Deux espèces sauvages de tournesols Helianthus annuus et H. petiolaris ont donné naissance il y a plusieurs milliers d'années à une espèce hybride H. paradoxus inféodée à des marais salins. Ma thèse a consisté à caractériser les bases génétiques de l'adaptation de H. paradoxus à ce milieu extrême.<br />J'ai recherché des signatures de sélection à deux échelles : à l'échelle du génome et à une échelle plus fine comprise entre 20 et 90 cM. Pour cela j'ai analysé les patrons de diversité génétique pour des marqueurs microsatellites dans trois populations naturelles de H. paradoxus et des deux espèces parentales, autour de trois QTL de survie et ailleurs dans le génome. A l'échelle du génome, une baisse de diversité autour de ces QTL a été mise en évidence chez l'espèce hybride et non chez ses parents indiquant qu'il est possible de détecter une signature de la sélection à cette échelle chez cette espèce. A l'échelle plus fine, le patron de diversité est en mosaïque. L'ordre des marqueurs n'étant pas connu avec certitude chez l'espèce hybride, une méthode basée sur le déséquilibre de liaison entre des marqueurs génotypés dans des populations naturelles a été développée. Cette méthode permet de regrouper sur une carte des marqueurs en fort déséquilibre de liaison. La correspondance entre carte de déséquilibre de liaison et carte génétique varie selon les populations et l'échelle génétique.<br />Parallèlement une étude physiologique et d'expression génique visant à comprendre le mécanisme d'adaptation à la salinité de H. paradoxus a été conduite. L'espèce hybride est très plastique, mais se porte mieux en milieu salin, ses feuilles sont plus succulentes, avec une concentration en sodium et sulfate très élevée dans ses tissus. Plusieurs gènes candidats, impliqués dans différentes voies de réponse à la salinité, et dont certains sont cartographiés dans les régions des QTL, sont différentiellement exprimés chez l'espèce hybride et chez ses parents. Ces résultats confirment qu'ils sont des candidats potentiels importants dans l'adaptation de H. paradoxus aux marais salins et donc impliqués dans le processus de spéciation.

Ce travail de thèse s'inscrit dans un projet régional, initié par le Parc du Lubéron et en collaboration avec le Laboratoire de Pharmacognosie et d'Ethnopharmacologie de l’Université de Marseille. Il avait pour objectif d'étudier la possibilité de domestiquer une plante sauvage, Inula montana L. (Asteraceae) connue dans la pharmacopée provençale pour ses effets anti traumatiques semblables à ceux d'Arnica montana L. et de la proposer comme nouvelle production agricole. Inula montana produit notamment des lactones sesquiterpènes, identifiées comme les métabolites secondaires responsables de ses aptitudes biologiques anti inflammatoires. Il s’est agit dans cette étude1) de déterminer les caractéristiques de croissance et de développement de la plante sauvage largement inconnue et d’identifier en conditions naturelles les facteurs les plus favorables à la production de métabolites secondaires, 2)d’étudier sa capacité à se multiplier végétativement in vitro et à former des cultures cellulaires aptes à synthétiser les molécules d’intérêt 3), de proposer un itinéraire technique applicable agronomiquement et 4) de tester les effets de divers facteurs environnementaux (fertilisation, apport de NaCl, modification du rythme circadien de l’éclairement,rayonnement UVB, ablation de feuilles, application de méthyl jasmonate ) sur la production qualitative et quantitative des lactones sesquiterpènes et des composés phénoliques. Les traits phénologiques de la plante sauvage sont impactés par l’altitude qui induit un retard dans la croissance végétative et la phase reproductrice ainsi que des modifications physiologiques et morphologiques. Les teneurs en métabolites secondaires (certaines lactones sesquiterpènes, les polyphénols totaux et flavonoïdes) varient en fonction de la saison et sont plus importantes dans le site qui présente les conditions climatiques les plus contraignantes du point de vue hydrique (sol drainant,température plus élevée et présence d’une période sèche en été). L’observation microscopique a indiqué la présence de deux types de trichomes : glandulaires (bisériés) et non glandulaires (des poils) qui sont potentiellement les structures porteuses des molécules d’intérêt. I. montana est apte à former des cals in vitro à partir d’explants racinaires, foliaires et caulinaires sur lesquels des pousses feuillées se forment. La domestication d’Inula a été réussie à partir de semences issues des plantes sauvages et en conditions agronomiques, les teneurs en lactones sesquiterpènes (costunolide, artémorine, eldarine et hydrocostunolide) et en composés phénoliques sont généralement plus élevées que chez les plantes sauvages. Les différentes contraintes appliquées pour tester les effets des facteurs environnementaux sur la production des métabolites ont montré : 1) qu’il ne peut pas être établi de corrélation entre la présence d’un stress oxydatif et une augmentation des teneurs en métabolites chez Inula 2) que l’accumulation des lactones et composés phénoliques semblent principalement favorisée lorsque la plante dispose d’un surplus de squelettes carbonés, non utilisés pour la croissance 3) enfin, les deux conditions les plus favorables à l’accumulation des métabolites chez Inula, sont : dans les feuilles, une alternance rapide de lumière et d’obscurité durant la photopériode et dans les capitules, l’application de méthyl jasmonate. Ce travail augure de bonnes perspectives en termes de valorisation d’Inula dans le secteur pharmaco-cosmétologique. Il reste à poursuivre la description du profil phytochimique de la plante et à localiser précisément les organes et/ou sous structures anatomiques concentrant les composés considérés. Ayant démontré que cette plante présente une bonne réponse à la domestication, il est également proposé de poursuivre l’étude des leviers environnementaux susceptibles d’influencer positivement et significativement le profil chimique d’Inula. / This thesis work is part of a regional project, initiated by the Luberon Park and in collaboration with the Laboratory of Pharmacognosy and Ethnopharmacology of the University of Marseille. It aimed to study the possibility of domesticating a wild plant, Inula montana L. (Asteraceae) known in the Provençal pharmacopoeia for its anti-traumatic effects similar to those of Arnica montana L. and to propose it as a new agricultural production. Inula montana produces lactones sesquiterpenes, identified as the secondary metabolites responsible for its biological anti-inflammatory properties. In this study, 1) to determine the growth and development characteristics of the largely unknown wild plant and to identify under natural conditions the most favorable factors for the production of secondary metabolites, 2) to study its characteristics. ability to multiply vegetatively in vitro and to form cell cultures able to synthesize the molecules of interest 3), to propose an agronomically applicable technical itinerary and 4) to test the effects of various environmental factors (fertilization, NaCl supply, modification circadian rhythm of illumination, UVB radiation, ablation of leaves, application of methyl jasmonate) on the qualitative and quantitative production of sesquiterpene lactones and phenolic compounds. The phenological characteristics of the wild plant are impacted by the altitude which induces a delay in the vegetative growth and the reproductive phase as well as physiological and morphological modifications. Levels of secondary metabolites (certain sesquiterpene lactones, total polyphenols and flavonoids) vary according to the season and are more important in the site which has the most water-constraining climatic conditions (draining soil, higher temperature and presence of a dry period in summer). Microscopic observation indicated the presence of two types of trichomes: glandular (biseriate) and non-glandular (hair) which are potentially the carrying structures of the molecules of interest. I. montana is able to form calli in vitro from root, foliar and shoot explants on which leafy shoots are formed. The domestication of Inula has been successful from seed from wild plants and under agronomic conditions, sesquiterpene lactone (costunolide, artemorine, eldarin and hydrocostunolide) and phenolic compounds are generally higher than in wild plants. The different constraints applied to test the effects of environmental factors on the production of metabolites have shown: 1) that there can be no correlation between the presence of oxidative stress and an increase in metabolite levels in Inula 2) that the accumulation of lactones and phenolic compounds seems mainly favored when the plant has a surplus of carbon skeletons, not used for growth; 3) finally, the two most favorable conditions for the accumulation of metabolites in Inula, are: in the leaves, a rapid alternation of light and darkness during the photoperiod and in the flower heads, the application of methyl jasmonate. This work augurs good prospects in terms of valuation of Inula in the pharmaco-cosmetological sector. It remains to continue the description of the phytochemical profile of the plant and to precisely locate the organs and / or anatomical substructures concentrating the compounds in question. Having demonstrated that this plant has a good response to domestication, it is also proposed to continue the study of environmental levers likely to positively and significantly influence the chemical profile of Inula.

Dans un contexte de réduction internationale des émissions de gaz à effet de serre, les techniques de Captage Transport et Stockage de ce{CO2} (CTSC) apparaissent comme une solution à moyen terme particulièrement efficace. En effet, les capacités de stockage géologique pourraient s'élever jusqu'à plusieurs millions de tonnes de ce{CO2} injectées par an, soit une réduction substantielle des émissions atmosphériques de ce gaz. Une des cibles privilégiées pour la mise en place de cette solution sont les aquifères salins profonds. Ces aquifères sont des formations géologiques contenant une saumure dont la salinité est souvent supérieure à celle de la mer la rendant impropre à la consommation. Cependant, cette technique fait face à de nombreux défis technologiques; en particulier la précipitation des sels, dissous dans l'eau présente initialement dans l'aquifère cible, suite à son évaporation par le ce{CO2} injecté. Les conséquences de cette précipitation sont multiples, mais la plus importante est une modification de l'injectivité, c'est-à-dire des capacités d'injection. La connaissance de l'influence de la précipitation sur l'injectivité est particulièrement importante tant au niveau de l'efficacité du stockage et de l'injection qu'au niveau de la sécurité et de la durabilité du stockage. Le but de ces travaux de thèse est de comparer l'importance relative des phénomènes négatif (colmatage) et positif (fracturation) consécutifs à l'injection de ce{CO2} et à la précipitation des sels. Au vu des nombreux résultats de simulations et de modélisation dans la littérature décrivant le colmatage de la porosité, il a été décidé de porter l'accent sur les effets mécaniques de la cristallisation des sels et la possible déformation de la roche mère. Une modélisation macroscopique et microscopique, tenant compte de deux modes possibles d'évaporation induits par la distribution spatiale de l'eau résiduelle a donc été développée afin de prédire le comportement mécanique d'un matériau poreux soumis à un assèchement par injection de ce{CO2}. Les résultats montrent que la pression de cristallisation consécutive à la croissance d'un cristal en milieu confiné peut atteindre des valeurs susceptibles localement de dépasser la résistance mécanique du matériau, soulignant ainsi l'importance de ces phénomènes dans le comportement mécanique global de l'aquifère. Sur le plan expérimental, les travaux ont porté sur l'utilisation d'un nouveau prototype de percolation réactive afin de reproduire le comportement d'une carotte de roche soumise à l'injection et ainsi obtenir l'évolution des perméabilités dans des conditions similaires à celle d'un aquifère / In a context of international reduction of greenhouse gases emissions, CCS (ce{CO2} Capture and Storage) appears as a particularly interesting midterm solution. Indeed, geological storage capacities may raise to several millions of tons of ce{CO2} injected per year, allowing to reduce substantially the atmospheric emissions of this gas. One of the most interesting targets for the development of this solution are the deep saline aquifers. These aquifers are geological formations containing brine whose salinity is often higher than sea water's, making it unsuitable for human consumption. However, this solution has to cope with numerous technical issues, and in particular, the precipitation of salt initially dissolved in the aquifer brine. Consequences of this precipitation are multiple, but the most important is the modification of the injectivity i.e. the injection capacity. Knowledge of the influence of the precipitation on the injectivity is particularly important for both the storage efficiency and the storage security and durability. The aim of this PhD work is to compare the relative importance of negative (clogging) and positive (fracturing) phenomena following ce{CO2} injection and salt precipitation. Because of the numerous simulations and modelling results in the literature describing the clogging of the porosity, it has been decided to focus on the mechanical effects of the salt crystallization and the possible deformation of the host rock. A macroscopic and microscopic modelling has then been developed, taking into account two possible modes of evaporation induced by the spatial distribution of residual water, in order to predict the behavior of a porous material subjected to the drying by carbon dioxide injection. Results show that crystallization pressure created by the growth of a crystal in a confined medium can reach values susceptible to locally exceed the mechanic resistance of the host rock, highlighting the importance of these phenomena in the global mechanical behavior of the aquifer. At the experimental level, the study of a rock core submitted to the injection of supercritical carbon dioxide has been proceeded on a new reactive percolation prototype in order to obtain the evolution of permeabilities in conditions similar to these of a deep saline aquifer

Effet de la salinité pendant la croissance de plants de riz sur la biosynthèse de la 2-acétyl-1-pyrroline (2AP), composé aromatique clé des variétés de riz aromatique,le rôle de la 1-pyrroline dans la biosynthèse de la 2AP ainsi que l'origine du groupe acétyle ont été étudiés. La variété aromatique de Camargue (France), Aychade, a été cultivée soit dans un milieu liquide soit dans des pots en serre. Dans le milieu de culture liquide, une augmentation significative de la teneur en 2AP dans les feuilles a été observée quelle que soit la concentration en NaCl (de 1,7 à 170 mM). Une corrélation positive a été mise en évidence entre la teneur en sel et en 2AP. A de plus fortes concentrations en NaCl, il a également pu être montré qu'il y avait une relation entre la concentration en proline, un précurseur aminé majeur de la 2AP, et la teneur en 2AP. Inversement, les changements en acide -aminobutyrique (GABA), un des métabolites compétitif de la biosynthèse de la 2AP, n'ont pas été corrélés avec ceux de la 2AP. Dans les expérimentations menées en serre, la variété Aychade a été cultivée dans une solution saline à 30 mM, correspondant à une conductivité électrique de 3800 ± 400 S.cm-1, valeur considérée comme suffisante pour induire un stress salin sur le plant de riz. Cette solution saline a été appliquée à des dates et pour des durées différentes en fonction du cycle de développement de la plante. A la phase végétative, une relation positive a été observée dans les feuilles entre le traitement salin et la teneur en 2AP ainsi qu'en proline. Il est intéressant de noter que tous les grains provenant des plants traités avec la solution saline contenaient des teneurs nettement plus élevées en 2AP par rapport au contrôle. La synthèse de la 2AP la plus importante s'est produite lorsque les plants ont été soumis à un traitement salin pendant l'ensemble des phases végétative et reproductive. Cependant, dans le dernier cas, le rendement en grain était beaucoup plus faible. En supplémentant des cals de riz avec de la 1-pyrroline, il a été démontré que cette imine cyclique était un facteur limitant pour la biosynthèse de la 2AP non seulement dans la variété aromatique, mais également dans la non aromatique. Les essais conduits avec le glucose et les acides gras marqués 13C ont montré que ces molécules pourraient être précurseurs du groupe acétyle de la molécule de 2AP. / The effect of salinity during rice plant growth on the biosynthesis of 2-acetyl-1-pyrroline (2AP), characteristic flavour compound of fragrant rice cultivars was studied. Additionally role of 1-pyrroline in 2AP biosynthesis together with source of acetyl group were investigated. Aychade, a fragrant rice was cultivated either in a liquid medium adapted for seedlings or in pots in a greenhouse. A significant increase in 2AP levels in the leaves was observed whatever the concentration of NaCl (1.7 to 170 mM NaCl) in the culture medium. A positive correlation was found between the level of salt and that of 2AP. There was a relationship between the concentration of proline, a major amino precursor of 2AP and 2AP level at highest concentrations of NaCl. Conversely the changes in -aminobutyric acid (GABA), a competitive metabolite in 2AP biosynthesis were not correlated with those of 2AP. In greenhouse experiments, Aychade cultivar was grown under one level of salt solution, 30 mM that corresponds to EC of 3800 ±400 S.cm-1, value considered sufficient to induce salt stress in rice. Timing and duration of application of salt solution varied according to the growth stages. At vegetative phase a positive relation was observed between salt treatment and 2AP as well as proline levels in the leaves. Interestingly grains from all salt treated plants contained significantly higher levels of 2AP than those from control. The highest synthesis occurred when plants were subjected to salt treatment during whole vegetative and reproductive phases. However in the latter case crop yield decreased significantly. Through supplementation of rice callus with 1-pyrroline it was demonstrated that this cyclic imine was limiting factor for the 2AP biosynthesis not only in a fragrant variety but also in a non fragrant variety. Experiments with 13C labelled glucose and fatty acids showed that glucose and fatty acids could be precursors of acetyl group of 2AP.

Parmi les contraintes abiotiques la salinité est considérée comme un problème majeur, qui affecte le fonctionnement des plantes, en particulier leur croissance et leur rendement. Afin d’étudier le contrôle génétique de la tolérance à la salinité chez Medicago truncatula, plante modèle de la famille des légumineuses, deux expérimentations ont été réalisées. La première expérimentation visait à étudier l’effet de la contrainte saline sur différents paramètres morpho-physiologiques pour un panel de génotypes de M. truncatula afin de déterminer les traits de phénotypage pour la tolérance à la salinité. Les génotypes A17, TN1.11, DZA315.16, A20, TN1.12 et F83005.5 ont été sélectionnés parmi des lignées originaires de différents pays méditerranéens, qui ont été déjà séquencées (http://www1.montpellierinra.fr/BRC-MTR/mauguio/mauguio.php). Les génotypes ont été étudiés sous 6 traitements salins (0, 30, 60, 90,120 et 150 mM NaCl) dans un essai factoriel sous forme de blocs complets aléatoires en trois répétitions. L’analyse de la variance montre des différences significatives entre les niveaux de salinité et une interaction entre les génotypes et les traitements salins concernant la plupart des caractères étudiés. Le génotype « DZA315.16 » présente les valeurs les plus importantes concernant les effets principaux pour les caractères morphologiques alors que « TN1.11 » présente les valeurs les plus faibles. La projection verticale de la surface foliaire de la plante (Leaf Area=LA), significativement corrélée à la biomasse des plantes, apparaît comme un trait d’intérêt pour le phénotypage de la tolérance à la salinité. La concentration saline la mieux adaptée pour démontrer les différences parmi les lignes étudiées se situe entre 90 et 120 mM NaCl. Le génotype « TN1.11 » contrairement à « DZA315.16 » et à « Jemalong-A17 » présente un maintien de la surface foliaire de la plante en réponse à la salinité. Pour la deuxième expérimentation, une population de cent lignées recombinantes (Recombinant Inbred Lines=RILs) produite par le croisement entre « TN1.11 » et « Jemalong-A17 » a été retenue pour l’analyse du contrôle génétique de la tolérance à la salinité. Les RILs ont été développés par la méthode de descendant mono graines (Single Seed descent= SSD) jusqu’ à la génération F6 à l’INP-ENSAT, France. Le plan d’experimentation est « Spli plots » , sous forme de blocs randomisés avec trois répétitions et deux conditions : traitement salin (100 mM NaCl) et témoin (eau). L’expérience a été menée pour déterminer la variabilité génétique et pour identifier les QTLs contrôlant les caractères morphologiques et physiologiques chez la population des lignées recombinantes (RILs). L’analyse de la variance a montré une large variation génétique et une ségrégation transgressive pour les caractères étudiés. La différence entre la moyenne des RILs et la moyenne de leurs parents n’est pas significative concernant tous les caractères étudiés dans les deux conditions, ce qui montre que les RILs utilisées dans notre expérimentation sont représentatives de toutes les lignées recombinantes possibles du croisement « TN1.11 x Jemalong-A17 ». 21 QTLs ont été détectés dans la condition témoin et 19 QTLs ont été identifiés sous contrainte saline (100 mM NaCl). Le pourcentage de la variance phénotypique expliqué par les QTLs varie entre 4.60% et 23.01%. Certains de ces QTLs sont spécifiques à la condition saline, ce qui démontre l’existence du contrôle génétique de la tolérance à la salinité chez M. truncatula ; tandis que les autres ne sont pas spécifiques et contrôlent un même caractère dans les deux conditions. Des QTLs superposés concernant différents caractères ont été aussi observés. Les résultats fournissent des informations importantes en vue de futures analyses fonctionnelles de la tolérance à la salinité chez M.truncatula et pour d’autres espèces voisines. / Among abiotic stresses salinity is considered as a serious problem affecting plant functions especially growth and yield. In order to study the genetic control of salt stress in the model legume Medicago truncatula, two experiments were performed. The first experiment was conducted to study the effect of salt stress on some morpho-physiological parameters in M. truncatula genotypes and to determine the eventual use of some traits as tolerance criteria. Genotypes including A17, TN1.11, DZA315.16, A20, TN1.12 and F83005.5 are selected through a sequenced lines collection (http://www1.montpellierinra.fr/BRC-MTR/mauguio/mauguio.php) which are originated from different Mediterranean countries. Genotypes were studied under 6 salinity treatments (0, 30, 60, 90,120 and 150 mM NaCl) in a factorial design based on randomized complete blocks with three replications. Analysis of variance show significant differences among genotypes, salinity levels and interaction between genotypes and salt treatments for most of studied traits. “DZA315.16” genotype presents the highest main effect values for morphological traits whereas”TN1.11” has low values. Vertically projected leaf area (LA); show the highest variability through all studied salt concentrations. The best concentration to find differences between parental lines is 90 to 120 mM Nacl. A segregating population of recombinant inbred lines (100 RILs) of M.truncatula derived from a cross between TN1.11 and Jemalong-A17 was used for the second experiment. RILs were developed by single-seed descent until F6 generation at the INP-ENSAT, France. The experiment was undertaken to determine the genetic variability and to identify QTLs controlling several traits related to plant growth and physiology, in the population of recombinant inbred lines (RILs). Analyses of variance showed a large genetic variation and transgressive segregation for the traits studied. The difference between the mean of RILs and the mean of their parents was not significant for all of the traits in both conditions, showing that the RILs used in our experiment are representative of the possible recombinant lines from the cross TN1.11 x A17. A total of 21 QTLs were detected under control and 19 QTLs were identified under 100mM salt stress conditions. The percentage of total phenotypic variance explained by the QTLs ranged from 4.60% to 23.01%. Some of the QTLs were specific for one condition, demonstrating that the genetic control of a traits differed under control and salt stress conditions. Some others are non-specific and control a trait in both conditions. Overlapping QTLs for different traits were also observed. The results provide important information for further functional analysis of salt tolerance in M. truncatula

La salinité de l'eau d'irrigation et des sols est l'une des principales contraintes abiotiques en agriculture. Parmi les 130 mha de riz cultivés dans le monde, 30% environ se trouvent dans des zones où la salinité est trop élevée pour permettre de bons rendements. Dans l'objectif de mieux comprendre le rôle des systèmes de transport de Na+ dans la compartimentation de Na+ dans la plante permettant de maintenir un rapport K+/Na+ élevé dans les tissus sensibles lors d’un stress salin, je me suis intéressé à deux transporteurs de la famille HKT, OsHKT1;1 et OsHKT1;3, chez le riz, la plante modèle des céréales. Mon principal projet a allié une stratégie "promoteur::GUS" pour préciser les patrons d'expression in planta des deux gènes, et une approche de génétique inverse en produisant des mutants pertes de fonction à l’aide de la technologie CRISPR-Cas9, qui s’est confirmée être un outil efficace pour générer des mutations indèles après cassure ciblée de l’ADN, transmissibles de façon stable chez le riz. Les tests histochimiques de l’activité GUS ont montré une expression prédominante d’OsHKT1;1 et d’OsHKT1;3 dans les tissus vasculaires (parenchyme xylémien et/ou phloème), essentiellement au niveau des parties aériennes. L’analyse phénotypique des plantes "CRISPR" a mis en évidence des modifications des profils d’accumulation de Na+ dans les feuilles chez les mutants: défaut d’accumulation de Na+ dans les gaines foliaires pour les plantes oshkt1;1 et répartition altérée de Na+ entre les vieilles et les jeunes feuilles chez les plantes oshkt1;3, conduisant à une augmentation de la teneur en Na+ dans les limbes des jeunes feuilles chez les 2 types de mutants. Dans l’ensemble, ces résultats suggèrent qu’OsHKT1;1 et OsHKT1;3 participent au dessalage des jeunes limbes foliaires lors d’un stress salin, via des mécanismes différents, contrôlant les transports xylémiques et phloémiens de Na+. En plus de cette étude, j’ai collaboré avec un groupe de généticiens, qui avait identifié une forte association entre des différences écotypiques de contenu racinaire en Na+ et de rapport K+/Na+, et une région du chromosome 4 du riz comprenant le gène OsHKT1;1. En comparant fonctionnellement par électrophysiologie les deux variants majeurs d’OsHKT1;1, des différences de capacités de transport de Na+ susceptibles d’expliquer le trait racinaire ont été observées. L’ensemble des données obtenues souligne l’intérêt d’analyser tous des gènes HKT de riz dans les mécanismes de tolérance de la plante à la salinité / The salinity of irrigation water and soils is one of the main abiotic constraints in agriculture. Among the 130 mha of rice grown around the world, about 30% are in areas where salinity is too high to allow for good yields. In order to better understand the role of Na+ transport systems in the compartmentalization of Na+ in the plant to maintain a high K+/Na+ ratio in sensitive tissues during salt stress, I focused on two transporters from the HKT family, OsHKT1;1 and OsHKT1;3, in rice, the model cereal species. My main project combined a “promoter::GUS” strategy to specify the expression pattern of both genes, and a reverse genetics approach by producing loss-of-function mutants using the CRISPR-CAS9 technology, which was confirmed to be an efficient tool for generating indel mutations after targeted DNA breaks, stably transmitted in rice. Histochemical tests of GUS activity showed predominant expression of OsHKT1;1 and OsHKT1;3 in vascular tissues (xylem parenchyma and/or phloem), mainly in the aerial parts. Phenotypic analysis of "CRISPR" plants revealed changes in leaf Na+ accumulation profiles in mutants: lack of Na+ accumulation in leaf sheaths for oshkt1;1 plants and altered distribution of Na+ between old and young leaves in oshkt1;3 plants, leading to an increase in the leaf blade Na+ content in both types of mutants. Overall, these results suggest that OsHKT1 and OsHKT1.3 contribute to the desalination of young leaf blades during salt stress, via different mechanisms, controlling transports of Na+ through the xylem and phloem. In addition to this study, I collaborated with a group of geneticists who identified a strong association between ecotypic differences in root Na+ and K+/Na+ ratio, and a region of chromosome 4 of rice including the OsHKT1;1 gene. By comparing electrophysiologically the two major variants of OsHKT1;1, differences in Na+ transport capacities that could explain the root trait were observed. All the data obtained underline the interest of analyzing all HKT genes of rice in the mechanisms of plant tolerance to salinity.

Un prélèvement efficace de K+ à partir du sol est essentiel au développement des végétaux. Sur un sol riche en NaCl, le maintien d'un prélèvement sélectif et efficace de K+ à partir du sol et le contrôle de l'exportation de Na+ par la racine vers les feuilles constituent des fonctions essentielles pour la survie de la plante. Chez les plantes, les transporteurs HKT (High-affinity K+ Transporters) sont classés en deux sous-familles sur des bases phylogénétiques et de sélectivité ionique. Les membres de la sous-famille 1 transportent sélectivement Na+. Plusieurs d'entre eux ont été identifiés comme des acteurs majeurs de l'adaptation des plantes aux fortes salinités du sol en prévenant l'accumulation de Na+ dans les parties aériennes. Les membres de la sous-famille 2 co-transportent Na+ et K+. Leur rôle dans la plante, notamment dans le transport de K+, est encore mal compris. Je me suis intéressé à différents systèmes de transports de K+ et Na+, appartenant essentiellement à la famille HKT chez le riz. La caractérisation que j'ai effectuée a fait appel à plusieurs approches : électrophysiologie (voltage-clamp après expression en ovocyte de xénope), biologie cellulaire, génétique inverse et PCR en temps réel. L'analyse de l'expression par RT-PCR en temps réel de toute la famille HKT (4 membres dans chacune des deux sous-familles) a montré que ces transporteurs sont différemment exprimés au niveau des racines et des feuilles, et que leur niveau de transcrits est fortement et differentiellement régulé en conditions de stress salin ou osmotique et en présence d'hormones, ce qui suggère que ces différents systèmes jouent des rôles propres et diversifiés dans la plante. L'analyse plus détaillée d'OsHKT2;4, a montré par expression hétérologue dans l'ovocyte de xénope que ce système possède des propriétés fonctionnelles originales: il transporte sélectivement K+ à faibles concentrations de Na+, mais co-transporte Na+ et K+ à fortes concentrations de Na+ (>10 mM). L'analyse de l'expression d'OsHKT2;4 a révélé que ce transporteur est surexprimé en condition de carence en K+ et de stress salin, suggérant qu'OsHKT2;4 pourrait jouer un rôle important dans le transport de K+ dans ces deux conditions. Enfin, un patron d'expression nouveau pour un transporteur HKT a été révélé par l'analyse de plantes transgéniques exprimant le promoteur d'OsHKT2;4 fusionné aux gènes rapporteurs GUS ou GFP : en plus d'une localisation classique dans les tissus conducteurs, une forte expression est observée dans les stomates des gaines et des limbes foliaires, suggérant un rôle dans l'osmocontractilité de ces cellules.Mots clés: Oryza sativa, transport de potassium, transporteur HKT, Na+-K+ co-transporteur, électrophysiologie, ovocyte de xénope, localisation tissulaire, PCR quantitative, stress salin / Efficient uptake of K+ from the soil solution is essential for plant development. When plants are grown on a soil rich in NaCl, the maintenance of an efficient and selective uptake of K+ and the control of Na+ export from roots to shoots are crucial for plant survival. In plants, transporters belonging to the HKT (Highaffinity K+ Transport) family have been sorted in two subfamilies based on phylogenetic grounds and functional properties. Subfamily 1 members transport selectively Na+. Several of them have been shown to play major roles in plant adaptation to salt stress by preventing excessive accumulation of Na+ in shoots. Subfamily 2 members are thought to co-transport Na+ and K+, at least when expressed in heterologous systems. Their roles in planta, especially their potential role in K+ transport, are still largely unknown. I have been interested in different K+ and/or Na+ transport systems in rice, mostly belonging to the HKT family. For their characterization, different approaches have been used: electrophysiology (two-electrode voltage-clamp after expression in Xenopus oocytes), cell biology, reverse genetics and real-time PCR. Realtime RT-PCR analyses on the whole family of rice HKT transporters (4 members in both subfamilies) showed that the expression level in roots and leaves of these different systems is variable, and is differentially regulated by salt and osmotic stresses as well as by hormonal treatments, which suggests that these transporters have diverse and differentiated functions in the plant. A detailed analysis of OsHKT2;4 revealed original functional properties: this HKT transporter was indeed shown to be K+-selectively in the presence of low external Na+, but to switch to Na+ and K+ co-transport mode at high (>10 mM) Na+ concentrations. Expression analysis of OsHKT2;4 showed that this transporter is overexpressed upon salt stress and K+ shortage, which suggests that it could play an important role in K+ transport in these two conditions. At last, a new expression pattern for an HKT transporter was evidenced through the analysis of transgenic rice plants expressing OsHKT2;4 promoter fused to the GUS or GFP reporter genes: in addition to a classical localization in vascular tissues, expression of OsHKT2;4 was observed in stomata, suggesting a role for OsHKT2;4 in osmotic regulation in these cells

Les accidents sont la cause la plus fréquente de décès chez l’enfant, la plupart du temps à cause d’un traumatisme cranio-cérébrale (TCC) sévère ou d’un choc hémorragique. Malgré cela, la prise en charge de ces patients est souvent basée sur la littérature adulte. Le mannitol et le salin hypertonique (3%) sont des traitements standards dans la gestion de l’hypertension intracrânienne, mais il existe très peu d’évidence sur leur utilité en pédiatrie. Nous avons entrepris une revue rétrospective des traumatismes crâniens sévères admis dans les sept dernières années, pour décrire l’utilisation de ces agents hyperosmolaires et leurs effets sur la pression intracrânienne. Nous avons établi que le salin hypertonique est plus fréquemment utilisé que le mannitol, qu’il ne semble pas y avoir de facteurs associés à l’utilisation de l’un ou l’autre, et que l’effet sur la pression intracrânienne est difficile à évaluer en raison de multiples co-interventions. Il faudra mettre en place un protocole de gestion du patient avec TCC sévère avant d’entreprendre des études prospectives. La transfusion sanguine est employée de façon courante dans la prise en charge du patient traumatisé. De nombreuses études soulignent les effets néfastes des transfusions sanguines suggérant des seuils transfusionnels plus restrictifs. Malgré cela, il n’y a pas de données sur les transfusions chez l’enfant atteint de traumatismes graves. Nous avons donc entrepris une analyse post-hoc d’une grosse étude prospective multicentrique sur les pratiques transfusionnelles des enfants traumatisés. Nous avons conclu que les enfants traumatisés sont transfusés de manière importante avant et après l’admission aux soins intensifs. Un jeune âge, un PELOD élevé et le recours à la ventilation mécanique sont des facteurs associés à recevoir une transfusion sanguine aux soins intensifs. Le facteur le plus prédicteur, demeure le fait de recevoir une transfusion avant l’admission aux soins, élément qui suggère probablement un saignement continu. Il demeure qu’une étude prospective spécifique des patients traumatisés doit être effectuée pour évaluer si une prise en charge basée sur un seuil transfusionnel restrictif serait sécuritaire dans cette population. / Trauma is the leading cause of death of children, with the burden of mortality related both to traumatic brain injury and hemorrhagic shock. Despite the frequency of trauma in the pediatric population, the management of these patients is often based on adult literature due the sparse amount of literature in pediatric trauma. The studies presented below were intended to establish current practice, and prepare for future prospective studies in pediatric trauma. The management of raised intracranial pressure (ICP) following traumatic brain injury (TBI) involves intracranial monitoring and the escalation of care to prevent secondary insults to the brain. Hyperosmolar therapy with mannitol (20%) and hypertonic saline (3%) are standard of care for the reduction of ICP, despite little evidence for their use. Our retrospective, single center study aimed to describe the clinical practice of hyperosmolar therapy in pediatric severe TBI, and its effect on ICP. We found that both mannitol and hypertonic saline are frequently used without a clear indication for one agent over another. There was insufficient power to confirm an effect on ICP, and multiple co-interventions given after boluses of hyperosmolar therapy may have contributed this lack of effect. In order to prospectively evaluate the effect of hyperosmolar therapy on ICP, a standardized approach to TBI care and hyperosmolar agents is necessary. Red blood cell transfusion is a key component of the management of the unstable trauma patient. Literature now suggests that transfusion is associated with increased mortality, and practices have shifted toward restrictive transfusion strategies in many clinical populations. We sought to describe the transfusion practices in pediatric trauma patients based on a secondary analysis of a large prospective study on blood loss in pediatric intensive care unit (PICU) patients. Compared to non-trauma patients, trauma patients were more likely to be transfused and transfused early in their course of stay. Younger age, higher PELOD and mechanical ventilation were associated with receiving a red blood cell transfusion in the PICU. Receiving a blood transfusion prior to PICU admission was most strongly associated with receiving a transfusion after PICU admission, suggesting ongoing bleeding in those transfused early. Future prospective studies geared specifically for trauma patients are necessary to determine whether osmotherapy for high ICP, and restrictive transfusion strategies can be applied to them, in order to improve the quality of the evidence based care provided to children.

Plusieurs pays tels que la France, la Belgique et la Suisse prévoient de confiner leurs déchets radioactifs de moyenne et haute activités à vie longue dans des installations souterraines sises au sein de formations argileuses profondes. Ces formations constituent en effet de très bonnes barrières ultimes contre la dispersion des radionucléides, de par leur grande capacité de rétention et leur très faible perméabilité. Néanmoins, la dégradation de certains colis de déchets devrait libérer d’importantes quantités de sels nitratés et sulfatés solubles. Ainsi, ces panaches salins en déséquilibre chimique avec l’encaissant devraient conduire à des phénomènes de dissolution/colmatage, faisant évoluer localement la structure porale de la roche argileuse. Aussi, pour estimer la performance de telles installations souterraines, l’évolution des propriétés de confinement de ces roches en réponse à ces processus physicochimiques se doit d’être étudiée, et ce, sur des échelles de temps et d’espace représentatives du stockage. Cela est réalisé à l’aide de codes couplés chimie-transport basés sur une approche continue, avec la définition de volumes élémentaires représentatifs (VER). Cependant, ces codes s’appuient pour leurs simulations sur des relations empiriques, telles la relation d’Archie, utilisée pour décrire l’effet de rétroaction de la chimie sur les propriétés de transport diffusif. De ce fait, il est primordial, avant les simulations long-termes de tester la robustesse de ces relations. Dans ce cadre, le présent travail de thèse s’est intéressé au développement d’expériences de diffusion réactives pour estimer (i) l’impact de la précipitation de minéraux sur les propriétés de confinement de matériaux poreux “modèles” et (ii) la capacité des codes de chimie-transport à reproduire ce jeu de données expérimentales.La mise au point de ces expériences simplifiées a nécessité de se focaliser sur trois matériaux poreux « modèles », de la craie, de la kaolinite et de l’illite, choisis pour décrire une propriété spécifique des roches argileuses (charges de surface des argiles ou structure du réseau poreux). Par ailleurs, deux minéraux sulfatés, gypse et barytine, ont été sélectionnés comme minéraux susceptibles de précipiter car ils représentent deux extrêmes vis-à-vis de leur cinétique de précipitation et de leur solubilité. Dans un premier temps, les propriétés initiales de chaque matériau « modèle » ont été déterminées (distribution de taille de pores, coefficient de diffusion effectif (De) des traceurs de l’eau (HTO ou HDO) ou d’un traceur des anions (36Cl-)). La précipitation de la barytine a été étudiée sur les trois matériaux « modèles », tandis que celle du gypse uniquement au travers des échantillons de craie. Durant ces expériences de diffusion réactives, l’évolution des concentrations des réactifs dans les deux réservoirs enserrant l’échantillon poreux a été suivie, et, après un temps t, le 36Cl- et/ou les traceurs de l’eau ont été injectés dans le réservoir amont pour diffuser au travers des échantillons déjà impactés par la précipitation. En complément des essais de diffusion, des caractérisations des échantillons par micro-tomographie X (µCT) et par observation au Microscope électronique à Balayage (MEB) ont permis de préciser le rôle joué par la structure porale initiale du matériau « modèle » et celui des propriétés intrinsèques du minéral précipitant. Enfin, l’estimation de la robustesse des codes de chimie transport a été réalisée à l’aide de deux codes, HYTEC et CrunchTope, à l’aide de simulations 1D et 2D. / Several countries such as France, Belgium and Switzerland have proposed to host a deep geological facility to confine high and mid-level long lived radioactive waste into argillaceous formations. Such formations are considered as a potential host-rock, because of their very high containment properties, i.e. high retention capacity and very low permeability. However, decay of some radioactive waste are expected to release large amount of soluble salts of nitrate and/or sulfate nature. These saline plumes should generate physicochemical imbalance and, by enhancing mineral dissolution/clogging, could make evolve the local rock porous network. Thus, for safety assessment of such facility the evolution of rock containment properties in response to these physicochemical phenomena over large time and space scale needs to be investigated. This can be done by using diffusion-reaction numerical simulators based on equivalent (macroscopic) continuum approach considering representative elementary volume (REV). But, these codes rely on empirical relationships, such as the Archie’s law used to describe the feedback of chemistry on the diffusive transport properties. Thus, prior to long-term prediction, it is essential to create a data to test and improve the description of the feedback of chemistry on transport. In this view, this thesis work dealt with developing such reactive diffusion experiments to estimate mineral precipitation impacts on containment properties of porous materials under diffusive transport regime and the capability of REV chemistry transport codes to reproduce such an experimental dataset.In order to design these simplified experiments, three proxy porous materials (micritic chalk, compacted kaolinite and compacted illite) were chosen to address specific property describing claystones (clay surface charge, pore size distribution). Two sulfate-alkali minerals, namely barite and gypsum were selected as precipitating minerals, since they present two extremities in reference to their kinetic rate of precipitation and solubility. In a first step, intact properties of each proxy material were determined (pore size distribution, effective diffusion coefficient (De) of water tracers (HTO & HDO) and anionic tracer, 36Cl-). Barite precipitation was studied in all the proxy materials and gypsum precipitation was studied in chalk only. During these through diffusion experiments, we monitored the reactant concentration evolution in the reservoirs at both ends of the sample and, after a known experimental time, 36Cl- and/or water tracers were allowed to diffuse through the porous samples impacted by precipitation. In addition to diffusive testing, the combined impact of pore structure and intrinsic property of mineral (solubility and kinetic rate of precipitation) on final evolution of mineral in each proxy material was also quantified using X-ray tomography (µCT) and Scanning Electron Microscopy (SEM). Finally, to test the robustness of chemistry transport codes, the results from the reactive diffusion experiments where barite or gypsum precipitated in chalk were numerically described in 1D and 2D using two codes namely HYTEC and CrunchTope.

La symbiose ectomycorhizienne, répandue dans les forêts tempérées et boréales, se base sur des échanges nutritionnels entre la plante hôte et des champignons du sol. Ce mutualisme améliore la nutrition minérale et en eau de plantes ligneuses à travers des mécanismes encore méconnus. Ce manuscrit de thèse présente l’ensemble des systèmes de transport membranaire du champignon ectomycorhizien Hebeloma cylindrosporum identifié à partir du génome séquencé, avec un accent sur les gènes dont l’expression est induite en symbiose avec son hôte naturel, le pin maritime (Pinus pinaster). Ces données aideront à focaliser les futures recherches sur les gènes qui sont induits par la symbiose. Le champignon H. cylindrosporum améliore la nutrition potassique de son hôte en situation de carence. Cette étude est axée sur trois canaux ioniques qui peuvent être impliqués dans le transfert de K+ vers la plante. Ces canaux appartiennent à la famille TOK (Tandem-pore Outward-rectifying K+), spécifique de champignons et ont été caractérisés par plusieurs approches expérimentales. Des analyses in silico ont déterminé que ces trois canaux appartiennent à deux sous-familles et ont été nommés HcTOK1, HcTOK2.1 et HcTOK2.2. Leurs propriétés fonctionnelles ont été caractérisées par expression hétérologue pour une analyse en voltage-clamp à deux électrodes et complémentation de levures. La localisation a été étudiée par hybridation in situ en mycorhizes et par fusions gène-eGFP exprimés chez la levure et chez H. cylindrosporum. Le rôle physiologique des canaux HcTOK a été testé en culture pure et en symbiose avec P. pinaster grâces à des lignées transgéniques surexprimant ces gènes. En plus, les effets de la mycorhization par H. cylindrosporum et la nutrition potassique ont été testés chez P. pinaster cultivé en conditions de stress salin. Dans un premier temps, la tolérance du champignon au stress salin a été vérifiée en culture pure, ainsi que l’élément toxique de ce stress. Ensuite, le champignon a été cultivé en deux conditions de nutrition potassique et quatre de salinité pour connaître son homéostasie du K+ et analyser l’expression de ses systèmes de transport. Finalement, des plantules de P. pinaster ont été cultivées inoculées ou non en deux conditions de K+ et quatre de stress salin. En résumé, l’analyse de trois canaux HcTOK ont permis de démontrer les spécificités pour les sous-familles TOK1 et TOK2 et ont suggéré que HcTOK2.2 est probablement un élément clé pour le transfert du K+ via la plante en mycorhize. H. cylindrosporum semble jouer un rôle dans la tolérance à la salinité du pin maritime en diminuant le transfert du Na+ vers la plante et améliorant la nutrition potassique. / The ectomycorrhizal symbiosis, widespread in temperate and boreal ecosystems, is based in nutritional exchanges between the host plant and soil-borne fungi. This mutualism improves plant mineral and water nutrition of woody plants through mechanisms that are still largely unknown. This manuscript presents the whole set of membrane transport systems of the ectomycorrhizal fungus Hebeloma cylindrosporum identified from the sequenced genome, with an emphasis on the genes that are up-regulated in symbiosis with its natural host, the maritime pine (Pinus pinaster). These data will help to focalize future research on symbiosis-induced genes. The fungus H. cylindrosporum enhances the potassium (K+) nutrition of P. pinaster under starvation. This study has focused on three ion channels that could transfer the K+ to the plant. These channels belong to the fungal-specific TOK (Tandem-pore Outward-rectifying K+) family and have been characterized using several approaches. In silico analyses have positioned them in two subfamilies, giving them the names HcTOK1, HcTOK2.1 and HcTOK2.2. Their functional activity has been characterized by heterologous expression for two-electrode voltage-clamp measurements and yeast complementation. Localization has been studied by in situ hybridization in mycorrhiza and by expression of gene-eGFP constructs in yeast and H. cylindrosporum. The physiological role of these channels has been tested in pure culture and symbiosis with transgenic fungal lines overexpressing the HcTOK channels. Furthermore, the effects of H. cylindrosporum and K+ nutrition have been tested in P. pinaster seedlings subjected to salt stress. First, the tolerance to salinity of the fungus was analysed in pure culture with different compounds to identify the most toxic component. Second, the fungus was cultured in different NaCl and K+ conditions to know whether it kept the homeostasis and to check the expression of K+ transport systems. Finally, P. pinaster seedlings were cultured inoculated or not in two different K+ nutrition and four salinity conditions. Altogether, analysis of the three HcTOK channels revealed specificities of the TOK1- and TOK2-type and suggested that HcTOK2.2 might be a main player for the K+ transfer from the fungus towards the plant. H. cylindrosporum seems to play a role in the tolerance to salt stress of the maritime pine by reducing the Na+ transfer to the plant and improving K+ nutrition.