Le lin (Linum usitatissimum L.) est cultivé pour ses fibres riches en cellulose utilisées dans l’industrie textile et pour l’élaboration des matériaux composites. La « qualité » des fibres dépend, en partie, de la structure de la paroi cellulaire et nous avons donc essayé de mieux comprendre les différents facteurs pouvant impacter sur la composition des parois cellulaires chez le lin. Dans un premier temps nous avons validé un nouvel support de microarray de type Nimblegen en passant d’un système à base d’oligonucléotides courts (25-mer) à une version avec oligonucléotides longs (60-mer) pour des analyses de transcriptomique. Ensuite une étude protéomique sur plusieurs organes végétatifs nous a permis d’identifier 1242 protéines non-redondantes dont 410 sont associées au métabolisme pariétal. En parallèle nous avons démontrés la présence des hémicellulose de type xyloglucane dans les parois des fibres de lin et mis en évidence une importante paralogie de la famille IIIA des XTHs (xyloglucan endo-transglycosylase/hydrolase) potentiellement impliqué dans la formation/structuration de la paroi des fibres de lin. Puis, une comparaison transcriptomique et protéomique entre différentes variétés de lin (fibre printemps, fibre hiver, huile hiver) cultivées au champ sur 2 années consécutives a permis d’identifier 659 gènes différentiellement exprimés (DEGs) au niveau variétale, et 1571 DEGs au niveau environnemental. Un nombre non-négligeable de ces gènes est impliqué dans le métabolisme pariétal permettant ainsi de fournir les premiers indices expliquant le lien entre variété et qualité. Cette dernière étude a également souligné l’importance potentielle de la protéine XTH dans le métabolisme pariétal du lin. Le rôle de l’environnement sur le métabolisme pariétale était explorée d’avantage dans une étude visant à disséquer l’impact d’un stress hydrique sur les transcriptomes de 3 organes végétatifs (tige, feuille, racine). Les analyses préliminaires ont identifié un nombre important de DEGs impliqués dans la biosynthèse et le remodelage de plusieurs polymères pariétaux. / Flax (Linum usitatissimum L.) is grown for its cellulose-rich bast fibers used in the textile industry and for reinforcing composite materials. Fiber “quality” depends partly on the structure of the cell wall and we have therefore tried to obtain a better understanding of the different factors that can influence the structure of flax cell walls. We firstly confirmed the use of a new Nimblegen microarray changing from a system based on short (25-mer) oligonucleotides to a system based on long oligonucleotides (60 mers). A proteomics approach was then used and allowed us to identify 1,242 non-redundant proteins of which 410 could be related to cell wall metabolism. In parallel we demonstrated the presence of xyloglucan hemicelluloses in flax fiber cell walls and identified an important paralogy in the IIIA XTH (xyloglucan endo-transglycosylase/hydrolase) family potentially implicated in the formation/structuration of the flax fiber cell wall. Then a transcriptomic and proteomic comparison between different field-grown flax varieties (spring fiber, winter fiber, winter oil) over 2 consecutive years allowed us to identify 659 differentially-expressed genes (DEGs) at the variety level, and 1,571 genes at the environmental level. A non-negligible number of these genes is involved in cell wall metabolism thereby providing some initial clues allowing a link to be made between variety and quality. This study also underlined the potential importance of the XTH protein in flax cell wall metabolism. The role of the environment on cell wall metabolism was further explored in a study aiming to dissect the impact of drought stress on the transcriptomes of 3 vegetative organs (stem, leaf, root). Preliminary analyses identified an important number of DEGs involved in the biosynthesis and remodeling of several cell wall polymers.

La difficulté d'estimer avec fiabilité la contribution des cultures de légumineuses au pool azoté du sol est un frein à l'accroissement de l'utilisation de ces cultures en tant qu'alternative aux engrais azotés chimiques. D'une part, il est difficile de prévoir la quantité d'azote (N) fixé en fonction des conditions de culture. D'autre part, il existe une grande incertitude sur la quantité d'azote provenant des parties souterraines et principalement de l'N rhizodéposé. Dans ce contexte, le premier objectif de mon travail de thèse était d'adapter et d'affiner une méthode de marquage utilisant le tracer 15N pour mesurer la quantité d'N rhizodéposé par une culture de pois. Deux méthodes « split-root » et « cotton-wick » ainsi que plusieurs conditions de marquage ont été testées. Les effets de la disponibilité en azote du sol, d'un stress hydrique et des sources d'azote sur ce processus ont également été étudiés chez différentes variétés et lignées isogéniques de pois. L'estimation de la rhizodéposition est influencée par la fréquence de marquage et la concentration de la solution de marquage. Cependant, des résultats fiables ont été obtenus avec les deux méthodes de marquage lorsque les plantes étaient soumises à un marquage continu avec une solution diluée d'urée. Pour des raisons pratiques, la méthode « cotton-wick » a été adaptée pour les expérimentations en conditions de plein champ. La proportion d'azote allouée aux parties souterraines n'était influencée ni par un stress hydrique, ni par la disponibilité en azote du sol ou les sources d'azote. L'N rhizodéposé représentait 90% de l'azote total des parties souterraines. De ce fait, l'azote des parties souterraines devrait être intégré dans le calcul du bilan N après une culture de légumineuse ainsi que pour la prédiction des économies en N pour les cultures suivantes dans les systèmes de cultures basés sur les légumineuses.

Comme pour les autres organes multicellulaires, la croissance et le développement de la feuille et du fruit sont caractérisés par la coordination de la division et de l'expansion des cellules qui sont des processus majeurs de la croissance. Les cellules du péricarpe du fruitcharnu connaissent également des endocycles successifs entrainant ainsi une augmentationimportante de la ploïdie des cellules. Il existe un lien évident entre la croissance cellulaire etl'endoréduplication, cependant, celui-ci est encore mal connu du point de vue fonctionnel. Lesprocessus cellulaires interagissent fortement durant le développement de l’organe et sont liésaux flux de carbone et d'eau dans la plante. L’objectif de ce travail de thèse est de mieuxcomprendre le contrôle multi-échelles de la croissance des feuilles et des fruits chez la tomate(Solanum lycopersicum Mill.) et de la plasticité de leur croissance en réponse à des stresshydriques du sol.L’étude a essentiellement porté sur le génotype de tomate cerise Solanum lycopersicum, cv.West Virginia 106 (WVa 106) qui a été cultivé dans différentes conditions d’irrigation grâce àdes systèmes automatisés développés pour cette étude. La réponse au déficit hydrique du sol aété étudiée à différentes échelles d’observation, (tissu, organe, plante entière) et à différentsstades de croissance de la plante en adaptant des protocoles utilisés jusque-là pour des plantesà croissance déterminée et des feuilles simples. Deux génotypes transgéniques modifiés sur ungène de régulation du cycle cellulaire ont aussi été cultivés afin de faire varier les traits liés àla croissance cellulaire et mieux comprendre leurs liens. Les cinétiques de croissance desorganes source et puits que sont la feuille et le fruit aux échelles cellulaire et tissulaire ontaussi été décrites. Les résultats ont apporté des éléments nouveaux sur les coordinations entreles différents processus étudiés et conforté des hypothèses déjà présentes dans la littérature.Ces travaux ont permis de fournir un jeu de données original sur les effets du stress hydriquesur les processus cellulaires (division, expansion, endoréduplication) impliqués dans lacroissance de la feuille et du fruit chez la tomate et, de mieux comprendre leur interactions àplus large échelle, la plante dans sa globalité. En perspectives, ce jeu de données pourrapermettre de faire évoluer un modèle de développement du fruit charnu en condition optimaleet tester sa généricité sur un autre organe, la feuille. Il ouvre des pistes sur la réflexion autourde la modélisation de la plasticité de la plante en réponse au stress hydrique. / As for other multicellular organs, growth and development of leaves and fruits arecharacterized by cell division and expansion. Cell division and expansion are two maingrowth processes. Fleshy fruit pericarp cells also include successive endocycles that providean important increase in cell ploidy. There is a clear link between cell growth andendoreduplication. However, this link is still unclear from a functional point of view. Cellularprocesses interact during organ development and are related to plant water and carbon flows.The objective of this thesis is to give insights into the multi-scale control of leaves and fruitsgrowth in tomato (Solanum lycopersicum Mill.) and the plasticity of growth-related traits inresponse to soil water stresses.This study mainly focused on cherry tomato Solanum lycopersicum, cv. West Virginia 106(WVa 106). This genotype was cultivated in different conditions of watering regimes withautomated systems developed for this study. Soil water deficit response was studied atdifferent observation scales (tissue, organ, whole plant) and at different plant growth stagesthanks to protocols that were used until now on plants with determinate growth and simpleleaves that were modified for this study. Two transgenic genotypes modified on a cell cycleregulation gene were also cultivated to create variations on growth related traits for a betterunderstanding of their relationships. Multi-scale growth kinetics of source and sink organs(leaf and fruit) were also analyzed. Results have brought new elements about growth-relatedtraits coordination and have reinforced a few hypotheses already presented in scientificpapers. This work has supplied an original dataset on water stress effects on cellular processes(division, expansion, endoreduplication) related to leaf and fruit growth in tomato in thecontext of the plant as a whole. In perspectives, this dataset may allow to further develop anexisting model of fleshy fruit development which was first developed for fruits of plantsgrowing optimal condition. Genericity of this model will be tested on another organ, the leaf.This work also opens some tracks about how the model could be modified when growth islimited by water stress.

La sécheresse est un stress majeur pour les plantes qui ont développé de nombreuses stratégies pour y faire face. La réponse la plus rapide à un stress hydrique est la fermeture des pores stomatiques qui limite les pertes d'eau par évapo-transpiration. La phytohormone acide abscissique (ABA) participe à cette réponse en modifiant la turgescence des cellules de garde. La protéine kinase OST1 d'Arabidopsis thaliana contrôle les étapes précoces de la transduction du signal ABA dans ces cellules. Au cours de cette thèse, nous avons cherché à comprendre les mécanismes de régulation de la kinase OST1. Nous avons d'abord montré que la protéine 10xHis-OST1 produite chez E.coli est active et s'autophosphoryle. Ceci nous a permis d'identifier des résidus phosphorylés, cibles potentielles de kinases ou phosphatases régulant l'activité de OST1 dans la plante. L'importance de ces résidus a d'abord été étudiée in vitro par l'analyse de l'activité de protéines recombinantes mutées sur les résidus phosphorylés. Puis nous avons étudié l'impact de ces mutations dans la plante en réalisant des tests de complémentation du mutant ost1 et des tests d'activité kinase après immunoprécipitation des différentes versions de la protéine OST1. La même stratégie appliquée à l'étude de versions tronquées de OST1 nous a permis d'analyser son domaine C-terminal. Nous avons ainsi identifié plusieurs éléments structuraux critiques pour l'activité de OST1 et sa fonction dans la plante. Enfin, notre analyse des différents allèles mutants ost1 suggère que OST1 régule les flux transpiratoires en réponse à un stress hydrique à deux niveaux distincts, dans les cellules de garde et les tissus vasculaires.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre du projet Digiplante au laboratoire MAS de l'École Centrale Paris, en collaboration avec l'unité de recherche G-eau au sein de l'IRSTEA. Dans un contexte de raréfaction de la ressource en eau, il est important de mieux valoriser l'usage de l'eau dans la production agricole. Pour la conception d'outils d'aide à la décision pour les agriculteurs ou les gestionnaires agricoles, il est nécessaire de développer une démarche quantitative permettant de décrire l'interaction de la ressource en eau avec la production végétale. Dans ce contexte, l'objectif de cette thèse multidisciplinaire est de proposer une méthodologie basée sur la modélisation de l'interaction plante-sol-atmosphère par couplage de modèles et sur le contrôle optimal pour gérer les stratégies d'irrigation. La première contribution de cette thèse consiste en le développement et l'étude de modèles couplés plante-sol, à différentes échelles. A titre de comparaison avec le modèle Pilote qui simule le rendement en se basant sur l'indice de récolte et la description empirique de l'indice foliaire LAI, on a proposé deux autres niveaux de modélisation pour la partie plante, ainsi que leur couplages avec le module sol de Pilote. D'une part, on a introduit un modèle par compartiments qui permet à la fois une gestion plus fine de l'allocation et une meilleure adaptation aux données expérimentales. D'autre part, le couplage a aussi été effectué avec le modèle GreenLab qui décrit la croissance architecturale de la plante. Ceci a nécessité le développement d'une version continue de GreenLab qui facilite en particulier l'intégration de l'effet du stress hydrique. Un jeu de données expérimentales a permis la paramétrisation de ces modèles, sous différents régimes d'irrigation et donc différents niveaux de stress hydrique. La deuxième contribution majeure a été le développement d'un cadre méthodologique pour le contrôle optimal des apports d'eau, dans le cas déterministe et le cas stochastique. La résolution proposée est basée sur la programmation dynamique qui permet de traiter différentes formulations du critère à optimiser, sans contraintes ou avec contraintes (par exemple logistiques ou réglementaires, comme les quotas d'irrigation). Une version itérative de l'algorithme a également été proposée afin d'améliorer la performance de la résolution numérique, mais également afin de pouvoir gérer les systèmes dynamiques à retards (qui peuvent apparaître pour certaines formulations du processus de sénescence dans les modèles de croissance). Notre méthodologie générique a pu être appliquée pour des problématiques concrètes, et permet d'envisager l'élaboration d'outils d'aide à la décision en agriculture afin de gérer les ressources en eau de façon plus efficace.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre du projet Digiplante au laboratoire MAS de l’École Centrale Paris, en collaboration avec l'unité de recherche G-eau au sein de l'IRSTEA. Dans un contexte de raréfaction de la ressource en eau, il est important de mieux valoriser l'usage de l'eau dans la production agricole. Pour la conception d'outils d'aide à la décision pour les agriculteurs ou les gestionnaires agricoles, il est nécessaire de développer une démarche quantitative permettant de décrire l'interaction de la ressource en eau avec la production végétale. Dans ce contexte, l'objectif de cette thèse multidisciplinaire est de proposer une méthodologie basée sur la modélisation de l'interaction plante-sol-atmosphère par couplage de modèles et sur le contrôle optimal pour gérer les stratégies d'irrigation. La première contribution de cette thèse consiste en le développement et l'étude de modèles couplés plante-sol, à différentes échelles. A titre de comparaison avec le modèle Pilote qui simule le rendement en se basant sur l'indice de récolte et la description empirique de l'indice foliaire LAI, on a proposé deux autres niveaux de modélisation pour la partie plante, ainsi que leur couplages avec le module sol de Pilote. D'une part, on a introduit un modèle par compartiments qui permet à la fois une gestion plus fine de l'allocation et une meilleure adaptation aux données expérimentales. D'autre part, le couplage a aussi été effectué avec le modèle GreenLab qui décrit la croissance architecturale de la plante. Ceci a nécessité le développement d'une version continue de GreenLab qui facilite en particulier l'intégration de l'effet du stress hydrique. Un jeu de données expérimentales a permis la paramétrisation de ces modèles, sous différents régimes d'irrigation et donc différents niveaux de stress hydrique. La deuxième contribution majeure a été le développement d'un cadre méthodologique pour le contrôle optimal des apports d'eau, dans le cas déterministe et le cas stochastique. La résolution proposée est basée sur la programmation dynamique qui permet de traiter différentes formulations du critère à optimiser, sans contraintes ou avec contraintes (par exemple logistiques ou réglementaires, comme les quotas d'irrigation). Une version itérative de l'algorithme a également été proposée afin d'améliorer la performance de la résolution numérique, mais également afin de pouvoir gérer les systèmes dynamiques à retards (qui peuvent apparaître pour certaines formulations du processus de sénescence dans les modèles de croissance). Notre méthodologie générique a pu être appliquée pour des problématiques concrètes, et permet d'envisager l'élaboration d'outils d'aide à la décision en agriculture afin de gérer les ressources en eau de façon plus efficace. / This thesis is part of the project Digiplante in the MAS laboratory of Ecole Centrale Paris, in collaboration with the research unit G-water in the IRSTEA. In a context of scarcity of water resources, it is important to better promote the use of water in agricultural production. When designing decision support tools for farmers or farm managers, it is necessary to develop a quantitative approach to describe the interaction of water resources with crop production. In this context, the objective of this thesis is to propose a multidisciplinary methodology based on modeling the soilplant- atmosphere interaction with coupled models and on the strategy optimization for managing irrigation. The first contribution of this thesis is the development and study of plant-soil coupled models at different scales. In comparison with the Pilote model that simulates the crop yield based on the harvest index and the empirical description of the leaf area index LAI, we proposed two other levels of modeling for the plant part and their coupling with the soil module of Pilote. On the one hand, we have introduced a compartment model which allows both a finer management of the allocation and better adaptation to the experimental data. On the other hand, the coupling was also carried out with the GreenLab model which describes the architectural growth of the plant. This has necessitated the development of a continuous version of GreenLab which facilitates in particular the integration of the effect of water stress. A set of experimental data has allowed the parametrization of these models under different irrigation regimes and thus different levels of water stress. The second major contribution was the development of a methodological framework for the optimal control of water supplies in both deterministic and stochastic case. The proposed resolution is based on dynamic programming that can handle different optimization criterion either without or under constraints (for example regulatory or logistical constraints, such as irrigation quotas). An iterative version of the dynamic programming algorithm has also been proposed to improve the performance of the numerical solution, but also in order to deal with dynamical systems with delay (which can occur in some formulations of senescence in growth models). Our generic methodology could be applied to concrete problems, and allows the development of decision support tools in agriculture for a more efficient water resources management.

Cette thèse s’est focalisée sur les lavandes et en particulier sur trois lavandes retrouvées en France : la lavande fine (Lavandula angustifolia Miller), la lavande aspic (Lavandula latifolia Medik) et leur hybride le lavandin (Lavandula x intermedia). Capables de synthétiser de grandes quantités de composés organiques volatils (COV) et plus particulièrement des terpènes volatils tel les mono- et sesquiterpènes, les lavandes sont utilisées depuis l’antiquité par l’Homme pour les propriétés médicinales et aromatiques de ces terpènes, composants de l’huile essentielle de lavande. De par l’importance économique et écologique des terpènes volatils, ce travail de thèse présente différents aspects d’étude. Dans un premier temps la relation entre la diversité chimique, géographique et génétique de la lavande fine a été analysée sur l’ensemble de son aire de répartition. Les résultats ont mis en évidence des populations de lavande fine très différentes autant chimiquement que génétiquement au bord de leur aire de répartition. Dans un deuxième temps, l’impact du stress hydrique au cours du temps sur les contenus en terpènes volatils a été évalué sur la lavande aspic, le lavandin et six populations de lavande fine. Les résultats ont montré des tolérances différentielles en fonction des espèces et des populations ; ainsi le lavandin est plus rapidement affecté par le stress hydrique que la lavande fine. Les contenus terpéniques n’ont été que faiblement impactés par le stress hydrique et cela à des états hydriques différents selon les espèces et les populations. Malgré la grande diversité de réponse selon les composés, l’intensité du stress hydrique et les plantes ; les terpènes de la voie du camphre (bornéol, camphène et camphre) sont ceux qui présentent les plus grandes variations entre les plantes stressées et témoins. Il apparaissait alors intéressant d’étudier la voie de biosynthèse du camphre. Dans ce cadre-là, nous avons identifié et caractérisé la bornyl diphosphate synthase capable de former le bornéol à partir du bornyl diphosphate. L’ensemble de ces travaux permettent de mieux appréhender les relations entre production de terpènes volatils et environnement ainsi que de donner des outils génétiques afin de poursuivre ces investigations / The PhD was focused on lavenders and precisely on lavenders present in France: the fine lavender (Lavandula angustifolia Miller), the spike lavender (Lavandula latifolia Medik) and their hybrid the lavandin (Lavandula x intermedia). Skilled to synthetize huge organic volatils coumpounds (COV) amount and in particular volatils terpene such mono- and sesquiterpenes, lavenders are used by human from antiquity for medicinal and aromatic properties of these volatils terpenes, lavender essential oil is composed of. Due to economical and ecological volatils terpenes importance, several study aspects is considered in the PhD. In a first hand, on all the fine lavender’s repartition area, relationship between chemical, geographical and genetical diversities was assessed. Results showed chemical and genetical significant different populations, at the border of fine lavender repartition area. In a second hand, hydric stress impact over time on volatiles terpenes content was assessed on the spike lavender, lavandin and six fine lavender populations. Results put in evidence differential tolerances by species and populations; thus lavandin is more quickly affected by hydric stress than the fine lavender. Terpenes contents were slightly impacted by hydric stress and with different states amoung species and populations. Despite huge answer diversities amoung compounds, hydric stress intensity and plants; camphre pathway terpenes (borneol, comphene and camphre) are those which have the more important variations among stressed and controlled plants. Therefore study camphre biosynthesis pathway emerged. In this context, we have identified and characterized the bornyl diphosphate synthase able to produce the borneol from the bornyl diphosphate. These works allow a better understanding of relationships between volatils terpenes production and environment as well as give genetical tools to proceed to further investigations

Ce projet de thèse s’inscrit dans un contexte de changement climatique et de remplacement des énergies fossiles, où la réduction des apports en eau et l’optimisation de la valorisation de la biomasse sont deux enjeux majeurs des systèmes de productions durables. La dégradabilité de la biomasse est principalement limitée par la dégradabilité des parois et afin de l’améliorer, il est nécessaire de comprendre quels facteurs sont impliqués dans cette limitation de dégradabilité. Plusieurs études ont montré que la dégradabilité pariétale est impactée par la composition et la structure de la paroi mais aussi par la distribution des tissus lignifiés au sein des organes. Pour faire la part entre l’impact de la biochimie et celui de l’histologie sur la dégradabilité dans différentes conditions d’irrigation, des outils haut-débit de quantifications biochimiques et histologiques ont été développés et dédiés à l’étude d’entrenoeuds portant l’épi principal. Les études ont porté sur un panel de diversité génétique de maïs et d’une population de lignées recombinantes, cultivés durant plusieurs années dans des conditions d’irrigation contrastées dans le sud de la France. Nos résultats mettent en évidence que le déficit hydrique induit une augmentation de la dégradabilité pariétale, accompagnée par une diminution de la teneur en lignines pariétales et par une induction préférentielle d’une lignification corticale, plus p-coumaroylée. De façon originale, nous avons aussi cartographié 90 QTLs de caractères histologiques dans les différentes conditions d’irrigation sur le génome du maïs. Plus particulièrement, une large région entre le bin 1.07 et le bin 1.11 est impliquée dans les variations observées du nombre de faisceaux vasculaires et de la surface de section des entrenoeuds. De façon globale, de nombreux QTLs de composition pariétale de l’entrenoeud co-localisent avec ceux obtenus au niveau de la plante entière sans épis chez la même population. Enfin nous avons pu démontrer que le choix de l’entrenoeud portant l’épi principal est judicieux pour représenter à la fois les caractéristiques histologiques des tiges entières et biochimiques de la biomasse lignocellulosique des plantes entières. Ainsi, les caractéristiques histologiques et biochimiques des entrenoeuds de maïs sont proposées comme des cibles de choix pour sélectionner des lignées de maïs résilientes au déficit hydrique. / This PhD project encompass in a context of global warming and replacement of fossil resources, where both water supply decrease and biomass valorisation optimisation are two major issues for providing sustainable systems of production. Biomass degradability is mainly limited by cell wall degradability and in order to improve it, it is necessary to understand what are the factors involved in the limitation of the degradability. Several studies have shown that cell wall degradability is impacted by the structure and the composition of the cell wall but also by the distribution of the lignified tissues within the organs. To decipher the impact of the biochemistry and from the one of the histology on degradability under different watering conditions, high-throughput quantifications tools for histology and biochemistry have been developed and dedicated to the study of the internode carrying the main ear. The studies were conducted on a maize genetic diversity panel and a recombinant inbred lines population, cultivated during several years under contrasted irrigation conditions in South of France. Our results highlight that water deficit induce an increase of the cell wall degradability, associated to a decrease of the cell wall lignin content and a preferential induction of a cortical lignification, more p-coumaroylated. In original ways, we also detected 90 QTLs for histological traits under the different irrigations scenarios on the maize genome. More particularly, a large region between bin 1.07 and bin 1.11 is involved in the observed variations of the bundle number and the stem section area of the internodes. More generally, numerous QTLs of cell wall composition of the internode co-localised with the ones detected for the whole plant without ear level in the same population. Finally we were able to demonstrate that the choice of the internode carrying the main ear is judicious to represent both histological characteristics from the whole stem and biochemical characteristics from the lignocellulosic biomass of the whole plant. Thus, histological and biochemical traits in maize internode are proposed as particular targets to select lines resilient to water deficit.

Parmi les perturbations attendues des écosystèmes forestiers dans le cadre du changement climatique, les dégâts causés par les insectes ravageurs devraient augmenter en raison notamment de la hausse des températures. Ces dommages devraient réduire la capacité des forêts à stocker du carbone, et donc à atténuer les causes du changement climatique. Plus spécifiquement, il est prédit que l’augmentation des pullulations d’insectes défoliateurs conduise à une diminution importante de la productivité des forêts mais leur impact réel est difficile à quantifier et à comprendre. L’objectif général de ce travail a donc été d’améliorer nos connaissances sur l’impact d’une défoliation sur la croissance d’arbres d’âges contrastés et soumis à différentes contraintes environnementales. Dans un premier temps, ce travail a permis de quantifier la relation entre l’intensité de défoliation de la processionnaire du pin et la perte de production du pin maritime. Une méta-analyse nous a permis de synthétiser les résultats de l’ensemble des 45 études publiées à ce jour sur le sujet. Par la suite, profitant d’une pullulation exceptionnelle de processionnaire du pin pendant l’hiver 2009-2010, nous avons expérimentalement testé l’effet de défoliations variant de 25 à 100% en interaction avec l’âge des peuplements de pin maritime. Nous concluons que les pertes de production sont proportionnelles à l’intensité de défoliation et augmentent avec l’âge de l’arbre.L’évolution du climat étant susceptible de favoriser la combinaison de différents stress, nous nous sommes également intéressés aux effets cumulés de la défoliation et du stress hydrique sur la croissance de l’arbre. Notre étude révèle que la défoliation et le stress hydrique ont des effets additifs sur la croissance du pin maritime. Nos résultats confirment la complexité de la réponse éco-physiologique de l’arbre à la défoliation. L’étude des réserves carbonées et azotées nous a permis d’explorer les possibles mécanismes sous-jacents à l’effet d’une défoliation. Plus qu’une simple diminution de la fixation carbonée par altération de l’appareil photosynthétique, nous proposons que la défoliation affecte la croissance via des processus de limitation en ressources carbonées et azotées. Les réserves carbonées n’étant affectées qu’en début de saison, nous émettons l’hypothèse d’une limitation azotée de l’arbre après défoliation. Ainsi, la défoliation et le stress hydrique pourraient diminuer conjointement la disponibilité en eau et en ressources minérales, ce qui expliquerait leurs effets additifs sur la croissance de l’arbre. / In the context of climate change, forest pest outbreaks, among other biotic disturbances, are expected to be more frequent in response to increasing temperatures. The resulting damage is likely to adversely affect forests net primary production and their contribution to climate mitigation via carbon sequestration. More specifically, insect defoliators are to predicted to be more prevalent in the future but their real impact on forest productivity is difficult to evaluate and interpret. Our main objective was then to improve our understanding of insect defoliation impact on tree growth at different tree ages and under various climatic conditions.First, we assessed the relationship between the intensity of pine processionary moth defoliation and maritime pine growth loss. We carried out a meta-analysis to summarize the outcomes of the 45 published studies that addressed this issue. Then, we took advantage of a severe pine processionary moth outbreak to set up a large field experiment where we controlled for both the age (from 3 to 40 years old) and the defoliation rate (from 25 to 100%) of Pinus pinaster trees. We showed that radial growth losses were proportional to defoliation intensity and more important in older trees.As the combination of several disturbances is likely to be more frequent under climate change, we developed a manipulative experiment to quantify the cumulative impact of water stress and defoliation on maritime pine tree growth. We found additive detrimental effects of water stress and defoliation on maritime pine tree growth.Our results confirm that tree response to defoliation, including various eco-physiological processes, is complex. To decipher the underlying mechanisms we analyzed the dynamics of nutrient and carbohydrates pools in defoliated trees during the growing season. Our findings suggest that defoliation affect tree growth through resource limitation rather than via a reduction of carbon fixation due to altered photosynthesis. Since carbohydrates pools were only affected early in the season, our results support the hypothesis of a nitrogen limitation in trees following defoliation. Additive effects of defoliation and water stress may then be explained by similar adverse consequences on water flow and nitrogen uptake.

La vigne est sujette à de nombreuses contraintes biotiques et abiotiques face auxquelles elle devra optimiser ses stratégies de défense, en favorisant parfois des interconnections entre les réponses adaptatives au stress abiotique et la gestion de la réponse immune face à un pathogène. Dans cette étude nous avons évalué l'effet du stress hydrique (par privation d'eau) sur différentes réactions adaptatives au stress, mais aussi sur des réponses de défense et sur la sensibilité des feuilles et des baies de la vigne à Botrytis cinerea. Ces réactions ont été suivies en utilisant des boutures végétatives de deux cépages : cv. Meski (MSK), tolérant à la sécheresse et cv. Chardonnay (CHR), sensible. La relation entre les réponses au stress hydrique et la réponse immune a également été recherchée au moyen de feuilles de vitroplants et de baies isolées de Chardonnay exposées à des osmotica : le polyéthylène glycol (PEG) et une forte concentration en saccahrose (SUC). Les résultats montrent que le stress hydrique/osmotique conduit à des modifications physiologiques et biochimiques importantes dans les feuilles et les baies mûres de vigne. L'amélioration de la tolérance chez MSK est associée à une faible inhibition de l'activité photosynthétique, une altération du profil des acides aminés et un catabolisme actif des polyamines (PAs) comparé au CHR. Ces résultats suggèrent un rôle potentiel des déviations métaboliques observées dans les processus de tolérance de la vigne au stress osmotique. La tolérance du MSK au déficit hydrique est également corrélée à une forte induction des réponses de défense accumulation de resvératrol et e-viniférine, expression de certains gènes de défense dont STS, Gluc (PR-2), Chit-4c (PR-3) et PR-5 dans les feuilles, ainsi qu'à une faible sensibilité à B. cinerea.Ces résultats suggèrent un lien étroit entre la tolérance au déficit hydrique et la capacité de la vigne à exprimer davantage ses mécanismes de défense et à résister mieux à B. cinerea. Des expériences pharmacologiques ont montré qu'en situation de stress hydrique/osmotique, le catabolisme des PAs, via des diamine- et PA-oxydases, est impliqué dans la régulation de l'homéostasie des PAs et de l'expression des réactions de défense. L'application du stress osmotique avant l'infection des feuilles par B. cinerea potentialise l'accumulation des PAs en réduisant fortement leur dégradation. Ces effets sont corrélés à une réduction de l'amplitude des réponses de défense après infection, et à une sensibilité accrue à B. cinerea. Ces résultats rendent compte (1) de l'importance des stress abiotiques dans la régulation de la réponse immune chez la vigne et sa résistance à B. cinerea et (2) du fait que le niveau des réponses de défense osmo-induites et la résistance au pathogène sont tributaires, au moins en partie, de certains mécanismes adaptatifs au stress, comme c'est le cas ici des voies de dégradation des polyamines. / Grapevine is often exposed to both biotic and abiotic stresses, and it will optimize defense strategies by favoing sometimes the cross-talk between adaptive responses to abiotic stress and immune response against pathogen challenge. In this study we evaluated the effect of water stress (by withholding water) on different adaptive responses, and also on defense responses and sensitivity of grapevine leaves or berries to Botrytis cinerea. These reactions were monitored using vegetative cuttings of two varieties: Meski (MSK) a drought tolerant cultivar and Chardonnay (CHR) as a sensitive one. The relationship between the responses to water stress and the immune response was also assessed using detached leaves from vitroplantlets and detached ripe berries from Chardonnay exposed to osmotic agents: polyethlene glycole (PEG) and a high concentration of sucrose (SUC). The results show that water/osmotic stress leads to significant physiological and biochemical changes in grapevine leaves and ripe berries. The improved tolerance of MSK to drought is associated with a weak inhibition of photosynthetic activity, altered amino acid profile and an activation of polyamine (PA) catabolism, compared to the sensitive plant CHR. These results suggest a potential role of metabolic deviations observed in the process of osmotic stress olerance. MSK tolerance to water deficit is also correlated with a strong induction of defense responses, such as accumulation of resveratrol and e-viniferin, enhanced expression of defense-related genes, including STS , Gluc (PR-2), Chit-4c (PR-3) and PR-5, and a low susceptibility of leaves to B. cinerea. These results suggest a close connection between water stress tolerance and the ability of grapevine to express more their defense mechanisms and then to resist better to the pathogen B. cinerea. Pharmacological experiments showed that experiencing water/osmotic stress, PA oxidation through diamine- and PA-oxidases is involved in the regulation of PA homeostasis and the expression of defense reactions in both leaves and berries. The application of osmotic stress before leaf infection by B. cinerea potentiates PA accumulation probably by reducing PA degradation. These effects are correlated with a reduction of defense responses after B. cinerea infection, as well as to an increased susceptibility to B. cinerea.These results highlight (1) the importance of abiotic stress in regulating the immune response in grapevine plants and resistance to B. cinerea and (2) that the level of defense responses induced by osmotic and the resistance of grapevine to the pathogen are dependent, at least in part, on some adaptive mechanisms to stress, as it is the case here for polyamine degradation pathways.