Trees, like many other organisms, decrease their rate of metabolic activities to cope up with harsh environments. This stage of "dormancy" is marked by shedding of leaves and bud-set in deciduous trees. Recent studies have revealed the role of the circadian clock in synchronizing the timing of dormancy and physiology for conferring fitness in trees. To better understand the possible role of natural selection on circadian clock-related genes in climatic adaptation, I took a candidate gene approach, selecting circadian clock genes, some of which had been functionally validated, and others hypothesized, to identify signatures of natural selection in Populus trichocarpa and P. deltoides. Using both frequency spectrum based tests and tests of heterogeneity, I identified genetic variants deviating from selective neutrality. Results reveal that photoreceptors and dormancy regulator genes may have been the targets of natural selection. Nearly the same levels of selective constraints were found in different functional groups of genes irrespective of pleiotropy. Further, upstream regions of all genes showed high selective constraint, with some of them (FT-2, PIF-4, FRIGIDA) showing significantly higher variation than the other genes, hinting at the role of non-coding regulatory regions in local adaption. In some cases, the same genes in both species appeared as outliers, including PIF-6, FRI, FT-2, SRR1, TIC, and CO, which might reflect their common role in adaptation across species boundaries. All of these results indicate a complex nature of phenology regulation and local adaptation in Populus species with photoreceptors and dormancy regulator genes playing key roles. / Master of Science

Depuis le début des années 1990, différentes stratégies de phytoremédiation ont été proposées pour réhabiliter les zones polluées par des éléments traces métalliques (ETM). Parmi ces stratégies, la phytoextraction consiste en l’absorption et l’accumulation par les plantes des ETM présents dans les sols. Afin de mettre en place cette stratégie, il a été proposé d’utiliser le peuplier en raison de sa croissance rapide, de son importante biomasse et de ses débouchés énergétiques. Cependant une proportion considérable des métaux absorbés par cet arbre est accumulée dans les feuilles alors que celles-ci chutent à l’automne. Ainsi, l’efficacité de phytoextraction du peuplier peut se trouver limitée si aucun mécanisme de remobilisation des ETM n’est mis en place au cours de la sénescence automnale. Dans ce contexte, une partie des travaux de cette thèse a été réalisée sur la parcelle expérimentale de Pierrelaye polluée suite à l’épandage d’eaux usées de la ville de Paris. Nous avons recherché parmi les 14 génotypes de peuplier présents sur le site, ceux qui sont les plus efficaces pour remobiliser les métaux des feuilles vers les parties pérennes. Des mesures de contenu en métaux, d’expression de gènes et des analyses corrélatives ont ouvert de nouvelles pistes concernant la gestion des métaux foliaires. Parce que la vacuole constitue le principal lieu de stockage des métaux de la cellule, les protéines d’efflux vacuolaire NRAMP (Natural Resistance-Associated Macrophage Protein) précédemment identifiées chez Arabidopsis thaliana, représentent de bons candidats pour stimuler la remobilisation des métaux foliaires. La caractérisation de leurs homologues chez le peuplier a donc été entreprise par expression chez la levure et chez A. thaliana. Afin de contrôler indépendamment le transport des métaux essentiels et non-essentiels chez les NRAMP, une étude visant à identifier les déterminants structuraux impliqués dans leur sélectivité a été réalisée. La caractérisation des mutants NRAMP affectés dans leur sélectivité par expression chez A. thaliana a mis en lumière leur impact sur l’accumulation et la tolérance aux métaux. Dans le but d’étudier l’implication de mécanismes plus généraux de recyclage des nutriments dans la remobilisation des métaux au cours de la sénescence foliaire, le rôle de l’autophagie a été testé chez A. thaliana. L’étude de plantes déficientes pour l’autophagie a montré l’implication de ce mécanisme dans l’efficacité d’utilisation des métaux et probablement dans leur remobilisation au cours de la sénescence. En combinant des études en champ sur le peuplier et de génétique moléculaire chez Arabidopsis, ce travail permet de proposer différentes pistes pour diminuer spécifiquement l’accumulation des ETM dans les feuilles de peuplier. / Since the early 1990s, various strategies have been proposed to rehabilitate trace element (TE) polluted areas by phytoremediation. Among these strategies, phytoextraction consists in TE uptake from soil and accumulation by plants. To implement this strategy, it has been proposed to use poplar due to its fast growth, its large biomass and its use in energy production. However, a substantial proportion of absorbed metals is accumulated in poplar leaves which fall in autumn. Thus, poplar phytoextraction efficiency may be limited if TE are not re-mobilized during autumn senescence. In this context, part of this thesis work has been carried out on the experimental field of Pierrelaye which was polluted by the spreading of sewage water from Paris. Among the 14 poplar genotypes growing on the field, we tried to identify those that efficiently remobilize leaf metals to perennial organs. Metal content, gene expression and correlative analyses have been undertaken, providing new insight in the management of metals in leaves. Because the vacuole is the main metal storage compartment in the cell, NRAMP (Natural Resistance-Associated Macrophage Protein) vacuolar efflux proteins previously identified in Arabidopsis thaliana are good candidates to enhance leaf metal remobilization. Characterization of their homologues in poplar was therefore undertaken by expression in yeast and in A. thaliana. In order to independently control the transport of essential and non-essential metals by NRAMP, a study aiming to identify the structural determinants involved in selectivity was undertaken. Expression of NRAMP mutants affected in their selectivity in A. thaliana highlighted their impact on metal accumulation and tolerance. To study the involvement of more general nutrient recycling mechanisms in metal remobilization during leaf senescence, the involvement of autophagy was tested in A. thaliana. Physiological characterization of autophagy deficient plants indicated that this mechanism plays a role in metal use efficiency and probably in metal remobilization during senescence. By combining a field approach on poplar and molecular genetics in Arabidopsis, this work opens multiple perspectives to specifically reduce the accumulation of TE in poplar leaves.

No description available.

Diss. (sammanfattning) Umeå : Sveriges lantbruksuniversitet, 2009. / Härtill 4 uppsatser.

Thesis (Ph. D.)--Institute of Paper Chemistry, 1969. / Includes bibliographical references (p. 97-99).

Our understanding of tree growth and development has increased substantially in the last few decades and is expected to increase much more as we fully exploit newly developed genomic tools. A major milestone in tree genomics was the sequencing of the entire genome of Populus trichocarpa, and the realization that we understand the function of very few of the 45,000 predicted genes in this genome. To advance our knowledge of gene function in Populus, we have created the largest population of mutant poplars to date which will enable us to link altered phenotypes with genes that are responsible. This thesis describes this mutant population, provides preliminary results on the complexity of mutants identified and examines one distinct mutant called shriveled leaf. These results clearly demonstrate the power of this population for gene function analysis and reveal that this population will be a valuable genomic resource for tree biotechnology for many years to come. / Thesis (Master, Biology) -- Queen's University, 2008-01-31 16:09:03.458

Les modèles climatiques prédisent pour le futur une accentuation de la fréquence et de l'intensité des épisodes de sécheresse, ce qui affecterait sérieusement les écosystèmes forestiers. En conséquence, il y a une demande croissante pour du matériel végétal plus résistant à la sécheresse, et pour la compréhension des mécanismes génétiques et physiologiques de la tolérance des arbres à la sécheresse. Dans des conditions de sécheresse, la tension dans les vaisseaux du xylème augmente, et la cavitation peut se produire causant une embolie du vaisseau qui devient alors non fonctionnel. La vulnérabilité du xylème à la cavitation est corrélée à la tolérance à la sécheresse, indiquant l'importance de ce caractère pour la tolérance à la sécheresse. Cependant, peu était connu sur la variabilité de ce caractère au niveau intra-spécifique et ses bases génétiques étaient inconnues. Dans un premier temps, nous avons démontré que la vulnérabilité à la cavitation du xylème de peuplier (Populus tremula x Populus alba) s'acclimate à des conditions de sol plus sec et que ceci s'accompagne de changements dans la structure du xylème et d'expressions géniques. Ce processus d'acclimatation appuie l'hypothèse du rôle important joué par la vulnérabilité du xylème à la cavitation dans la tolérance à la sécheresse. Dans un second temps, nous avons étudié les bases structurales et génétiques de la vulnérabilité à la cavitation grâce à deux approches. La première a consisté à étudier les changements anatomiques et d'expressions géniques se produisant au cours de l'acclimatation de la vulnérabilité du xylème à la cavitation à des conditions plus sèches. Nous avons déterminé que l'augmentation de la vulnérabilité à la cavitation dans des conditions plus sèches est corrélée à une diminution du diamètre de la paroi de la ponctuation. Nous avons observé des changements d'expression géniques dans des conditions de sécheresse mais ceux ci n'ont pas pu être reliés à un changement de la vulnérabilité à la cavitation. Dans une seconde approche, nous avons utilisé dix lignées de peupliers dont l'expression de gènes impliqués dans le métabolisme de la lignine ont été modifiés et deux lignées surexprimant une pectine méthylestérase (PME) pour examiner le rôle de ces gènes dans la vulnérabilité à la cavitation. Chez les peupliers ayant un métabolisme des lignines modifié, nous avons également testé la relation entre les propriétés hydriques et mécaniques. Nous apportons des preuves que les lignines et les pectines (à travers les PME) sont impliquées dans la vulnérabilité à la cavitation et nos données sur les lignées transgéniques de peupliers ne soutiennent pas un lien exclusif entre les propriétés hydriques et mécaniques.

Plant-herbivore interactions play a significant role in the structure and functioning of ecosystems. Co-evolutionary theory suggests that plant defenses evolved due to herbivores and herbivore pressure can shape the genetic composition of their food resources. We used interactions between North American porcupines (Erethizon dorsatum) and trembling aspens ( Populus tremuloides) as a system to investigate this theory's important assumption that herbivores select food sources based on genetically controlled traits. We confirmed that porcupines exhibit intra-specific food selection and that this is linked to the genetic composition of the aspens. We also demonstrated that variation in phenolic glycosides and condensed tannins are strong components of this selection, thereby creating an important link between genetics, plant chemistry, and mammalian herbivory. We investigated potential impacts of porcupine herbivory on aspen using fluctuating asymmetry, however we did not detect any stress on heavily eaten trees, thereby questioning the validity of this tool for this study system.

Diss. (sammanfattning) Umeå : Sveriges lantbruksuniversitet, 2005. / Härtill 4 uppsatser.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2004. / Bibliogr.: f. 61-87. Publié aussi en version électronique.