Le riz est l'une des céréales les plus importantes au monde. Au Vietnam, le riz est également considéré comme un produit agronomique clé pour l'exportation. Cependant, le stress dû à la sécheresse menace la production de riz de plus en plus fréquemment et sur de plus longues périodes. Les racines coronaires constituent une partie importante du système racinaire du riz et jouent un rôle crucial dans le maintien du rendement en cas de sécheresse. Le nombre de racines coronaires affecte la biomasse de racines et détermine la capacité de la plante à extraire les ressources du sol. Un QTL de NRC, qNCR11, localisé sur le chromosome 11, avait été détecté dans une étude d’association précédente utilisant un panel de riz vietnamiens. Dans notre étude, son effet sur le NCR, léger, a été validé par cartographie de QTL en utilisant une population biparentale . Afin de déterminer les gènes sous-jacents à qNCR11 et régissant l'initiation et le développement des racines coronaires, une étude de séquençage du génome entier et une étude d'expression ont été réalisées. Deux gènes candidats, NCR2 (NBS-LRR) et NCR3 (OsbHLH014) ont été identifiés. NCR2 portait un SNP non synonyme dans son ORF, provoquant un codon stop prématuré corrélé avec un NCR élevé; NCR3 était moins exprimé dans les bases de la tige des plantes à haplotype NCR élevé que chez les plantes à haplotype NCR faible. Des mutations dans ces gènes ont été obtenues à l'aide du système CRISPR / Cas9 et le phénotypage des lignées obtenues est en cours. Le QTL qNCR11 à effet mineur pourrait être utile aux sélectionneurs pour produire des variétés de riz avec un NCR augmenté ou diminué pour les différents écosystèmes-cibles, afin de favoriser l'extraction de l'eau dans des conditions de sécheresse. / Rice is one of the most important cereals worldwide. In Vietnam, rice is also known as a key agronomic product for exportation. However, drought stresses threaten rice production with an increasing frequency and for longer periods. Crown roots are a major component of rice root system and play a crucial role in maintaining yield under drought. The number of crown roots (NCR) impacts on root biomass and determines the ability of a plant to acquire soil resources. qNCR11, a QTL for NCR located on chromosome 11, was detected in a previous genome-wide association study using a Vietnamese rice panel. qNCR11 was validated to have a slight effect on NCR by QTL mapping using a biparental population in this study. To determine the genes underlying qNCR11 and governing crown root initiation and development, whole genome sequencing and expression study were performed. Two candidate genes, NCR2 (NBS-LRR) and NCR3 (OsbHLH014) were identified. NCR2 carried a non-synonymous SNP inside its ORF, causing a premature stop-codon that correlates with the high NCR trait; NCR3 was less expressed in stem bases of the high NCR haplotype plants relative to the low NCR haplotype plants. Mutations in these genes were obtained using the CRISPR/Cas9 system and the phenotyping of the obtained lines is on-going. The minor-effect qNCR11 could be useful for breeders to generate rice varieties with increased or decreased NCR for different target agro-systems, in order to enhance water extraction under drought stress.

Chez Arabidopsis thaliana, les protéines SIAMESE-RELATED (SIM/SMR1 à 13) forment une famille plante-spécifique d’Inhibiteurs de Kinase Cycline-dépendante (CKI), homologue des Kip-Related Proteins. SIM et SMR1 sont des régulateurs positifs de la transition du cycle mitotique vers l’endoréplication. L’expression des gènes SIM/SMR est induite en réponse àdes stress. L’un des stress abiotiques majeurs pour les plantes est la sécheresse. Les SIM/SMR pourraient être dégradées par la voie de la protéolyse spécifique de l’Ubiquitin Proteasome System (UPS). Les SIM/SMR sont de bons candidats pour relier l'activité du cycle cellulaire aux stimuli de l'environnement. Ce travail a démontré l’implication de la protéolyse UPS dans le contrôle posttraductionnel de tous membres SIM/SMR testés. Il démontre que SIM, SMR2 et SMR1 sont nécessaires à l’endoréplication des cellules foliaires. Lors d’un stress hydrique, l’expression des gènes SIM, SMR1, SMR3 et SMR5 est induite. Le profil spatio-temporel de ces inductions a mis en évidence deux groupes de gènes avec des fonctions distinctes. Les mutants sim, smr5 et sim.smr1.smr2 sont hypersensibles au stress hydrique. / In Arabidopsis thaliana, the SIAMESE-RELATED proteins (SIM/SMR1 to 13) are a plantspecific family of Cyclin-dependent Kinase Inhibitors (CKIs), homologous to the Kip-Related Proteins. SIM and SMR1 are positive regulators of the switch from mitotic cycle to endoreplication. The expression of SIM/SMRs genes is induced in response to stress. One of the major abiotic stress for plants is the drought stress. The SIM/SMRs could be degraded through the specific proteolysis of Ubiquitin Proteasome System (UPS). The SIM/SMRs proteins are good candidates to link cell cycle activity with environmental stimuli.This research work has shown the involvement of the UPS proteolysis in the posttranslational control of all the tested members of the SIM/SMR family. It also shows that SIM, SMR2 and mostly SMR1 are required in endoreplication of leaf cells. During drought stress, the expression of SIM, SMR1, SMR3 and SMR5 genes is induced. The spaciotemporal pattern of those inductions revealed two groups of genes with distinct functions. In addition, the sim, smr5 and sim.smr1.smr2 loss-of-function mutants tested are hypersensitive to drought stress.

Le sujet de l’adaptation aux changements climatiques est devenu l’un des sujets contemporains les plus importants dans la vigne. Une grande focalisation a été mise sur la compréhension des effets du porte-greffe sur la croissance du scion, l’absorption des nutriments, et la tolérance au stress, dans l’objectif final de développer de nouveaux porte-greffes qui facilitent l’adaptation au changement climatique. L’objectif de cette thèse est d’examiner comment les différences dans la résistance à la sécheresse entre les génotypes peut résulter en de grandes différences dans leur capacité à maintenir leur croissance racinaire en situation de stress. Une meilleure compréhension sur la manière dont la structure, la croissance racinaire et l’absorption d’eau répondent au stress nous permettra de mieux comprendre quels sont les aspects de la physiologie racinaire qui contribuent à la tolérance face à la sécheresse. Des recherches précédentes qui s’étaient focalisées sur l’absorption d’eau racinaire chez la vigne ont suggéré que l’absorption d’eau racinaire pouvait être fortement liée à la vitesse de croissance racinaire instantanée (voir Gambetta et al. 2013). Cette observation implique que des différences entre les génotypes dans la résistance face à la sécheresse pourrait largement résulter de leur capacité à maintenir la croissance racinaire en conditions de stress. Deux porte-greffes de vigne avec des capacités contrastées en matière de résistance à la sécheresse, le Riparia Gloire de Montpellier (RGM) et le 110 Richter (110R) ont été sélectionnés pour étudier dans cette thèse. RGM est considéré comme sensible à la sécheresse, tandis que 110R est fortement résistant à la sécheresse (Carbonneau 1985). La thèse a examiné la relation entre la croissance racinaire et la capacité de résistance à la sécheresse en évaluant la vitesse de croissance racinaire, la conductivité hydraulique à travers deux variétés de porte-greffe en conditions de déficit en eau. Le niveau de l’expression des gènes d’aquaporines (via la qPCR et l’ARNseq) et leur contribution à la conductivité hydraulique racinaire ont été analysés dans les radicelles afin d’obtenir une meilleure compréhension sur les mécanismes impliqués dans la régulation de l’absorption de l’eau racinaire et la conductivité hydraulique au cours du développement et en réponse à un manque d’eau.Le traitement de stress d’eau prolongé a diminué le potentiel hydraulique de la plante. La croissance racinaire individuelle est très hétérogène : bien que le traitement de sécheresse réduise l’élongation racinaire en moyenne, la vitesse de croissance racinaire varie tout de même énormément. Un haut niveau de stress hydrique a réduit significativement la vitesse de croissance racinaire moyenne à la fois pour RGM et 110R. Globalement, la vitesse de croissance racinaire moyenne a montré une tendance réduite au cours du développement de la plante. La température du sol est aussi un facteur qui affecte la croissance racinaire. Pour RGM et 110R, en conditionsIIde bon arrosage et de stress hydrique, la vitesse de croissance quotidienne moyenne a été positivement corrélée avec la température du sol quotidienne moyenne. En conditions de bon arrosage, des vitesses de croissance racinaires plus importantes ont été constamment observées chez 110R par rapport à RGM, ce qui pourrait être une explication possible de sa meilleure résistance à la sécheresse par rapport à 110R. [...] / The subject of adaptation to climate change has become one of the most important contemporary topics in grapevine. Much focus has been placed on the understanding of rootstocks effects on scion growth, nutrient uptake, and tolerance to stress, with the ultimate goal of developing novel rootstocks that facilitate adaptation to a changing climate. The purpose of this thesis is to examine how differences in drought resistance between genotypes could result largely from differences in their ability to maintain root growth under stress. A better understanding of how root structure, growth, and water uptake respond to stress will allow us to better understand what aspects of root physiology contribute to drought tolerance. Previous research focused on root water uptake in grapevine suggested that root water uptake could be tightly coupled to a root’s instantaneous rate of growth (see Gambetta et al. 2013). This observation implies that differences in drought resistance between genotypes could result largely from their ability to maintain root growth under stress. Two grapevine rootstocks with contrasting drought resistance capacity, Riparia Gloire de Montpellier (RGM) and 110 Richter (110R), were selected to study in this thesis. RGM is considered as sensitive to drought, while 110R is highly resistant to drought (Carbonneau 1985). The thesis examined the relationship between root growth and drought resistant capacity by assessing root growth rate, hydraulic conductivity across two rootstock varieties subjected to water deficit. The role of aquaporin gene expression (via qPCR and RNAseq) and their contribution to root hydraulic conductivity were analyzed in fine roots in order to obtain a better understanding on the mechanisms involved in the regulation of root water uptake and hydraulic conductivity across development and in response to water deficit.Prolonged water stress treatment decreased plant water potential. Individual root growth is very heterogeneous, although drought treatment reduces root elongation on average, individual root growth rate still varies enormously. High level of water stress significantly reduced average root growth rate for both RGM and 110R. Globally, average root growth rate showed a decreased trend over plant development. Soil temperature is also a factor that affects root growth. For both RGM and 110R, under both well-watered and water-stressed conditions, average daily root growth rate was positively correlated with average daily soil temperature. Under well-watered conditions, higher root growth rates were constantly observed in 110R compared to RGM, which could be one possible explanation for the higher capacity in drought resistance of 110R.Root hydraulic conductivity (Lpr) was influenced by both water stress treatment and plant developmental stage. Generally, for both RGM and 110R, Lpr was significantly reduced under water stress in early stage. In mid and late stages, no significant differences in Lpr were observedIVbetween well-watered and water-stressed plants. Changes in individual root Lpr in response to pre-dawn leaf water potential (ᴪpredawn) were investigated as well. Lpr showed a fast drop in the beginning of water stress treatment when ᴪpredawn was higher than -0.5 MPa. However, with ᴪpredawn getting more negative, e.g. from -0.4 MPa to -2.0 MPa, the range of Lpr values measured in our study maintained constant. Lpr of well-watered plants decreased as well even though their ᴪpredawn was maintained at a high level (< 0.1 MPa) during the period of the experiment. [...]

Dans le cadre du changement climatique et de l'évolution de la réglementation concernant les intrants azotés, la culture du colza risque d'être fortement pénalisée dans la mesure où c'est une culture qui nécessite d'importants apports azotés pour atteindre son potentiel de rendement. Par ailleurs, comme chez le colza un déficit hydrique induit l'accumulation de certains composés azotés, il est vraisemblable que cela conduise au détournement d'une quantité importante d'azote vers les organes végétatifs aux dépens des organes reproducteurs et donc du rendement. Chez le colza, la réponse métabolique au déficit hydrique se traduit par une très forte accumulation de proline et dans une moindre mesure une augmentation de la teneur en GABA (acide γ-aminobutyrique), deux acides aminés connus chez la plupart des plantes pour leur réponse à de nombreux stress abiotiques. L'objectif de cette thèse est de déterminer comment le métabolisme de ces deux molécules contribue à l'allocation de l'azote au cours du développement de la plante en situation normale comme en condition de stress hydrique et/ou azoté. Pour répondre à cette question nous avons fait le choix de caractériser deux voies enzymatiques majeures impliquées dans le catabolisme de la proline et du GABA : la proline déshydrogénase (ProDH) et la GABA-transaminase (GABA-T) et d'évaluer l'impact de carences hydriques et/ou azotées sur ces voies. Cette étude nécessitait d'identifier au préalable les gènes codant ces enzymes afin d'aborder une approche fonctionnelle. Les résultats montrent l'existence de multiples copies de gènes ProDH et GABA-T dans le génome du colza. L'analyse de leurs profils d'expression suggère que des processus de sub-fonctionnalisation sont en cours conduisant à l'expression spécifique, de certaines copies en réponse aux stress, et d'autres dans les processus développementaux. La comparaison des profils métaboliques avec les profils spécifiques des transcrits a permis d'élaborer des hypothèses sur le rôle de ces voies dans la gestion de l'azote. L'étude conjointe des métabolismes de la proline et du GABA suggère l'existence de régulations connexes entre les deux. Enfin, l'utilisation de plantules a permis - d'approfondir la régulation des gènes étudiés à des stades précoces de développement - et de mettre en évidence les effets délétères de l'inhibition de la GABA-T par une approche pharmacologique. En conclusion ces résultats apportent des précisions sur la régulation de ces deux enzymes et fournissent des éléments de réponse quant au rôle fonctionnel des catabolismes de la proline et du GABA dans les processus de gestion de l'eau et de l'azote chez le colza. Ces travaux constituent donc une première étape dans une démarche de validation de ces gènes comme candidats pour des programmes d'amélioration du colza visant à sélectionner des génotypes mieux adaptés aux conditions environnementales futures. / In the context of climate change and recent regulation concerning nitrogen inputs, the oilseed rape yields may be severely decreased because its crop requires significant nitrogen supply to reach high yield performance. Moreover, as water deficit induces the accumulation of some nitrogen compounds in oilseed rape, it is likely that this could lead to diversion of significant amounts of nitrogen to the vegetative organs at the expense of the reproductive ones and therefore of the yield. In oilseed rape, the metabolic response to water deficit results in a very high proline accumulation and, to a lesser extent, an increased content of GABA (γ-aminobutyric acid), both these amino acids known for their response to many environmental stresses in most species. The objective of the work presented here was to determine how the metabolism of proline and GABA contributes to the nitrogen allocation during plant development under optimal conditions and under water stress and/or nitrogen depletion. To answer this question, we have chosen to characterize two major enzymatic pathways involved in the catabolism of proline and GABA, proline dehydrogenase (ProDH) and GABA transaminase (GABA-T), and assess the impact of water and/or nitrogen deficiency on these pathways. This study has required to preliminary identify the genes encoding these enzymes in order to initiate a functional approach. The results show the presence of multiple copies of ProDH and GABA-T genes in the oilseed rape genome. Analysis of their expression profiles suggests that sub-functionalization processes are occurring, leading to the specific expression of some copies in response to stress, and some in developmental processes. Comparison of metabolic profiles with specific profiles of transcripts allows us to hypothesize about the role of these pathways in management of nitrogen. The combined study of proline and GABA metabolisms suggests the existence of relationships between them. Finally, the use of seedlings allows - further studying the regulation of genes in the early stages of development - and highlighting the deleterious effects of the inhibition of GABA-T by a pharmacological approach. In conclusion these results supply information on the regulation of these two enzymes and provide answers about the functional roles of proline and GABA catabolisms in the management processes of water and nitrogen in oilseed rape. These works constitute a first step in validation process of these genes as putative candidates for oilseed rape breeding programs to select genotypes better adapted to future environmental conditions.

L’assemblage des espèces (leurs présences/absence) dans une communauté naturelle est la conséquence de plusieurs mécanismes de filtrage réalisés par l'environnement. Parmi ces filtres, le filtre abiotique sélectionne les espèces capables de tolérer les conditions environnementales locales. La variation de la disponibilité de l'eau dans le sol est l'un des principaux gradients environnementaux selon lesquels les espèces végétales sont différemment réparties. Considérant l’hypothèse que les traits fonctionnels et leurs relations sont hiérarchisées, les préférences d’habitat des espèces le long de gradients environnementaux devraient être déterminées par une combinaison de traits physiologiques et morpho-anatomiques hiérarchisés. Au cours de ce doctorat, mon objectif général est d'identifier les traits fonctionnels morphologiques, anatomiques et physiologiques de tolérance à la sécheresse qui peuvent prédire la présence des espèces le long d'un gradient d’hydrologie des sols. Plus spécifiquement, nous cherchons à savoir : (i) Quels sont les traits physiologiques qui reflètent le mieux la tolérance à la sécheresse ? (ii) Quelles sont les relations entre les traits morpho-anatomiques et les traits physiologiques de tolérance ? (iii) Quels sont les traits morpho-anatomiques en conditions optimales permettant de prédire la tolérance des espèces herbacées à la sécheresse ? (iv) Quelles formes ont les relations qui existe entre les traits morpho-anatomiques de tolérance en condition optimale et la présence des espèces en cas de sécheresse ? (v) Peut-on prédire les présences des espèces en cas de sécheresse à partir de leurs traits morpho-anatomiques? Nos résultats montrent (1) qu’il est possible de prédire la distribution des espèces sur un gradient d’hydrologie des sols à partir de cinq traits physiologiques de tolérance à la sécheresse. Ces cinq traits sont la photosynthèse nette maximale, la conductance stomatique maximale, le potentiel hydrique du sol au point de flétrissement, la conductance stomatique au point de flétrissement et l’efficacité d’utilisation de l’eau au point de flétrissement. Nous avons montré que (ii) les traits physiologiques de tolérance à la sécheresse sont prédits par les traits morpho-anatomiques en conditions optimales (surface spécifique foliaire, teneur en matière sèche des feuilles, teneur en azote foliaire, longueur spécifique racinaire et surface stomatique). (iii) Les traits morpho-anatomiques seuls ne sont pas de bons prédicteurs de l’hydrologie des espèces et (iv) que la séquence « traits morpho-anatomiques → traits physiologiques → hydrologie des espèces » donne les meilleures prédictions. Cependant, (v) le modèle ne donne pas de prédictions fiables si l’on utilise des traits morpho-anatomiques mesurés en conditions naturelles. Ces résultats confirment, au moins partiellement, l’hypothèse que la distribution des espèces sur un gradient hydrologiques peut être prédite à partir de leurs traits de tolérance à la sécheresse eux-mêmes prédits par leurs traits morpho-anatomiques. En résumé, nous avons utilisé une approche fonctionnelle en construisant un modèle causal prédictif qui nous a permis de nous intéresser aux mécanismes de filtrage environnementaux et plus précisément au rôle de la niche hydrologique des espèces dans l’assemblage des communautés végétales. / Abstract : Species assembly (their presence/absence) in a natural community is the consequence of several filtering mechanisms made by the environment. Among these filters, the abiotic filter selects species able to tolerate local environmental conditions. Variation in water availability in the soil is one of the main environmental gradients according to which plant species are differently distributed. Considering the hypothesis that functional traits and their relationships are hierarchical, habitat preferences of species along environmental gradients should be determined by a combination of hierarchical physiological and morpho-anatomical traits. During this PhD, my overall goal is to identify morphological, anatomical and physiological drought tolerance functional traits that can predict the presence of species along a soil hydrology gradient. More specifically : (i) What are the physiological traits that best reflect drought tolerance? (ii) What are the relationships between morpho-anatomical traits and physiological traits of tolerance? (iii) What are the optimal morpho-anatomical traits for predicting tolerance of herbaceous species to drought? (iv) What forms of relationships exist between optimal morpho-anatomical traits of tolerance and the presence of species in drought condition? (v) Can the presence of species in drought condition be predicted from their morpho-anatomical features? Our results show (1) that it is possible to predict the distribution of species on a soil hydrology gradient from five physiological traits of drought tolerance. These five traits are maximum net photosynthesis, maximum stomatal conductance, water potential of the soil at the wilting point, stomatal conductance at the wilting point, and efficiency of water use at the wilting point. We have shown that (ii) the physiological traits of drought tolerance are predicted by optimal morpho-anatomical traits (leaf area, leaf dry matter content, leaf nitrogen content, root length and stomatal surface). (iii) Morpho-anatomical features alone are not good predictors of species hydrology and (iv) the sequence “morpho-anatomical traits  physiological traits  species hydrology” gives the best predictions. However (v) the model does not provide reliable predictions using morpho-anatomical traits measured under natural conditions. These results confirm, at least partially, the hypothesis that the distribution of species on a hydrological gradient can be predicted from their drought tolerance traits themselves predicted by their morpho-anatomical features. In summary, we used a functional approach by constructing a predictive causal model that allowed us to focus on environmental filtering mechanisms and more specifically on the role of the species hydrological niche in assembling plant communities.

Comment concilier productivité et réduction de l'usage des pesticides ? Le développement de l'oïdium, maladie majeure en viticulture, peut être limité (service de régulation de l'oïdium) par un faible niveau de développement végétatif de la vigne associé à une forte porosité du couvert. Or, de telles caractéristiques limitent également la quantité de rayonnement intercepté par la vigne, et donc la production de biomasse par photosynthèse, et finalement le rendement (service d'approvisionnement). Peut-on augmenter la régulation de l'oïdium sans diminuer le rendement de la vigne ? Autrement dit, existe-t-il une relation de compromis entre ces deux services ? Pour répondre à cette question, deux expérimentations ont été mobilisées : une expérimentation au champ réalisée près de Montpellier de 2010 à 2012 (Syrah), et un réseau de témoins non traités suivis par l'IFV dans la région de Bordeaux de 2007 à 2013. L'analyse des données issues de ces expérimentations a permis de montrer (i) que l'effet des stress hydrique et azoté sur la formation des inflorescences dans les bourgeons latents à la floraison de l'année n-1 détermine 65 à 70 \% du rendement de la vigne lors de l'année n ; (ii) que l'effet du développement végétatif de la vigne sur le développement de l'oïdium n'est significatif que dans le cas d'épidémies de précocité moyenne, dont les premiers symptômes ont été détectés sur feuilles entre la floraison et la fermeture de la grappe. Le développement végétatif de la vigne à la floraison est donc un indicateur pertinent du service de régulation de l'oïdium. Ces résultats ont ensuite permis de confirmer expérimentalement l'hypothèse de l'existence d'un compromis entre rendement de la vigne et régulation de l'oïdium et d'identifier le stress hydrique à la floraison comme un déterminant partagé de ces deux services. Ce dernier point a alors été transcrit dans un modèle simple dans lequel le rendement de la vigne de l'année n dépend principalement de l'année n-1, et le développement végétatif dépend seulement de l'année n. L'analyse des propriétés mathématiques de ce modèle a permis de montrer que la réalisation de compromis favorables entre ces deux services (i.e. un fort niveau des deux services) est possible mais déterminée par l'occurrence de séquences climatiques particulières (une année humide suivie d'une année sèche). Ainsi, les compromis favorables ne peuvent être atteints deux années consécutives et ne sont donc pas stables dans le temps. Les règles de décisions d'application des traitements phytosanitaires pourraient ainsi être adaptées en fonction de la variabilité climatique inter-annuelle et de ses conséquences sur les compromis entre le rendement de la vigne et la régulation des maladies cryptogamiques. / How to combine crop productivity and reduction in pesticide use ? A reduction in plant growth and an increase in crop canopy porosity has been shown to limit the development of the grapevine powdery mildew (powdery mildew regulation service), which is a major disease in viticulture. However, this could also limit grapevine yield through a reduction in light interception and biomass production through photosynthesis. Can regulation of powdery mildew be increased without grapevine yield impairment ? In other words, do these two services trade off ? To address this question, two experiments were used. A field experiment was conducted in Montpellier from 2010 to 2012 on Shiraz, and a network of non-sprayed vineyard plots was monitored by the French Institute of Vine and wine in the Bordeaux region from 2007 to 2013. Data analyses showed that: (i) 65 to 70 \% of grapevine yield in year n were determined by the effect of water and nitrogen stresses on inflorescence formation in the latent buds at flowering in year n-1; (ii) the effect of grapevine vegetative development on powdery mildew depended on epidemic earliness and was significant only when first symptoms were detected on leaves between flowering and bunch closure. Grapevine vegetative development at flowering was therefore a relevant indicator of the powdery mildew regulation service. Based on these results, the hypothesis of a trade-off between grapevine yield and powdery mildew regulation was experimentally confirmed and water stress at flowering was identified as a shared driver of these two services. Then, a simple model was built that accounted for the effect of water stress at flowering on the two services, where grapevine yield depended mostly on year n-1 and grapevine vegetative development depended only on year n conditions. Analysis of the model's mathematical properties showed that "win-win" scenarios (high level of both services) did exist and were reached when specific climatic sequences occured (a wet year followed by a dry year). The "win-win" scenarios could not be reached two consecutive years and were therefore temporally unstable. Decision rules for pesticides application may be adapted in function of the inter-annual climatic variability and its effect on the trade-off between grapevine yield and regulation powdery mildew.

Le maintien de la croissance foliaire en situation de déficit hydrique résulte du maintien de l´absorption racinaire et de la production de biomasse au niveau foliaire. Pour optimiser les deux processus, la plante ajuste la croissance de ses organes, et la répartition de la biomasse produite, entre les différents organes (root/shoot ratio) ou au sein de chaque organe (surface foliaire spécifique, longueur racinaire spécifique). Les principaux objectifs de ce travail de thèse étaient (i) d´évaluer l´impact des modifications de répartition de biomasse sur le maintien de la croissance foliaire en situation de déficit hydrique, (ii) de relier la réponse de la croissance d´un génotype aux caractéristiques de son habitat d´origine, and (iii) d´identifier les régions du génome responsables de la variation des croissances foliaires et racinaires en situation de déficit hydrique. Différent types de populations d´Arabidopsis thaliana ont été utilisés, une population de lignées recombinantes, ainsi que différents groupes d´accessions collectées dans des environnements naturels contrastés. Une analyse des relations allométriques entre les variables foliaires et racinaires en conditions de culture optimales puis en situation de déficit hydrique a permis de mettre en évidence le rôle clé de la surface foliaire spécifique dans l´amélioration de la tolérance au déficit hydrique. Une caractérisation détaillée du climat des régions dans lesquelles les accessions avaient été collectées a permis de faire le lien entre la tolérance accrue de certains génotypes et la faible balance climatique dans laquelle ils évoluaient. Enfin, en utilisant ces génotypes, une analyse de génétique quantitative (combinant recherche de QTL et génétique d´association) a été menée. Les régions génomiques controllant les croissances foliaires et racinaires étaient très liées, en particulier en situation hydrique optimale, mais le calcul de variables utilisant la croissance de la plante comme cofacteur a permis d´identifier des régions spécifiques de la croissance racinaire, dont une a été confirmée en utilisant des lignées quasi isogéniques. En situation de contrainte hydrique, les déterminants génétiques des croissances foliaires et racinaires étaient moins liés, et plusieurs régions très fortement associées spécifiquement aux variations de croissance racinaire ou foliaire ont été détectées. Des régions associées au maintien de la croissance foliaire en situation de déficit hydrique ont pu être mises en évidence, et la précision des études de génétique d´association a permis de réveler la présence de gènes d´intéret dans ces régions. / Growth maintenance under water deficit mainly results from the maintenance of water uptake at the root level,and assimilates production by leaves. To optimize both processes, plant need to adjust organ growth and biomassallocation patterns between roots and shoots (root/shoot ratio), but also within the organs, through specific leaf areaand specific root length variations. The main objectives of this study were (i) to evaluate the impact of growth andbiomass allocation patterns modifications on growth maintenance under drought conditions, (ii) to rely the genotypicresponses to water deficit conditions and the climatic features of the natural environment in which they evolved, and(iii) to identify the key genetic regions responsible for shoot and root growth variation in response to water deficitconditions. We used different sets of genotypes, a population of recombinant inbred lines, and different sets ofaccessions of Arabidopsis thaliana, collected in a wide range of environments. An analysis of the allometricrelationships between shoot and root growth related variables under both well watered and water deficit conditionsallowed to highlight the importance of specific leaf area plasticity to maintain plant growth under water deficit. Adetailed climatic characterization of the natural habitats of the accessions studied, combined to the evaluation ofgrowth response to water deficit in these accessions allowed connecting low climatic water balance to better toleranceto water deficit conditions in specific regions, suggesting that this climatic feature could have shaped the evolution ofgenotypes in certain regions. Finally, using these two sets of genotypes, joint linkage and linkage disequilibriumanalysis were performed on growth related traits under well watered and water deficit conditions. Some genetic regionsinvolved in the control of root and shoot related traits were strongly coupled, especially in well watered experiments,but we managed to identify root specific regions using calculated variables that takes global plant growth as a cofactor.Under water deficit, the regions controlling root and shoot growth were less associated, and very strong QTL weredetected, specifically associated to one or the other part. Genomic regions associated to growth response to waterdeficit were also detected, and the accuracy of association mapping enabled to identify target genes that could be playa role in growth maintenance under drought.

Brassica napus est une des cultures oléagineuse majeure dans le monde. En raison de sa faible efficacité d’utilisation de l’azote (NUE) comparée aux autres grandes cultures, la gestion de cette ressource présente un objectif écologique et économique majeur pour cette culture. La remobilisation des nutriments des organes sources vers les organes puits est une composante de la NUE qui se déroule durant la sénescence et qui est associée aux processus de recyclages métaboliques et à des modifications de la structure foliaire. L’objectif de cette thèse était de comprendre et de quantifier ces modifications structurales afin d’évaluer à travers ces processus les capacités de remobilisation du colza en fonction de son génotype et de son statut nutritionnel (eau et azote). La structure foliaire a été étudiée grâce à la relaxométrie RMN qui donne accès au statut et à la distribution de l’eau au niveau cellulaire. Ces travaux de thèse ont mis en évidence que la distribution des temps de relaxation transversale (T2) dépend non seulement de la structure cellulaire, mais aussi de l’organisation tissulaire. Cette étude a aussi mis en évidence le processus d’élargissement cellulaire et d’hydratation pendant la sénescence, spécifiquement dans le parenchyme palissadique. Il a été également démontré que le signal RMN reflète la déstructuration progressive se déroulant durant la sénescence au niveau subcellulaire et est un marqueur de sénescence précis permettant de suivre le développement de la feuille. De plus, le statut nutritionnel de la plante modifié par les carences azotées ou le stress hydrique, impacte grandement la sénescence séquentielle et les conséquences en termes d’efficacité de la remobilisation peuvent être suivies par RMN. Ce travail a permis de renforcer les connaissances sur la structure et le fonctionnement de la feuille au niveau tissulaire et cellulaire. De plus, il a été démontré que le signal de relaxométrie RMN donne accès à des informations sur la structure foliaire inaccessible par des méthodes courantes. Une des principales applications de ce travail serait le phénotypage, particulièrement la sélection de génotypes caractérisés par une forte efficacité de remobilisation en particulier en cas de carence azoté ou de stress hydrique. / Brassica napus is one of the major oil crops of the world. Due to its low NUE (Nitrogen Use Efficiency) compared to other species, Nitrogen management presents a major economic and environmental goal for improvement of that crop production. As a component of NUE, nutrient remobilization from source to sink tissues takes place mainly during the leaf senescence and is associated to metabolic recycling processes and modification of the cellular organization and structure. The aim of this work was therefore to understand and estimate the amplitude of these structural modifications with the objective to appreciate through these processes remobilization performance according to oilseed rape genotypes and nutritional status in terms of nitrogen and water supply. The leaf structure was investigated through NMR relaxometry, providing access to cellular water status and distribution. The present work demonstrated that the transverse relaxation time (T2) distribution depends on both leaf tissue structure and cellular compartmentalization. The study revealed a process of cell enlargement and hydration during leaf senescence, specifically in the palisade parenchyma and showed that the T2 relaxation time was able to discriminate parenchyma tissues at an early phase of senescence induction. Moreover, the NMR relaxometry signal was shown to reflect specific chronological loss of sub-cellular structuring all along the senescence process progression and was demonstrated to be an accurate non-invasive monitoring method of leaf development. Finally, plant nutrition status experienced through nitrogen and water availability limitation has been demonstrated to strongly affect regular sequential leaf senescence. Consequences on remobilization efficiency by stress conditions have been also assessed through the NMR signal. This work has improved the understanding of leaf structure and functioning at the cell and tissue levels after the onset and during the progression of senescence. Moreover, it was demonstrated that NMR relaxometry provides access to leaf structural information that are not accessible with currently used techniques for plant structural investigations. One of the main applications would be for plant phenotyping, especially for selecting genotypes with higher nutrient remobilization efficiency especially under environmental stresses like nitrogen and water limitations for sustainable oil and protein production.

En contexte forestier méditerranéen au sein de la région provençale calcaire (sud de la France), les relations sol/structure fonctionnelle catabolique des communautés microbiennes/communautés végétales ont été abordées selon différentes échelles bioclimatiques : un gradient latitudinal et altitudinal, et une échelle écosystémique restreinte à différentes séries de chênes pubescents. Ces travaux ont permis d’estimer les contributions respectives (et de leurs interactions) de la structure et de la composition de la végétation et des variables abiotiques dans la détermination des propriétés fonctionnelles des communautés microbiennes des sols. Dans le contexte des changements climatiques globaux, cette même stratégie a été mise en œuvre pour estimer les incidences, sur les potentiels cataboliques et les profils fonctionnels, d’un double stress hydrique et thermique ex situ, mimétique d’une vague de chaleur. Pour les diverses échelles spatiales, nos résultats ont mis en évidence la prépondérance de la part d’interaction entre la végétation et les variables abiotiques épigées et hypogées dans la structuration fonctionnelle des communautés microbiennes. Suite au stress, une diminution globale de leurs potentiels cataboliques a pu être observée. Néanmoins, nos résultats ont révélé une robustesse différentielle des relations entre la végétation et la structure fonctionnelle des communautés microbiennes selon le stade d’évolution de la végétation et de la nature des espèces constitutives de ces formations au niveau de leur dynamique d’occupation spatiale. Ceci pourrait atténuer ou exacerber les effets du réchauffement climatique sur les écosystèmes forestiers méditerranéens. / In Mediterranean forest ecosystems in the limestome-based Provence area (south of France), soil-microbial community functional catabolic structure-vegetation relationships were assessed based on different bioclimatic scales, across a latitudinal gradient, an elevation gradient, and at a restricted ecosystemic scale focusing on Pubescent oak forest stands. The respective parts (and their interactions) of the vegetation composition and structure and the abiotic variables in their functional profiles were investigated. Furthermore, in the context of climate change, this same strategy was used to investigate the effects of an ex situ water and thermic stress, mimetic to a heatwave event on microbial community catabolic potentials and functional profiles. For all the considered scales, our results highlighted the major part of the interactions between vegetation and abiotic aboveground-belowground variables in the determination of soil microbial community functional structure. Drought induced a decrease in their potential catabolic activities. Nevertheless, our results revealed a varying robustness of the interactions between vegetation and soil microbial functional structure based on the dynamic step of the evolution of the forest stands and on the type of their constitutive species. This may mitigate or exacerbate climate change effects on Mediterranean forest ecosystems.

Les Composés Organiques Volatils biogènes (COVB) sont des molécules issues du métabolisme secondaire des végétaux, dont l'émission peut être modulée par les conditions environnementales. Parmi ces composés, l'isoprène a été très étudié du fait des flux d'émission important et de son implication dans la photochimie troposphérique. Cependant, les mécanismes d'action des facteurs environnementaux sont encore mal connus, et notamment celui de l'impact du stress hydrique. Dans le contexte de changements climatiques, ce type de stress va particulièrement impacter la région méditerranéenne.Nous avons étudié l'impact du stress hydrique sur les émissions d'isoprène de Quercus pubescens Willd. Cette espèce, très présente dans cette région, serait la seconde source d'isoprène en Europe.Deux étude ont été menées.La première, effectuée en pépinière, a consisté à appliquer un stress hydrique modéré et sévère d'avril à octobre. Une augmentation des émissions d'isoprène des arbres modérément stressés a été observée alors qu'il n'y a eu aucune modification des émissions pour les arbres très stressés.La seconde a consisté à faire un suivi saisonnier du stress hydrique au sein d'une chênaie pubescente. Un stress hydrique amplifié a été appliqué par un système d'exclusion de pluie, permettant de diminuer la quantité de pluie de 30%. Nous avons observé que le stress hydrique amplifié augmentait les facteurs d'émission d'isoprène des arbres.Cette base de données a permis le développement, par Réseau de Neurones Artificiels (RNA), d'un algorithme d'émission d'isoprène. Nous avons ainsi mis en évidence l'impact prédominant du contenu en eau du sol sur les émissions d'isoprène. / Biogenic Volatile Organic Compounds (BVOC) are plants secondary-metabolism-molecules. Their emissions are modulated by environmental conditions. Among these compounds, isoprene has been particularly studied due to its intense emission fluxes as well as its major contribution to tropospheric photochemistry. However, the impacts of environmental constraints on isoprene emission are still not yet well known. In particular, water stress impact is still a contradictory issue. In a world facing multiple climatic changes, models expect this kind of stress to hit Mediterranean area.This work focused on the impact of water stress on Quercus pubescens Willd. isoprene emissions. This species, widely spread in this area, is the second isoprene emitter in Europe.Two types of study were used.First, during an experimental carried out in a nursery, Q. pubescens saplings were grown under a moderate and severe water stress from April to October. This experimentation highlighted an increase of isoprene emissions for mid-stressed trees, while no emission changes were observed for the highly stressed trees.Secondly, an experimentation was conducted on a pubescent oak forest with trees acclimated to long lasting stress periods. We followed, during a whole season, the impact, on isoprene emissions, of a water stress created by artificially reducing 30% of the rains by means of a specific deploying roof. Isoprene emission factors were observed to increase under water stress.The database thus obtained was used in an Artificial Neural Network (ANN) to develop an appropriate isoprene emission algorithm. We underlined the predominant impact of soil water content on isoprene emissions.