Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

L’objectif de cette thèse était d’étudier les transporteurs de saccharose impliqués dans le développement des organes puits, et plus précisément leur rôle dans la racine des plantes soumises à la contrainte hydrique.L’expression des transporteurs AtSUCs et AtSWEETs a été cartographiée, au cours du développement complet de plantes A. thaliana cultivées en hydroponie, dans la rosette, la hampe, les siliques et les racines. En parallèle, nous avons évalué l’allocation du carbone et le métabolisme des sucres dans la plante entière au cours du développement pour finalement (1) avoir un aperçu de l’allocation du carbone, du métabolisme des sucres ainsi que de l’expression des transporteurs de saccharose et (2) discuter leurs possibles relations.Dans un second temps, nous avons conçu un système de culture en sol innovant appelé « Rhizobox » permettant la récolte de racines propres, l’analyse de l’architecture du système racinaire et l’application de la contrainte hydrique. Lors de la contrainte hydrique, la croissance racinaire est réduite, mais l’exploration en profondeur du système racinaire est maintenue probablement pour améliorer l’absorption d’eau. De plus, même si la rosette soumise à la contrainte hydrique était plus petite, l’export de 14C, vers la racine, était augmenté. Dans le même temps, les niveaux de transcrits des gènes de facilitateurs de saccharose AtSWEET11 et AtSWEET12 ainsi que du gène AtSUC2, un symporteur saccharose:H+ spécifique de la cellule compagne, tous trois impliqués dans le chargement du saccharose dans le phloème, étaient augmentés dans les feuilles des plantes soumises à la contrainte hydrique, corroborant l’augmentation de l’export du carbone vers la racine. De façon intéressante, les niveaux de transcrits des gènes AtSUC2 et d’ASWEET11-15, étaient plus élevés dans les racines stressées, soulignant (1) la potentielle existence d’un déchargement apoplastique du saccharose dans la racine d’A. thaliana et (2) un rôle putatif pour ces transporteurs de saccharose dans le déchargement du saccharose dans la racine étant donné qu’ils sont principalement exprimés dans les zones de la racine où la demande en carbone est importante. / The aim of this thesis was to investigate the sucrose transporters involved in sink organs development, and more precisely their role in roots of plants submitted to water deficit.The expression of AtSUCs and AtSWEETs transporters was mapped during the full development of A. thaliana plants grown hydroponically in rosette, stem, siliques and roots. In parallel, we evaluated C partitioning and sugar metabolism in whole plant during development to finally (1) get an insight on C allocation, sugar metabolism and sucrose transporters genes expression and (2) discuss their possible relationships.Secondly, we designed an innovating soil culture system, called “Rhizobox” which allows clean roots harvest, root system architecture analysis and water deficit experiment. Under water deficit, root growth was reduced, but in depth root exploration was maintained probably to improve water uptake. In addition, although shoot submitted to water deficit were smaller, 14C exported to the roots increased. In the same time, the transcript levels of the sucrose effluxers gene AtSWEET11 and AtSWEET12 and the companion-cell specific sucrose:H+ symporter gene AtSUC2, all three involved in sucrose phloem loading, are up-regulated in leaves of water deficit plants, agreeing with the increase in carbon export to the roots. Interestingly, the transcript levels of AtSUC2, and AtSWEET11-15, were higher in stressed roots, underlying (1) the potential existence of sucrose apoplastic unloading in Arabidopsis roots and (2) a putative role for these sucrose transporters in sucrose unloading in root since they are mainly expressed in root zones where C demand is high.

Le système racinaire des arbres peut établir des symbioses ectomycorhiziennes (ECM) avec des champignons rhizosphériques. La mise en place de la symbiose est accompagnée d'une stimulation de la formation des racines latérales (RLs), et d'une modification de la croissance racinaire. Ces processus développementaux conduisent à la formation de racines courtes typiques des ECMs. Il a été montré que l'auxine est une phytohormone clef dans la formation des RLs ainsi que dans la croissance racinaire. Notre projet s'est focalisé sur l'étude de la régulation des voies de l'auxine dans la racine de peuplier en réponse à L. bicolor. Dans cette étude, nous avons mis en évidence un arrêt de croissance des RLs et des racines adventives du peuplier Populus tremula x P. alba, après deux semaines de co-culture avec L. bicolor. De plus, nous avons aussi montré que cet arrêt n'est pas conditionné par la présence du réseau de Hartig. Une analyse de l'expression globale des gènes de peuplier dans la mycorhize a été réalisée au cours de la formation de la mycorhize. Cette analyse, couplée à des observations du gradient auxinique via le patron d'expression du promoteur DR5, montre que la signalisation auxinique est affectée dans l'organe symbiotique. La quantification de l'auxine (acide indole 3-acétique, AIA) et des métabolites associés a permis de mettre en évidence un environnement symbiotique riche en auxine dans la mycorhize, qui pourrait expliquer les modifications de la signalisation auxinique. De plus, un changement de la conjugaison et de la dégradation de l'AIA est détecté dans la racine, ainsi qu'une dégradation de l'AIA dans les hyphes de L. bicolor. En parallèle, une analyse fonctionnelle de PtaPIN9, un orthologue de AtPIN2, responsable du transport basipète de l'auxine à l'apex racinaire chez Arabidopsis thaliana, a été réalisée au cours de la mycorhization avec L. bicolor. L'immunolocalisation de PtPIN9 dans les racines de peuplier a montré une localisation similaire à AtPIN2, dans les cellules épidermiques. Les lignées transgéniques ayant une modification de l'expression de ce gène ne répondent pas à L. bicolor en terme de stimulation de RLs. Dans les racines mycorhizées, PtaPIN9 n'est plus observée, mais les modifications de l'expression de PtaPIN9 ne modifient ni l'arrêt de croissance racinaire, ni la formation du réseau de Hartig. Ces résultats montrent des modifications majeures des voies de l'auxine du peuplier par le champignon symbiotique L. bicolor. Cette étude ouvre des perspectives sur la compréhension du rôle de l'auxine dans le développement racinaire ainsi que dans le contexte des interactions plantes-microorganismes / Root systems of host trees are known to establish the ectomycorrhizal (ECM) symbiosis with rhizospheric fungi. This mutualistic association leads to modifications of root development that including a stimulation of lateral host roots, and a modification in root growth. The phytohormone auxin (Indole-3-acetic acid, IAA) is known to regulate LRs formation and root growth. Our research focussed on auxin pathways in poplar root in response to L. bicolor. In this study, our data showed that the poplar-Laccaria bicolor interaction leads to the arrest of LRs and adventitious root growth after two weeks of interaction. We also showed that this arrest is not regulated by the Hartig net. Differential auxin responses were analyzed by using an auxin-responsive DR5::GUS marker line and revealed a loss of auxin response in ECM roots. An oligoarray-based transcript profiling of poplar roots in contact with L. bicolor highlights a differential expression of auxin asociated genes in ECM. Measurement of auxin metabolite in ECM and in the free living partners revealed an IAA accumulation, an activation of the IPyA (Indol-3-Pyruvic Acid) dependant IAA biosynthesis pathway in both partners, as well as changes in IAA conjugation pathways in poplar and in IAA degradation pathways in L. bicolor. Our findings illustrate the impact of L. bicolor colonization on root auxin metabolism and response, and also suggest a role of auxin as a signal in the formation of ECM and in the regulation of ECM function. In parallel, PtaPIN9 function analysis in response to L. bicolor has been performed. PtaPIN9 immunolocalization in poplar roots showed similar localization to AtPIN2 in epidermis cells. Transgenic lines having a modification in PtaPIN9 expression, did not formed new LRs in respond to L. bicolor. In ECM roots, the loss of PtaPIN9 signal is observed but modifications of PtaPIN9 expression did not modify the root growth arrest and the Hartig net formation. These results show major changes in auxin associate pathways in poplar root by the symbiotic fungus L. bicolor, during the formation of the mycorrhiza root. Our results offer perspectives on the role of auxin in root development and in the context plants-microbes interactions

Le sol représente un puits de carbone important, dont les entrées et les sorties sont gouvernées par de nombreux facteurs biotiques et abiotiques. Nous nous intéressons à deux facteurs biotiques essentiels : la qualité de la litière, principale source des MOS; et les vers de terre, ingénieurs clés des sols tempérés. Nous étudions le devenir de parties racinaires et aériennes, marquées au carbone 13, dans le sol et des turricules de Lumbricus terrestris, au cours d'une expérimentation en mésocosmes d'une année. Nous utilisons une approche pluridisciplinaire à différentes échelles spatio-temporelles pour quantifier, localiser et caractériser le carbone organique incorporé dans le sol et les turricules, pendant les 54 semaines d'expérimentation. La composition chimique des parties racinaires et aériennes a un impact significatif sur le devenir du carbone dans le sol et semble influencer la palatabilité de la litière pour les vers de terre. Après une année d'expérience, la contribution des racines, par rapport aux parties aériennes est plus importante dans le sol et les turricules. Les interactions physiques semblent également jouer un rôle important dans la formation et l'évolution des turricules. Les vers de terre minimisent l'effet contrasté des parties racinaires et aériennes sur le carbone du sol et des turricules. Les invertébrés du sol doivent être pris en compte lors de l'étude des processus d'incorporation, de décomposition et de stabilisation du carbone dans le sol. Les microorganismes jouent un rôle essentiel dans la décomposition de la litière et semblent contribuer au carbone stable du sol, et ce particulièrement dans les turricules. / Soil represents an important carbon sink, which inputs and outputs are governed by numerous biotic and abiotic factors. We focused on two essential biotic factors: litter inputs, the main source of SOM; and earthworms, key soil engineers in temperate regions. We investigated the fate of 13C-labelled Ryegrass root and shoot litter, in soil and epi-anecic earthworm casts (Lumbricus terrestris), based on a one year mesocosm experiment. Soil samples were collected at two depths, as well as surface casts, regularly during the 54 weeks of experiment. SOM complexity and heterogeneous composition was considered, using a multidisciplinary approach at different spatio-temporal scales to quantify, localize and characterize the organic carbon incorporated in soil and earthworm casts. The chemical composition of roots and shoots had a significant impact on the fate of carbon in soil, with an increased contribution from root-derived carbon in soil and casts after one year. The chemical composition tended to influence the litter palatability for earthworms. As organo-mineral associations tended to increase during drying and ageing of casts, physical interactions might have also played an important role in cast formation and evolution. Earthworms tended to minimize the diverging fate of root and shoot residues on both soil and cast carbon, after the year of experiment. Thus, while studying soil carbon incorporation, decomposition and stabilization, the role of soil invertebrates should be particularly considered. We also observed the crucial role of microorganisms in decomposing litter and their potentially high participation to stable carbon pool in soil and particularly in casts.

L'ordre faible sur un groupe de Coxeter W est un ordre partiel sur les éléments de W, intervenant dans de nombreux domaines de la combinatoire algébrique. Dans cette thèse, on propose un nouveau modèle général pour l'étude de cet ordre ainsi que d'autres ensembles ordonnés affiliés, et on explore diverses conséquences aussi bien algébriques que combinatoires de cette construction. On commence, dans le chapitre 3, par étudier une version restreinte de ce modèle. Plus précisément, on explique comment on peut associer un ensemble ordonné (aussi appelé « poset » à tout graphe orienté, simple, acyclique et muni d'une valutation sur ses sommets (aussi appelé « graphe valué »). On montre ensuite que ces posets sont en général des semi-treillis inférieurs, des treillis quand le graphe est fini, et on donne une formule explicite pour les valeurs de leurs fonctions de Möbius. On prouve ensuite que l'ordre faible sur les groupes de Coxeter de type A, B et A, le « flag weak order », ainsi que le treillis des idéaux supérieurs et inférieurs de tout poset fini peuvent être décrit avec notre modèle. Cette description amène naturellement à associer une série quasi-symétrique à chaque élément de An et An et on montre que cette série est en fait la série de Stanley associée. On présente dans le chapitre 4 les résultats centraux de la thèse, en effet on y introduit la généralisation de la construction faite au chapitre précédent au cas de tout graphe valué, c'est-à-dire sans condition s'acyclicité et de simplicité. On s'affranchit également de certaines contraintes imposées par la définition du chapitre 3, ce qui nous permet d'associer à tout graphe valué un treillis complet, et non plus un semi-treillis. En particulier, les semi-treillis du chapitre 3 se retrouvent naturellement plongés dans un treillis complet. Ceci nous amène à nous intéresser à des conjectures de Dyer portant sur l'étude d'une extension de l'ordre faible sur tout groupe de Coxeter (entre autres, il est conjecturé que ces extensions sont des treillis complets). On construit alors, à l'aide de notre formalisme, des extensions de l'ordre faible ayant beaucoup des propriétés conjecturalement attachées aux extensions de Dyer, et contenant ces dernières comme sous-poset. On conjecture que l'une de ces extensions coïncide avec celle de Dyer, et on fournit des outils pour le tester. Finalement, on étudie diverses conséquences de notre théorie : la construction d'extensions des semi-treillis cambriens (fin du chapitre 4), la construction d'un nouveau modèle combinatoire pour le treillis de Tamari et m-Tamari (chapitre 5), et enfin on propose une application à la combinatoire des tableaux (chapitre 6) / Weak order on a Coxeter group W is a partial order on W appearing in many areas of algebraic combinatorics. In this thesis, we propose a new general model for the study of the weak order and other related partially ordered sets (also called “posets”) and we explore various algebraic and combinatorial consequences of this construction. We begin with studying a restricted version of this model in Chapter 3. More precisely, we explain how one can associate a poset to any simple acyclic digraph together with a valuation on its vertices (also called “valued digraph”). We then prove that these posets are complete meet semi-lattices in general, complete lattices when the underlying digraph is finite, and we give an explicit formula to compute the value of their Möbius functions. Then, we show that the weak order on Coxeter groups of type A, B and A, the flag weak order, and the up-set (resp. down-set) lattices of any finite poset can be described within this theory. This description naturally leads to associate a quasi-symmetric function to any element of An And An, and we demonstrate that this function is in fact the corresponding Stanley symmetric function. In Chapter 4 we introduce the main results of this thesis. Indeed, we introduce in this chapter the generalization of the construction made in Chapter 3 to the case of any valued digraph, that is without the simplicity and acyclicity condition. Furthermore, this new definition allows us to get rid of some constraints of the definition of Chapter 3, allowing us to associate a complete lattice to each valued digraph. In particular, the meet semi-lattices of Chapter 3 are naturally extended into complete lattices. This leads us to the study of some conjectures of Dyer about the properties of an extension of the weak order having a lot of the properties conjecturally attached to Dyer’s extensions, and we prove that each one of our extensions contains Dyer’s extension as a sub-poset. We make the conjecture that one of this extension coincide with the one of Dyer, and we provide tools in order to test this conjecture. Finally, we study various consequences of out theory : we provide extensions of Cambrian semi-lattices into complete lattices (end of Chapter 4), we construct a new combinatorial model for Tamari and m-Tamari lattices (Chapter 5), and we finish with an application to tableaux combinatorics (Chapter 6)

Soit Γ un sous-groupe fini de SU2(ℂ). Alors le quotient ℂ2/Γ peut être plongé dans ℂ3 sous la forme d'une surface munie d'une singularité isolée. Le quotient ℂ2/Γ est appelé singularité de Klein, d'après F. Klein qui fut le premier à les décrire en 1884. A travers leurs résolutions minimales, ces singularités ont un lien étroit avec les diagrammes de Dynkin simplement lacés de types Ar, Dr et Er. Dans les années 1970, E. Brieskorn et P. Slodowy ont tiré profit de cette connection pour décrire les résolutions et les déformations de ces singularités à l'aide de la théorie de Lie. En 1998 P. Slodowy et H. Cassens ont construit les déformations semiuniverselles des ℂ2/Γ à l'aide de la théorie des carquois ainsi que des travaux de P.B. Kronheimer en géométrie symplectique datant de 1989. En théorie de Lie, la classification des algèbres de Lie simples divisent ces dernières en deux classes: les algèbres de Lie de types Ar, Dr et Er qui sont simplement lacées, et celles de types Br, Cr, F4 et G2 appelées non-homogènes. A l'aide d'un second sous-groupe fini Γ' de SU2(ℂ) tel que Γ ⊲ Γ', P. Slodowy a étendu en 1978 la notion de singularité de Klein aux algèbres de Lie non-homogènes en ajoutant à ℂ2/Γ le groupe d'automorphismes Ω= Γ'/Γ du diagramme de Dynkin associé à la singularité. L'objectif de cette thèse est de généraliser la construction de H. Cassens et P. Slodowy à ces singularités de types Br, Cr, F4 et G2. Il en résultera des constructions explicites des déformations semiuniverselles de types inhomogènes sur les fibres desquelles le groupe Ω agit. Le passage au quotient d'une telle application révèle alors une déformation d'une singularité de type ℂ2/Γ' / Let Γ be a finite subgroup of SU2(ℂ). Then the quotient ℂ2/Γ can be embedded in ℂ3 as a surface with an isolated singularity. The quotient ℂ2/Γ is called a Kleinian singularity, after F. Klein who studied them first in 1884. Through their minimal resolutions, these singularities have a deep connection with simply-laced Dynkin diagrams of types Ar, Dr and Er. In the 1970's E. Brieskorn and P. Slodowy took advantage of this connection to describe the resolutions and deformations of these singularities in terms of Lie theory. In 1998 P. Slodowy and H. Cassens constructed the semiuniversal deformations of the Kleinian singularities using quiver theory and work from 1989 by P.B. Kronheimer on symplectic geometry. In Lie theory, the classification of simple Lie algebras allows for a separation in two classes: those simply-laced of types Ar, Dr and Er, and those of types Br, Cr, F4 and G2 called inhomogeneous. With the use of a second finite subgroup Γ’ of SU2(ℂ) such that Γ ⊲ Γ’, P. Slodowy extended in 1978 the definition of a Kleinian singularity to the inhomogeneous types by adding to ℂ2/Γ the group of automorphisms Ω= Γ’/Γ of the Dynkin diagram associated to the singularity. The purpose of this thesis is to generalize H. Cassens' and P. Slodowy's construction to the singularities of types Br, Cr, F4 and G2. It will lead to explicit semiuniversal deformations of inhomogeneous types on the fibers of which the group Ω acts. By quotienting such a map we obtain a deformation of a singularity ℂ2/Γ’

Dans cette these, nous identifions le réseau de régulation de gènes (RRG) agissant en aval de CROWN ROOTLESS1 (CRL1) et impliqué dans la formation des racines coronaires (RC) chez le riz, en vue d’identifier des gènes candidats pour moduler l’architecture du système racinaire (ASR) du riz et du maïs. Pour ce faire, nous avons généré une série temporelle transcriptomique, et l’avons utilisée pour inférer le RRG en jeu durant 45 heures après l’induction de CRL1, un intervalle couvrant les étapes précoces de l’initiation des RC. Nous avons partiellement validé ce réseau en utilisant des bases de données de prédiction de sites de liaison de facteurs de transcription, ainsi que la littérature décrivant des interactions connues. A partir de ce réseau validé, nous avons identifié une cascade de régulation reliant des gènes impliqués dans l’initiation des RC à d’autres genes impliqués dans le patterning et la maintenance des primordia de RC, et testé cette cascade par des essais de transactivation en protoplastes. Les résultats obtenus ont globalement confirmé la cascade prédite, ce qui démontre l’utilité des approches de biologie des systèmes pour mieux comprendre les mécanismes impliqués dans le développement des RC. Un autre jeu de données transcriptomique a été obtenu par microdissection laser des primordia de RC à trois stades développementaux. L’analyse différentielle par rapport au tissu cortical adjacent révèle la regulation transcriptionnelle en jeu après l’initiation des RC et l’organisation des primordia. A partir d’une analyse croisée entre données de la série temporelle, données issues de microdissection, autres listes de gènes publiées en lien au développement racinaire chez le riz, analyse formelle du RRG et curation de la littérature, nous avons établi quatre classements en fonction de différentes stratégies de pondération, et identifié les gènes les plus importants du RRG. A partir de ce méta-classement, deux gènes candidats ont été identifies. Leur impact sur la formation des RC et l’ASR sera étudiée au travers de la génération de lignées de surexpression ou knock-out, chez le maïs et le riz. / In this thesis, we aimed at identifying the gene regulatory network (GRN) acting downstream of CRL1 and involved in the formation of crown root (CR) primordia in rice. We used this information to identify candidate genes to modulate root system architecture of rice and maize. To do so, we generated a time-series transcriptomic dataset that was used to infer the GRN at play during the 45 hour following CRL1 induction, covering early steps of CR primordia formation. This network was partially validated using a database describing predicted transcription factor (TF) target genes and literature on available regulatory interactions. From this, a regulatory cascade linking genes involved in CR initiation to genes involved in CR primordia patterning and maintenance was proposed and tested using transient protoplast transactivation assays. Obtained data mostly confirmed the predicted regulatory cascade demonstrating the usefulness of systems biology approaches to better understand the mechanisms involved in CR development. Another transcriptomic dataset obtained from laser capture microdissection of CR primordia at three later developmental stages analysed against adjacent stem cortex tissue, provided insight to the transcriptional regulation occurring after CR initiation and primordia organization. From cross-analysis between time series and microdissected primordia transcriptomic data set, other published gene lists related to root development in rice, formal GRN analysis and literature curation, we computed four rankings according to different scoring strategies to identify the most important genes in the GRN. From this meta-ranking, two candidate genes were identified. Their impact on CR formation and root system architecture will be further studied via the generation of over- or down-expressing lines in maize and rice.

L’organogenèse post-embryonnaire des racines latérales joue un rôle essentiel dans l’établissement de l’architecture du système racinaire des plantes, et donc dans leur croissance et leur performance. L’objectif de cette thèse est de caractériser le réseau de gènes régulant le développement des racines latérales et en particulier, l’organisation fonctionnelle du primordium de racine latérale, formant un nouveau méristème racinaire, chez la plante modèleArabidopsis thaliana en combinant des études de biologie des systèmes appliquées à la dynamique du transcriptome lors de la formation des racines latérales avec la caractérisation fonctionnelle de gènes candidats pour la régulation de ce phénomène d’organogenèse.La première partie de la thèse concerne l’identification des cibles de PUCHI, un facteur de transcription de type AP2/EREBP impliqué dans le contrôle de la prolifération et de la différentiation cellulaire dans le primordium de racine latérale. Le phénotype liés à la parte de fonction de PUCHI a été caractérisé en détail et à mis en évidence un rôle de ce facteur de transcription dans l'initiation des racines latérales et le développement et l'organisation des primordia. Par l’analyse de profils spatiaux et temporels d’expression de gènes, nous avons pu mettre en évidence que l’expression de gènes codant des protéines impliquées dans la biosynthèse des acides gras à très longues chaînes (VLCFA) est transitoirement activée durant la formation de la racine latérale et que cette dynamique est dépendante de PUCHI. De plus, le mutant kcs1-5, perturbé dans la biosynthèse de VLCFAs, présente un phénotype de développement des racines latérales similaire à celui de puchi-1. Par ailleurs, la perte de fonction puchi-1 augmente fortement la formation de cals continus dans des racines cultivées sur milieu inducteur riche en auxine, ce qui est cohérent avec le rôle récemment décrit des VLCFA racinaires dans la formation et l’organisation de cals distincts lorsque la racine est cultivé sur milieu inducteur de cals. L'ensemble de nos résultats démontre que PUCHI régule positivement l’expression de gènes de biosynthèse de VLCFAs lors de la formation de racines latérales et la callogenèse. Nos résultats confortent également l’hypothèse selon laquelle la formation des racines latérales et celle de cals racinaires partagent des mécanismes de régulation communs.La seconde partie de la thèse s’intéresse à l’identification de facteurs régulateurs clés dans l’organisation fonctionnelle du primordium de racine latérale et particulièrement, l’organisation d’un nouveau méristème racinaire. J’ai contribué à produire de nouvelles lignées de plantes permettant de suivre en temps réel par microscopie confocale la mise en place des identités cellulaires caractéristiques d’un méristème racinaire dans le primordium de racine latérale en développement. En utilisant un algorithme d’inférence de réseau de gènes, j’ai produit puis analysé les relations prédites de régulation entre gènes d’intérêt, afin d’identifier des gènes candidats potentiellement impliqués dans la formation du centre quiescent, un élément clé dans l’organisation du primordium et la mise en place du nouveau méristème racinaire. La caractérisation fonctionnelle de certains de ces gènes candidats a été initiée.Ces travaux de thèse ont donc contribué à mieux comprendre les mécanismes de régulation de la formation des racines latérales chez Arabidopsis thaliana. / Post-embryonic lateral root organogenesis plays an essential role in defining plant root system architecture, and therefore plant growth and fitness. The aim of the thesis is to elucidate the gene regulatory network regulating lateral root development and de novo root meristem formation during root branching in the model plant Arabidopsis thaliana by combining a system-biology based analysis of lateral root primordium transcritome dynamics with the functional characterization of genes possibly involved in regulating lateral root organogenesis.The first part of the thesis deals with the identification the target genes of PUCHI, an AP2/EREBP transcription factor that is involved in controlling cell proliferation and differentiation during lateral root formation. We showed that loss of PUCHI function leads to defects lateral root initiation and primordium growth and organisation. We found that several genes coding for proteins of the very long chain fatty acid (VLCFA) biosynthesis machinery are transiently induced in a PUCHI-dependent manner during lateral root development. Moreover, a mutant perturbed in VLCFA biosynthesis (kcs1-5) displays similar lateral root development defects as does puchi-1. In addition, puchi-1 loss of function mutant roots show enhanced and continuous callus formation in auxin-rich callus induction medium, consistent with the recently reported role of VLCFAs in organizing separated callus proliferation on this inductive growing medium. Thus, our results show that PUCHI positively regulates the expression of VLCFA biosynthesis genes during lateral root development, and further support the hypothesis that lateral root and callus formation share common genetic regulatory mechanisms.A second part of the thesis specifically addresses the issue of identifying key regulators of root meristem organization in the developing lateral root primordium. Material enabling the tracking of meristem cell identity establishment in developing primordia with live confocal microscopy was generated. A gene network inference was run to predict potential regulatory relationships between genes of interest during the time course of lateral root development. It identified potential regulators of quiescent center formation, a key step in functional organization of the lateral root primordia into a new root apical meristem. The characterization of some of these candidate genes was initiated.Altogether, this work participated in deciphering the genetic regulation of lateral root formation in Arabidopsis thaliana .

L'objectif de ce travail est d'étudier, par une approche numérique bidimensionnelle, l'effet de l'interaction sol-végétation-atmosphère et de l'extraction par des racines d'arbres isolés sur le comportement thermo-hydro-mécanique des sols argileux sensibles au retrait-gonflement. Le cas de l'interaction sol-végétation-atmosphère a été étudié en se basant sur les données obtenues sur le site de Mormoiron instrumenté par le BRGM avec des sondes capacitives Humitub et des extensomètres. Afin d'exploiter les données de teneur en eau enregistrée, on a commencé par un travail expérimental d'étalonnage en laboratoire. L'étalonnage a été réalisé sur différents matériaux. L'influence de la variation de température et du type de sol sur la mesure de teneur en eau a été étudiée. Les résultats semblent montrer que les sondes capacitives comme Humitub ne sont pas adaptées à des sols argileux comme l'argile de Mormoiron. Les études bibliographiques ont aussi montré la dépendance importante des mesures effectuées par cette méthode capacitive vis-à-vis de la fréquence, surtout dans le cas des sols ayant une capacité d'échange cationique élevée. Un modèle bidimensionnel de l'interaction sol-végétation-atmosphère et un modèle bidimensionnel d'extraction d'eau par des racines ont été développés afin de décrire les effets climatiques et végétaux sur le comportement thermo-hydro-mécanique d'un milieu non saturé. Ces modèles ont été implantés dans le code de calcul aux éléments finis θ-STOCK (Gatmiri, 1997). La vérification du modèle de l'interaction sol-végétation atmosphère a été faite par le biais d'une comparaison des résultats de calcul avec les données in situ disponibles sur le site de Mormoiron et les données météorologiques de la station Carpentras. Les calculs ont été ensuite étendus à des périodes particulièrement sèches et particulièrement humides. La modélisation d'une période plus longue de 20 ans a été également effectuée. Le modèle d'extraction par des racines a été vérifié sur quelques études de cas rapportés par Biddle (1998), en utilisant les données météorologiques de la station de Londres et en considérant l'effet de l'interaction sol-végétation-atmosphère sur la surface du sol. L'ensemble des résultats obtenus montre la pertinence de l'approche numérique adoptée. Cette étude de modélisation a été finalement complétée en considérant une fondation superficielle d'une maison. Les résultats ont montré clairement le rôle de la présence d'un arbre, ainsi que l'importance de sa distance de la maison sur les tassements du sol.

Pour d'évidentes raisons agronomiques et environnementales, être en mesure de concevoir et mettre en place des systèmes de culture dans lesquels les plantes accèdent aux ressources de manière optimale revêt une importance cruciale pour tous les intervenants impliqués dans la production agricole. Les techniques d'intensification telles que la mise en place de cultures d'inter-rang et l'agro-foresterie visent à accroître la productivité globale des terres tout en assurant la durabilité des agro-écosystèmes, via une optimisation de l'utilisation des ressources environnementales (lumière, eau et nutriments) par les plantes et une préservation des cycles géochimiques. En théorie, les moyens d'atteindre ces objectifs sont nombreux mais en pratique, les interactions souterraines sont complexes et difficiles à mesurer, de sorte que les progrès réalisés dans la conception d'agro-écosystèmes améliorés et durables demeurent modestes. Dans ce contexte, l'objectif de ce travail a été d'évaluer, au travers de mesures racinaires detaillées en rhizotron et au champ, les effets des cultures d'inter-rang sur la croissance des jeunes hévéas. La dynamique des interactions souterraines a été étudiée, tant au niveau de la racine individuelle qu'à celui du système racinaire entier, sur la base, notamment, de descriptions numériques détaillées. Une telle approche a permis de proposer, en outre, une voie novatrice pour l'analyse de la dynamique racinaire à l'echelle du systeme racinaire entier, à savoir l'analyse des trajectoires de croissance. Dans le cas de l'association maïs-hévéa, les expérimentations en rhizotron ont permis de mettre en evidence que les interactions souterraines entre ces deux plantes peuvent induire des modifications de la croissance de leurs racines, à la fois à l'échelle de la racine individuelle et à celle du système racinaire entier. Toutefois, une telle coordination des dynamiques racinaires des plantes associées n'a pas pu être confirmée dans le cas des traitements manioc-hévéa et arachide- hévéa. Les expérimentations au terrain ont fourni, de manière assez prévisible, une image complexe des interactions souterraines entre hévéa et cultures d'inter-rang. Toutefois, un premier résultat obtenu par le biais de la mise en place de 'pièges à racines' dans un traitement niébé-hévéa, a été de montrer que ces deux plantes n'avaient pas un comportement compétitif marqué l'une vis-à-vis de l'autre. Il est également apparu que les hévéas paraissent 'investir' dans des racines 'coûteuses', car de faible longueur spécifique, probablement pour assurer une certaine durabilité de ces organes, tandis que les cultures d'inter-rang favorisent l'allocation des assimilâts vers des racines de longueur spécifique élevée, de construction moins 'coûteuses', probablement en réponse a un impératif de croissance plus rapide (suggéré par les taux d'élongation racinaire mesurés au cours des expérimentations en rhizotron). Enfin, excepté le cas du manioc, l'introduction de cultures d'inter-rang telles que le maïs et l'arachide n'a pas eu d'impact significatif sur le développement des jeunes hévéas, comme en attestent l'évolution de leur circonférence, hauteur et développement foliaire. Ce résultat de terrain est compatible avec les résultats des expérimentations en rhizotron qui n'ont démontré aucun effet inhibiteur des cultures d'inter-rang sur le développement de la partie aérienne des hévéas. Bien que les travaux présentés dans ce rapport, ne permettent pas, à eux seuls de conclure de manière définitive sur la façon dont les espèces cultivées en association peuvent se compléter mutuellement sur le plan fonctionnel, ils apportent des éléments de réponse préliminaires à cette question complexe ainsi que des méthodes permettant de les obtenir. Au total, ce travail représente donc une contribution à la conception des agro-écosystèmes durables qui deviennent de plus en plus indispensables dans le contexte d'une demande mondiale croissante en produits alimentaires et matières premières. En outre, certains des résultats obtenus dans le cadre de cette thèse ouvrent des perspectives pour des recherches plus approfondies, avec une finalité agronomique appliquée