution of wing shape in this species. Finally, experimental protocols on the analysis of phenotypic plasticity as well as Species Distribution Modeling methods allowed us to discuss the influence of environmental fluctuations on the success of this invasion.

La dystrophie myotonique de type 1 (DM1) est une maladie à transmission autosomale dominante causée par une répétition trinucléotidique CTG située dans la région 3’ non-traduite du gène dystrophia myotonica protein kinase (DMPK). La prévalence mondiale de la DM1 est de 8,26 personnes atteintes par 100 000 habitants : celle-ci est presque 20 fois plus importante au Saguenay-Lac-St-Jean en raison d’un effet fondateur. La présentation clinique de la DM1 peut comprendre divers symptômes dont de la faiblesse musculaire, de la myotonie, des cataractes, de l’insuffisance respiratoire, de l’arythmie cardiaque, de l’hypersomnolence et des troubles cognitifs et endocriniens. Par ailleurs, une grande variation dans la présence et la sévérité de ces symptômes est observée chez les patients et celle-ci n’est qu’en partie expliquée par la longueur des répétitions CTG. Plusieurs mécanismes pourraient expliquer la variabilité inexpliquée dont les défauts d’épissage, la mauvaise régulation des facteurs de transcription, la traduction non-ATG associée aux répétitions et les modifications épigénétiques, en particulier la méthylation de l’ADN. L’objectif de ce projet était donc d’évaluer l’impact de la méthylation de l’ADN au locus DMPK sur la variabilité phénotypique des patients atteints de DM1. Nous rapportons que la méthylation de l’ADN mesurée en amont et en aval de la répétition CTG est respectivement corrélée négativement et positivement avec la longueur de la répétition CTG. La présence d’une interruption de la répétition est associée à un niveau plus élevé de méthylation de l’ADN. À l’aide de modèles de régression linéaire multiple, nous démontrons que la méthylation de l’ADN contribue significativement et indépendamment de la longueur des répétitions CTG, à expliquer la variabilité́ de la force des dorsifléchisseurs de la cheville, de la force de préhension, de la force des pinces, de la capacité́ vitale forcée, du débit expiratoire de pointe, de la pression expiratoire et inspiratoire maximale. La méthylation de l’ADN explique une fraction de la variabilité phénotypique en DM1 et en association avec la longueur de la répétition CTG pourrait aider à améliorer la prédiction de la progression de la maladie chez ces patients. / Abstract : Myotonic dystrophy type 1 (DM1) is an autosomal dominant disorder caused by a CTG repeat extension in the 3’ untranslated region of the dystrophia myotonica protein kinase (DMPK) gene. Worldwide, the prevalence of DM1 is 8.26 affected persons per 100 000 persons, but it goes up to 158 affected persons per 100 000 in the Saguenay-Lac-St-Jean region of the province of Quebec (Canada) due to a founder effect. Clinical presentation includes muscular weakness, myotonia, cataracts, respiratory insufficiency, cardiac arrhythmia, hypersomnolence and endocrine and cognitive problems. There is a large variability in the presence and severity of these symptoms that is only partially explained by the CTG repeat length. Many mechanisms such as splicing defects, impaired regulation of transcription factors, repeat-associated non-ATG translation and epigenetic modifications, including DNA methylation, may explain this variability. The objective of this study was to assess the impacts of DNA methylation measured at the DMPK gene locus on phenotypic variability in DM1. We report that DNA methylation upstream of the repeat was negatively correlated with CTG repeat length whereas downstream DNA methylation was positively correlated. The presence of a variant repeat within the CTG repeat was associated with a higher level of DNA methylation. Linear multiple regression models support that DNA methylation contributes significantly and independently of the CTG repeat length to the variability of the ankle dorsiflexor, grip and pinch strengths, as well as forced vital capacity, peak expiratory flow and maximal inspiratory and expiratory pressures. DNA methylation could thus explain part of the phenotypic variability in DM1 and, together with CTG repeat length, could help improve the prediction of the progression of the disease.

Les interactions entre les contraintes environnementales sur le phénotype rendent complexe l'étude des mécanismes d'adaptation et d'évolution des plantes. Aborder une telle question nécessite une approche intégrée de l'orchestration, à différentes échelles, des réponses des plantes à des stimuli environnementaux isolés et combinés. Nous avons utilisé Arabidopsis thaliana pour évaluer les bases génétiques des réponses à deux contraintes abiotiques majeures en forte interaction au champ : la sécheresse et les hautes températures. Grâce à des outils performants pour l'analyse du phénotype, une large gamme de traits a été mesurée sur de nombreux génotypes différant dans leur plasticité. Nous avons caractérisé la croissance et des traits d'histoire de vie, la morphologie et la structure foliaire, ainsi que les capacités d'acquisition et de conservation des ressources, en particulier l'eau et le carbone. Après une description des réponses phénotypiques et de leur architecture génétique, les conséquences de ces réponses dans une perspective écologique et évolutive ont été évaluées. En particulier, nous avons analysé les variations des stratégies fonctionnelles mises en relief par les covariations phénotypiques et génétiques. De plus, les processus responsables des réponses observées ont été examinés. Les résultats ont permis de mettre en évidence des variations génétiques associées à plusieurs régions génomiques dont l'influence est probablement majeure pour les mécanismes d'adaptation des plantes. Certaines de ces régions génomiques, de par leur effet sur la performance, sont porteuses d'intérêt dans une perspective d'amélioration des espèces cultivées face aux changements climatiques actuels. / The mechanisms of plant adaptation and evolution are difficult to investigate since environmental constraints have interactive effects on plant phenotypes. Such study requires an integrated approach about the coordination, at different organizational levels, of the plant phenotypic responses to multiple environmental cues. Using the model plant Arabidopsis thaliana, we assessed the genetic bases of the integrated responses to two major abiotic constraints that strongly interact in the field: water availability and high temperature. Using powerful tools for the analysis of the phenotype, a large range of traits was measured in many genotypes that differ in their plasticity. We focused on the traits related to plant growth and life history, leaf structure and morphology, and to the acquisition and conservation of resources, specifically water and carbon. After a description of the phenotypic responses and their genetic architecture, the ecological and evolutionary consequences of these responses were evaluated. Specifically, we examined the variations in the functional strategies that are highlighted by phenotypic and genetic covariations. Moreover, the processes responsible of the observed phenotypic responses to environmental constraints were investigated. Strong genetic variability associated to particular genomic regions was identified. Such loci have presumably important influence on the mechanisms of plant adaption to fluctuating environments. Some of these genomic regions have a strong effect on plant performance in stressing conditions, and therefore offer promising avenues for crop improvement facing current global climate change.

Pour comprendre l'origine des variations d'histoire de vie des organismes, il fautétudier et mettre en évidence les stratégies d'histoire de vie et les processus évolutifsqui les gouvernent. Ce travail de thèse a pour objectif d'étudier les stratégiesd'histoire de vie et leur conditionnement par les caractéristiques individuellesen conditions naturelles. Les stratégies d'histoire de vie sont vues comme un agencementde normes de réactions et de compromis évolutifs. Cependant, l'étude desprocessus évolutifs en milieu naturel se heurte à des problèmes d'ordre méthodologique.En effet, le suivi exhaustif au cours du temps d'individus d'une populationest difficilement réalisable, voire impossible en conditions naturelles. Les méthodesde capture-marquage-recapture permettent une observation partielle des histoires devie et des traits d'histoire de vie. Ce travail se base sur l'idée que nos observationsne sont que la partie visible de processus sous-jacents qu'il est nécessaire de prendreen compte pour ne pas biaiser nos inférences statistiques. J'utilise la modélisation àstructure cachée pour 1) séparer le processus d'observation du processus dynamiqued'intérêt, 2) modéliser les histoires de vie complètes des individus, 3) intégrer dansun cadre unique et cohérent les décisions d'histoire de vie et les compromis évolutifset 4) représenter explicitement les mécanismes sous-jacents qui génèrent nos observations.Dans ce cadre, on peut alors intégrer les théories et concepts de la biologieévolutive dans l'analyse statistique des données d'observations. J'illustre ce travailpar l'étude du conditionnement des stratégies d'histoire de vie dans une populationnaturelle de saumon Atlantique sur le Scorff (Morbihan) à partir de données de CMR.Mes résultats mettent en évidence des décisions d'histoire de vie statut-dépendanteset des compromis évolutifs qui n'auraient pas pu être mis en évidence hors du cadrede modélisation proposé. / Understanding the origin of life history variations of organisms requires studying life historystrategies and evolutionary processes that drive them. This thesis aims at studying life historystrategies under natural conditions and how they are conditioned by individual characteristics.Life history strategies are seen as a combination of reaction norms and evolutionarytrade-offs. The study of evolutionary processes in the wild faces to methodological issues.Indeed, the exhaustive monitoring of individuals over time is often impossible in the wild.Capture-mark-recapture methods allow a partial observation of life histories and life historytraits. This work was based on the idea that our observations are only the visible part ofunderlying processes that need to be accounted for to limit the risk of flawed statistical inferences.I resort to hidden structure modeling to 1) separate the observation process fromthe dynamic process of interest, 2) model the full life histories of individuals, 3) integratewithin a single and coherent framework life history decisions and evolutionary trade-offs and4) explicitly represent the underlying mechanisms that generate our observations. Withinthis framework, one can confront theories and concepts in evolutionary biology with observationaldata through appropriate statistical tools. Finally, I illustrate this work by studying theconditioning of life-history strategies in a natural population of Atlantic salmon on the Scorffriver (Morbihan) using CMR data. My results highlight status-dependent life history decisionsand evolutionary trade-offs that could not be identified without our proposed modelingframework.

L’organisation biologique, du niveau moléculaire jusqu’au niveau des performances de l’organisme. La locomotion est une fonction neurophysiologique hautement intégrée illustrant un tel processus multi-échelle. Le déclin des performances de locomotion avec l’âge, comme la vitesse maximale, a été observé pour de nombreuses espèces, aussi bien en captivité qu’en milieu naturel. Cependant, ces descriptions restent souvent succinctes, sans précision sur la progression de ces performances au cours du vieillissement. Dans ces travaux, nous utilisons une équation bi-phasique pour décrire la relation entre performance de locomotion et âge sur l’ensemble de la durée de la vie pour Caenorhabditis elegans, Mus domesticus, Canis familiaris, Equus caballus et Homo sapiens. Les performances maximales de locomotion se révèlent être des bio-marqueurs robustes pour suivre la progression des performances sur l’ensemble de la durée de vie des animaux, permettant ainsi d’estimer le pic physiologique et le début du déclin des performances. De plus, dans tous les cas, nous remarquons que la forme de progression des performances maximales selon l’âge est similaire et conservée d’une espèce à l’autre ; seule varie la pente dans le temps, dépendant de l’espèce et la performance mesurée. L’observation des performances selon le genre ne montre pas de différence dans la forme de l’enveloppe. Néanmoins, elle révèle des écarts variables dans les performances maximales entre femelles et mâles selon les espèces. Enfin, les conditions thermiques affectent les performances maximales de locomotion, mais la forme de l’enveloppe reste aussi préservée. Nous avons ensuite étudié le développement et l’expansion de cette dynamique au cours du siècle dernier pour les performances athlétiques maximales d’Homo sapiens. Cette étude révèle que la forme s’est progressivement précisée au cours du temps en s’étendant à tous les âges et suivant homothétiquement la progression des records du monde. Néanmoins, la progression semble ralentir au cours des dernières décennies, laissant présager l’atteinte possible des limites biologiques d’Homo sapiens. Ces travaux offrent de nouvelles perspectives sur l’utilité des approches comparatives et l’utilisation d’un bio-marqueur comme les performances de locomotion pour suivre les dynamiques sur l’ensemble de la durée de vie à différentes échelles. Elles apportent aussi un regard novateur sur la progression des performances avec l’âge, en intégrant à la fois les processus de développement et de vieillissement, permettant ainsi de préciser les pics physiologiques et la forme des progressions des performances sur toute la durée de la vie. / Aging is a complex, multi-scale process that affects all levels of biological organization from molecular structure to individual behavior. Locomotion is a highly integrated neurophysiological function that illustrates this process. The functional decline in locomotion with age has been described in a wide-range of species, both domestic and wild, and appears as a common aspect of senescence among animals. However, in most cases these descriptions remain incomplete and the dynamics of age-related changes are poorly understood. Here, we use a conceptual feature to describe age-related changes in locomotor performances for Caenorhabditis elegans, Mus domesticus, Canis familiaris, Equus caballus and Homo sapiens. We show that measurements of locomotor performance are consistent biomarkers of age-related changes, with a well preserved pattern regardless of the type of effort or duration. We also show that age-related pattern for locomotor performance are modulated by gender and environment. Nevertheless, in every case, the pattern remains similar and very well preserved. The second part of this work introduces the concept of phenotypic expansion and focuses on the expansion of the age-related pattern for Homo sapiens during the last century. Since the first edition of modern Olympic Games in 1896, athletes have consistently improved previous records, echoing scientific and industrial progress. Their data constitute privileged and accurate biomarkers, as sport performances reflect highly integrated neuro-physiological traits based on complex multifactorial interactions. Following the progression of the world records, the age-related pattern expanded gradually during the 20th century. However, the last decades show a slow-down in the expansion, following again the recent asymptotic levelling off of world records, which no longer supports the historical motto “Citius, Altius, Fortius”. This work provides new insights about the utility of an age-based comparative approach to provide a thorough understanding of aging processes and also for gaining insights into aging at different levels of biological organization and in an evolutionary perspective.