La thèse porte sur l'impact de changements globaux sur la diversité taxonomique et fonctionnelle des champignons du sol. L'impact de l'intensification agricole sur les champignons mycorhiziens à arbuscules a été évalué par comparaison des communautés fongiques présentes sur des sites Européens soumis à différents niveaux d'intensification dans l'usage des terres. La diversité taxonomique a été appréciée par « métabarcoding » sur l'ADN de sol. L'effet de l'intensification apparait lié au contexte local. L'adaptation aux conditions environnementales locales ainsi que des processus stochastiques semblent jouer un rôle important dans le modelage des communautés fongiques. L'effet des changements climatiques en zone Méditerranéenne a été évalué sur les sols d'un site expérimental où une réduction de la pluviométrie a été établie. Nous avons réalisé une approche de séquençage haut débit de 4 familles géniques, 3 d'entre elles codant des enzymes actives sur la biomasse végétale. La date d'échantillonnage, et non la réduction de pluviométrie, a un fort impact sur la diversité béta. Nous formulons l'hypothèse que les communautés fongiques présentes sur des sites soumis à de fortes et récurrentes variations climatiques ont développé des stratégies adaptatives leur conférant une résistance à des variations d'une plus forte intensité. Enfin, une technique indépendante de la PCR (« solution hybrid selection capture ») a été adaptée pour étudier la diversité fonctionnelle des communautés eucaryotes à partir d'ARN de sol. Cette approche, testée sur une famille génique codant des endoxylamases a permis l'isolement d'ADNc complets produisant des enzymes fonctionnelles dans la levure / In this thesis we assessed the impact of two drivers of global change on the taxonomic and functional diversity of soil fungi. The impact of changes in land use on symbiotic Arbuscular Mycorrhizal Fungi (AMF) was evaluated comparing AMF communities from European sites with different levels of land use intensification. AMF taxonomic diversity was assessed by metabarcoding using soil-extracted DNA. The effect of land use intensification was found to be context-dependent. Adaptation to local environmental conditions and stochastic processes may play important roles in shaping these communities. The effect of climate change in the Mediterranean area was assessed in soils collected from an experimental forest where a rainfall reduction experiment had been established. A parallel high-throughput metabarcoding on soil-extracted RNA was performed on four transcribed fungal genes, 3 of them encodind enzymes involved in plant biomass degradation. Analyses indicated that sampling time had a strong impact on beta-diversity indices, while rainfall reduction had not. We hypothesized that microbial communities present in environments which naturally experience strong and recurrent climatic variations have developed adaptive strategies to cope with these variations and may be to some extent resistant to further climate changes. Finally, an original PCR-independent technique (“solution hybrid selection capture”) was adapted to study the functional diversity of eukaryotic microbial communities using soil RNA. The approach, tested on an endoxylanase gene family, allowed the efficient recovery of full-length cDNA which could be expressed as functional proteins in yeast

Contexte & Objectifs. Le feu est une perturbation récurrente dans les écosystèmes méditerranéens et est souvent considéré comme une composante intrinsèque pour le fonctionnement de ces écosystèmes. Cependant, le rôle des incendies de forêt sur la biodiversité reste controversé. Ainsi, bien que la perception de cette perturbation par la communauté scientifique prenne en compte les effets négatifs et positifs, le feu reste pour une grande part de l’opinion publique une catastrophe humaine et environnementale. Mes recherches ont eu pour objectif de quantifier les effets du feu sur la biodiversité végétale dans les écosystèmes à climat méditerranéen en abordant la relation feu-biodiversité à différentes échelles et en particulier en considérant les caractéristiques spatiales et temporelles des mosaïques générées par les feux au niveau du paysage. L’étude a été dupliquée dans deux biomes méditerranéens distincts (France méditerranéenne et Sud-ouest Australien) de sorte à rechercher à travers les différences les patrons de réponse communs.Méthodologie. Généralement, les feux ont été étudiés comme des évènements singuliers dont il convenait de mesurer l’impact sur les écosystèmes. Dans cette étude, les feux ont été considérés comme une succession d’évènements formant au niveau du paysage des mosaïques en s’additionnant dans le temps et en se superposant dans l’espace. La diversité de ces mosaïques a été quantifiée et a permis de définir un nouveau paramètre, la pyrodiversité. Mes recherches proposent une méthodologie objective et adaptée à la caractérisation de la pyrodiversité à l’échelle du paysage. Les patrons de feux, compilés sur 50 ans, ont été analysés et la diversité de la végétation (habitats, espèces et traits fonctionnels) a été échantillonnée en suivant le protocole développé dans le cadre du projet Européen EBONE. En utilisant la même échelle géographique pour croiser patrons de feu et patrons de végétation, il a été possible de relier pyrodiversité et biodiversité et d’examiner cette relation simultanément au niveau de la communauté végétale (habitat) et du paysage (mosaïque d’habitats).Résultats. Cette étude démontre qu’une pyrodiversité élevée (grande variabilité des patrons spatio-temporels des feux à l’échelle du paysage) est associée à des stades de succession de végétation plus variés et de ce fait maximise la diversité des habitats au niveau du paysage. Les résultats acquis permettent de montrer que le feu exerce une influence significative, avec d’autres facteurs comme les conditions environnementales ou l’utilisation du sol, sur la composition des habitats ainsi que sur l’hétérogénéité spatiale de la mosaïque d’habitats au sein du paysage. Que l’on considère les effets du feu sur les espèces végétales ou les traits fonctionnels de ces taxons, mes travaux montrent également que la diversité des plantes vasculaires au niveau de l’habitat varie avec la fréquence des feux suivant l’hypothèse de perturbation intermédiaire. À l’échelle du paysage, la relation pyrodiversité-biodiversité vérifie l’hypothèse de perturbation hétérogène : les maxima de diversité alpha et beta ont été observés lorsque les mosaïques de feux étaient caractérisées par un niveau élevé de pyrodiversité. À l’échelle régionale, la pyrodiversité favorise la diversité des habitats (diversité gamma) jusqu’à un certain seuil. Les deux aires d’étude affichent des profils de pyrodiversité contrastés, du fait de leurs gestions opposées du feu, mais égalemet des flores très contrastées. Il en résulte des différences de résilience et résistance au feu au sein de leurs écosystèmes respectifs. Toutefois, les deux biomes méditerranéens et leur végétation présentent des convergences évidentes dans leurs réponses écologiques au gradient de pyrodiversité.ConclusionsCette étude permet de resituer le rôle du feu et sa contribution à la richesse floristique des écosystèmes méditerranéens. / Aim and Background. Fire is an integral component of Mediterranean type ecosystems and other fire-prone systems worldwide but the perception of fire as an ecological disaster remains a widely-held view among human societies. Understanding whether and to what extent fire is beneficial or detrimental to biodiversity is a current research priority for conservation management in fire-prone systems. My research has attempted to quantify the multi-scale effects of fire on various facets of vegetation diversity, including landscape diversity, taxonomic diversity and functional diversity from a landscape ecology perspective. We used two contrasted Mediterranean study cases i.e., south-eastern France and south-western Australia in order to distinguish from their differences common ecological patterns.Methods. Fires and their effects on vegetation are normally studied as single and localized events. Here, we considered landscape-scale fire mosaics resulting from the compilation of fire events that occurred among time and space in a given landscape. The diversity of those fire mosaics has been quantified and permitted to define a new parameter i.e., pyrodiversity. This research proposes a conceptual and practical methodology for the objective characterization of pyrodiversity based on the comparison of two Mediterranean environments: south-west of Western Australia and southern France. Fire patterns were analyzed retrospectively over a 50-year period while vegetation, habitats and species diversity were quantified at the landscape scale using a monitoring protocol developed within the EBONE EU-project. Using the same geographical scale for fire and vegetation patterns permitted to cross the information on biodiversity and pyrodiversity. The relationship between pyrodiversity and biodiversity was examined at the community level (i.e., habitat) and landscape level (mosaic of habitats) with considering successively habitat diversity, taxonomic diversity and functional diversity.ResultsThis study provides evidence that high pyrodiversity (i.e., spatio-temporal diversity of fire patterns) is associated to various successional trajectories of vegetation and thereby maximizes the diversity of habitats at landscape scale. The results indicate that fire significantly contributes with environmental factors and land management to determine the composition of habitats across a landscape and spatial heterogeneity of landscape mosaics. Whether considering the effects of a single fire event on plant species or on plant functional traits, I found that plant diversity varies with fire frequency according to the intermediate disturbance hypothesis at the habitat level. At the landscape level, the pyrodiversity-biodiversity relationship verified the heterogeneous disturbance hypothesis i.e., maxima of alpha and beta diversity are associated to fire mosaics of high spatiotemporal heterogeneity. At the regional scale, pyrodiversity enhances habitat diversity (gamma diversity) within the landscape until a certain threshold. The two studies areas display contrasting profiles of pyrodiversity due to their different fire management strategies but also exhibit taxonomically unrelated floras. Hence, the two Mediterranean biomes were characterized by different ecosystem resilience and resistance to fire. Despite these differences, the two Mediterranean biomes show convergence trends in their ecological response to the gradient of pyrodiversity.Conclusion. This study tackled the Pyrodiversity-Biodiversity paradigm and demonstrated that Mediterranean-type ecosystems need pyrodiversity to maintain the variety of habitats and species at both habitat and landscape levels. Fire effects on vegetation cannot be interpreted directly from a local perspective with considering a single fire event.

Les fruits de coriandre ont été identifiés comme une source riche en huile végétale de haute qualité, à forte teneur en acide pétrosélinique et en huile essentielle. Un système d'extraction innovant a été conçu et développé en utilisant la technologie d'extrusion bi-vis. Il a permis l’obtention d'un produit nouveau, à savoir une huile végétale de coriandre aromatisée et à haute valeur ajoutée, d’un condensat présentant une concentration élevée en huile essentielle et d’un tourteau révélant une forte teneur en protéines. Le tourteau a montré son intérêt en tant que liant naturel pour la production de panneaux de fibres renouvelables issus de la paille de coriandre, un résidu de la culture de la plante, conduisant à des agromatériaux auto-liés et ayant un rapport performance/coût élevé. Les fibres de la paille de coriandre ont également présenté une bonne capacité de renforcement lorsqu’elles étaient utilisées comme charge naturelle dans des biocomposites thermoplastiques à base de polypropylène ou de biopolyéthylène, permettant le moulage par injection de matériaux peu couteux et aux propriétés mécaniques prometteuses. Ce travail présente ainsi une forte contribution à la mise en place d'une véritable bioraffinerie intégrée de la coriandre et à la démonstration de sa mise en oeuvre à une échelle industrielle. / Coriander fruits of French origin were identified as a rich source of a high-quality vegetable oil, with a high petroselinic acid content, and essential oil. An innovative extraction system was designed and developed using twin-screw extrusion technology and resulted in the recovery of a novel flavored coriander oil with high added value, as well as a hydrosol product with a high essential oil concentration and a press cake with an important protein fraction. The press cake was shown valuable as a natural binding agent for the production of renewable materials from coriander straw, a crop residue, and led to binderless boards with a high performance-cost ratio. Simultaneously, the coriander straw fibers displayed good reinforcing capacity as a natural filler in thermoplastic biocomposites from polypropylene or biopolyethylene, resulting in cost-effective materials with attractive properties. This work thus presents a strong contribution to the setup of a true integrated biorefinery for coriander fruits and its industrial implementation on a relevant production scale.

La protection intégrée, qui vise à réduire l’usage des pesticides, est un défi majeur pour l’agriculture du XXIème siècle. Le développement de nouvelles approches agronomiques qui concilient environnement et agriculture est une condition indispensable pour l’agriculture de demain. Dans ce contexte, l’utilisation d’éliciteurs capables de mimer une attaque pathogène et de promouvoir un état de résistance chez les plantes face à des maladies représente une alternative naturelle à la lutte chimique. Ces éliciteurs sont nommés les stimulateurs de défense des plantes (SDP). Ils peuvent provenir de différentes sources et être extraits à partir de macroalgues comme c’est le cas des SDP à base de polysaccharides d’algues tels que la laminarine utilisée pour stimuler l’immunité de plantes agronomiques. Toutefois, l’exploitation de ces ressources dans leur milieu naturel et les difficultés de production liées à leur cycle de développement constituent des freins à leur utilisation. La valorisation des microalgues comme source de SDP pourrait permettre de s’affranchir de ces contraintes. Cependant la recherche et de molécules SDP chez les microalgues est encore peu abordée. Au cours de ce travail, le potentiel d’une culture de microalgue, Phaeodactylum tricornutum, à induire des réactions de défense chez les plantes a été évalué. Un broyat cellulaire a été appliqué sur des plantules d’Arabidopsis thaliana. Le caractère éliciteur de ce broyat a été testé et caractérisé par des approches microscopiques, physiologiques et moléculaires. Les résultats ont montré que les plantes traitées présentaient des niveaux d’expression des gènes PR-1, PAD3, ACS6 et WRKY40 et un niveau de protection contre la bactérie Pseudomonas syringae DC3000 (Pst) plus élevés que les plantes non traitées. De plus, un effet bactéricide in vitro sur la bactérie Pst a été observé. Ces résultats offrent de nouvelles perspectives pour le développement de produits SDP d’origine naturelle capables de protéger les cultures. / Integrated plant protection, which aims to reduce the use of pesticide, is a major challenge for the agriculture of the 21st century. The development and application of new agronomic approaches is a prerequisite for crop protection in a sustainable agriculture system. In this context, the use of elicitors capable of mimicking a pathogenic attack and promoting a plant resistance state against diseases is a natural alternative to the use of agro-chemicals. These elicitors are also called plant defense stimulators (PDS). These can be obtained from different sources including macroalgae as it the case for the polysaccharide-based PDS laminarin that is currently used for the protection of a number of crops. However, the exploitation of these natural resources and the difficulties of their production due to their development cycle do hamper their use at a large scale. One of the possibilities to overcome these difficulties is the use of microalgae as a source of PDS. But this possibility and the potential of microalgaederived PDS for crop protection are currently under investigated. In the present work, we have used a cell extract from the microalgae Phaeodactylum tricornutum and assessed its defense response-eliciting activities on Arabidopsis thaliana seedlings by using microscopic, physiological and molecular approaches. The results show that treated plants exhibit higher levels of expression of the PR-1, PAD3, ACS6 and WRKY40 genes and a higher level of protection against the pathogenic bacterium Pseudomonas syringae DC3000 (Pst) than nontreated plants. An In vitro antibacterial activity on the Pst bacteria was also observed. Our findings suggest that P. tricornutum cell extracts are able to activate plant immune responses and offer new perspectives for the development of novel plant defense stimulators.

Ce travail de thèse présente la mise au point d’une nouvelle stratégie de synthèse en vue de l’obtention d’analogues des strigolactones, apocaroténoïdes possédant de multiples activités biologiques d’intérêt agronomique : médiateurs chimiques intervenant dans la mise en place de la symbiose endomycorhizienne et nouvelle classe d’hormone végétale contrôlant l’architecture de la plante.La stratégie de synthèse est basée sur l’utilisation d’une séquence de deux réactions clefs qui sont une métathèse cyclisante d’oléfine (RCM) et une cyclisation radicalaire avec transfert d’atome catalysée par un métal de transition (ATRC). Tout d’abord, une synthèse rapide et efficace des précurseurs a été développée et après optimisation de la séquence RCM / ATRC, divers analogues fonctionnalisés en position C4 ont été obtenus après aménagements fonctionnels. D’autres bioisostères des strigolactones naturelles ont été synthétisés par variation au niveau du cycle C. En se basant sur la voie synthétique précédemment élaborée, la première synthèse asymétrique du Solanacol a été effectuée permettant la détermination de sa stéréochimie relative en C2’ et sa configuration absolue. L’évaluation des activités biologiques dans les différents modèles des composés synthétisés est aussi décrite. / This Ph.D. work has been centred on the elaboration of a new synthetic strategy in goal to obtain analogues of natural strigolactones, apocarotenoids with various biological activities of agronomic interests: chemical mediators implicated in the endomycorrhizal symbiosis and a new class of plant hormone controlling the plant architecture.The synthetic strategy is based on the sequence of two key reactions, which are ring closing metathesis (RCM) and atom transfer radical cyclisation (ATRC). First, a rapid and efficient access to the synthetic precursors has been developed and after optimisation of the RCM / ATRC sequence, several analogues functionnalised at the C4 position were obtained after judicious steps. Other bioisoters were obtained with variations on the C ring. On the basis of the elaborated synthetic pathway, the first asymmetric synthesis of Solanacol was successfully achieved conducting to the determination of the relative stereochemistry at C2’ position and its absolute configuration. The biological evaluations of the synthesized molecules in the different models were also described.

La pectine, un composant de la matrice de la paroi primaire, joue un rôle dans le contrôle de la porosité de la paroi, l’élongation et l’adhésion cellulaire et est un facteur important dans le développement de la plante. Homogalacturonane (HG), le polymère pectique le plus abondant, est sécrété sous forme méthylestérifiée et ne porte donc peu ou pas de charges négatives. La déméthylestérification d’HG par des pectines méthylestérases (PMEs) expose ensuite des charges négatives et a des conséquences importantes sur les propriétés mécaniques de la paroi, affectant des processus physiologiques et développementaux comme l’ouverture des stomates, l’initiation d’organes et la croissance cellulaire anisotropique. De multiples PME existent (chez Arabidopsis thaliana) qui peuvent être inhibées par des « PME inhibitors » (PMEIs) endogènes. L’HG déméthylestérifiée peut former des liaisons Ca²⁺-pectate qui peuvent rigidifier la paroi, mais des études récentes montrent que la déméthylestérification de HG peut également promouvoir le relâchement de la paroi et l’expansion cellulaire à travers un mécanisme inconnu. Dans ma thèse j’ai adressé ce paradoxe en étudiant le lien entre le métabolisme des pectines, le pH et l’extensibilité de la paroi. À cette fin j’ai développé et utilisé des outils génétiques et pharmacologiques pour la manipulation in vivo de l’activité PME. J’ai généré des lignées permettant la surexpression inductible de deux PMEIs différents, mais qui malheureusement s’avéraient non fonctionnelles. J’ai produit PMEI3 dans une levure ce qui m’a permis de montrer que la protéine a une activité inhibitrice pH-dépendante sur un large éventail de PMEs. Par ailleurs, j’ai utilisé et développé des senseurs ratiométriques pour la mesure du pH à la surface de la cellule. En dehors des senseurs existants, j’ai aussi essayé d’adresser les mêmes biosenseurs à la paroi. À l’aide de ces outils, j’ai ensuite étudié l’impact de la modification de l’activité PME sur le pH et la croissance cellulaire. J’ai pu observer qu’un inhibiteur chimique de la PME, l’(-)-epigallocatechin gallate (EGCG) entraînait une augmentation du pH apoplastique (pHApo) dans la racine, et ceci indépendamment de la H⁺-ATPase ; une inhibition de la croissance et une perte de l’anisotropie des cellules. Par ailleurs, un traitement avec PMEI3 ralentissait la croissance et un apport de PME entraînait une réduction du pHApo et une augmentation de la croissance. Enfin, une induction de 24h de PMEI5 causait une réduction du pHApo, ce qui est en accord avec l’activation compensatoire d’autres PMEs suite à une signalisation liée eux brassinostéroide accrue décrit précédemment. En conclusion, nos résultats suggèrent que la démethylesterification des HG crée domaines anioniques qui peuvent séquestrer des protons ce qui pourrait activer localement des protéines qui stimulent le relâchement de la paroi avec un pH optimum acide entraînant une augmentation de la vitesse de croissance cellulaire. / Pectin, a matrix component in the primary cell wall, plays a role in controlling cell wall porosity, cell elongation and cell adhesion and constitutes an important factor in plant development. The demethylesterification of homogalacturonan (HG), the most abundant pectic polymer, has vast consequences on the mechanical properties of the cell wall, and affects developmental processes such as stomata opening, organ initiation and anisotropic cell growth. HG is selectively demethylesterified in muro by pectin methylesterases (PME), which in turn can be inhibited by endogenous PME inhibitor proteins (PMEIs). Demethylesterified HG is thought to form Ca²⁺-pectate complexes, which contribute to wall stiffening, but recent evidence suggest that it can also promote cell wall loosening and expansion, through a so far unknown mechanism. In this study I addressed this paradox by investigating the link between pectin metabolism, cell wall pH and extensibility. To this end I developed and used genetic and pharmacological tools for the in vivo manipulation of PME activity. I generated inducible overexpression lines for two distinct PMEIs, which unfortunately were not functional. I also produced PMEI3 from Arabidopsis in a yeast and showed that the protein displayed an inhibiting activity on a broad range of PMEs. In addition, I developed and used tools to monitor the cell surface pH. In addition to using existing genetically-encoded ratiometric apoplastic pH sensors, I also tried to generate similar sensors targeted to the cell wall. Using these tools I then studied the impact of changes in pectin methylesterification on the cell wall pH and cell expansion. I discovered that a chemical inhibitor of PME, (-)-epigallocatechin gallate (EGCG), promoted an increase in apoplastic pH (pHApo) in root cells, independently from the inhibition of the H⁺-ATPase, and triggered root growth inhibition and abnormal cell shape. Exogenous PMEI3 application also inhibited root growth. In addition, PME application caused a decrease in pHApo and enhanced root growth. Interestingly, long-term induction of PMEI5 could reduce pHApo, consistent with the previously described activation of brassinosteroid signaling causing a compensatory increase in PME activity. Together, my study provides evidence that HG demethylesterification leads to a decrease in pHApo and an increase in cell growth in the Arabidopsis root. Our results support the view that the negatively charged pectate can sequester protons and thus may contribute to the activation of cell wall loosening proteins and cell growth.

Les premières cultures cellulaires végétales in vitro ont été développées à partir de carotte, grâce à Gautheret en 1939. Il a obtenu ce résultat par la découverte au préalable du pouvoir de totipotence des cellules végétales (Haberland 1902). Afin d’obtenir les cellules indifférenciées Gautheret a utilisé des milieux de culture contenant des macroéléments (K, N et P), des microélements (Mg, B,…), des vitamines, du sucre et des phytohormones. Dans la littérature, plusieurs compositions sont souvent utilisées comme White (1934), Murashige and Skoog (1962)) ou Gamborg, Miller et Ojima (1970). Les nuances entre ces milieux se basent sur des concentrations modifiées en phosphates, nitrates ou en phytohormones (auxine/cytokinine). Chaque espèce a besoin d’un milieu particulier pour induire la callogénèse. En effet, selon l’origine (géographique) et le type d’explant (feuilles, racines, tiges,…) traité les conditions d’induction de la callogénèse varieront. De nombreuses personnes portent un intérêt aux cultures cellulaires pour leur utilisation en cosmétique ou en pharmacie. Actuellement, deux entreprises produisent ces cellules à l’échelle industrielle. Ainsi, Phyton Biotech (entreprise allemande) purifie du taxol à partir d’If (Taxus baccata) et Mitsui petrochemical produit de la skinonine à partir de grémils (Lithospernum erythrorizon). / The first plant cell culture has been developed by Gautheret in 1939 based on carrot plant cell tissus. He obtained these results through the discovery of the plant totipotency power (Haberland, 1902). He used for cal production a culture medium composed by macroelements (K, N, P…) and microelements (Mg, B …), vitamin, sugar. Later on, several mediums were used like and described in literature i.e. Murashige and Skoog (1962), White (1934) or Gamborg, Miller and Ojima (1970). The differences between such medium consisted mainly concentrations especially of phosphates, nitrates or auxin/cytokinine balance. However, each species needs specific medium for growth. Any people works of this subject and the interest for pharmaceutical and cosmetical industry grow up. Plant cell culture is a difficult technology an industrial use. Recently, two companies performed industrial production of taxol (Taxus baccata) and shikonin (Lithospernum erythrorizon) respectively PhytonBitotech and Mitsui petrochemical. My thesis work was to develop plant cell cultures fom unusual plants which can be used for the industrial production of cosmetics.

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The aim of this PhD study was to gain new insights into the evolutionary history of the Central African rainforests, which are among the most complex and diverse ecosystems on earth. Even today, many questions regarding the underlying dynamics and evolutionary processes shaping that remarkable diversity remain unanswered, since relatively few studies have focused on the vast tropical forests growing in the Congo Basin. Therefore, we applied various molecular approaches to study the levels of genetic diversity and patterns of differentiation within and between population of the tropical tree species Scorodophloeus zenkeri, Staudtia kamerunensis and Prioria balsamifera. In Chapter 2, we conducted a phylogeographic study on the widespread tropical tree Scorodophloeus zenkeri to assess the impact of past forest fragmentation in Central African lowland forests. By applying Bayesian clustering methods, we revealed six intraspecific genetic clusters within the species. The observed genetic discontinuities most likely result from forest fragmentation during the glacial periods of the Pleistocene. Populations in Lower Guinea appeared differentiated from those in Congolia, and both bioregions harboured distinct genetic clusters.In Chapter 3, we developed 16 highly polymorphic microsatellite primers (SSRs) for Staudtia kamerunensis, a timber species for which species-specific genetic markers were lacking. By validating the developed markers in three populations, we demonstrated their usefulness to study gene flow, population structure and spatial distribution of genetic diversity in S. kamerunensis.In Chapter 4, we applied the newly developed SSRs, two nuclear gene markers and a chloroplast marker to search for evolutionary lineages in Staudtia kamerunensis, a species with a complex taxonomical history. Our analyses reveal multiple genetic discontinuities among populations throughout Central Africa, probably resulting from ancient rainforest fragmentation during cold and dry periods in the Pliocene and/or Pleistocene. However, the clear genetic disjunction observed between northern and southern populations in Lower Guinea could correspond to a genetic break between the kamerunensis and gabonensis varieties described in Staudtia kamerunensis.In Chapter 5, we developed two new sets of microsatellite primers (SSRs); 16 primer pairs for Prioria balsamifera and 15 primer pairs for Prioria oxyphylla. Validation of the primers in two populations of each species, as well as the cross-amplification tests, demonstrated the usefulness of the SSRs to study gene flow and spatial genetic structure in African Prioria species, which is needed to prevent genetic erosion and to set up proper conservation guidelines.In Chapter 6, the 16 newly developed microsatellite loci were amplified in individuals of P. balsamifera from Gabon and the Democratic Republic of the Congo, to assess the levels of genetic diversity and intraspecific differentiation. Our analyses show that the genetic diversity in P. balsamifera populations is relatively low, so efforts should be made to prevent further depletion of the gene pool. Bayesian clustering analyses revealed multiple genetic discontinuities throughout the Congo Basin, probably caused by ancient forest fragmentation. The inferred intraspecific clusters show a parapatric distribution, so they can potentially be used to determine the origin of individuals at a regional scale. Additionally, various genetic assignment methods show that the SSR dataset generated in this study can be used as a reference database for Gabon and DR Congo. The general discussion allows us to show similarities in the genetic structures of species that can be interpreted in terms of forest cover history in Central Africa. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Grâce aux technologies de l’information et aux systèmes de positionnement par satellites (GNSS), l’agriculture de précision raffine l’échelle d’observation et d’intervention, du champ à la plante individuelle. La télédétection, notamment à travers les images satellitaires, a également permis de surveiller l’évolution de la culture, avec une fréquence temporelle et une résolution spatiale accrues. La vigueur de la culture est un paramètre crucial de la fertilisation, permettant d’optimiser l’apport en intrants et de générer des retombées économiques et environnementales. Plusieurs manières d’estimer la vigueur sont possibles. Pour une culture en rangs comme le maïs (Zea Mays L.), nous avons privilégié la biomasse qui servira de proxy à la vigueur. Notre étude s’appuie sur l’hypothèse que l’avènement des drones agricoles ouvrira la voie à une meilleure estimation de la vigueur. Nous supposons que la flexibilité de la plateforme combinée avec la très haute résolution spatiale (THRS) des images droniques permettra un suivi plus précis de l’évolution de la vigueur, tant dans l’espace que dans le temps – conditions critiques pour le déploiement de l’agriculture de précision. Les recherches des 15 dernières années s’appuient sur le drone pour collecter des images THRS, dont le traitement fait appel principalement à la méthode des indices de végétation, tel le NDVI. Plusieurs questions se posent : – Le recours au NDVI est-il la manière la plus efficiente d’exploiter la THRS des images droniques ? Si non, comment exploiter autrement et mieux cette imagerie ? – Attendu les contraintes de temps, la quantité de données et les impératifs logistiques, la méthode de traitement adoptée sera-t-elle suffisamment robuste ? Les concepts utilisés seront-ils simples et compréhensibles pour obtenir l’adhésion des utilisateurs finaux, c’est-à-dire les agriculteurs ? – Les capteurs à bord des drones pouvant être orientés assez librement, quels sont les effets des angles de visée sur les résultats ? D’abord, nous avons évalué la pertinence de l’approche classique, consistant à utiliser l’indice NDVI pour déterminer les paramètres de la culture. Pour cela, la plateforme dronique est comparée avec le capteur de proximité GreenSeeker. Il en découle que le drone se montre moins performant que le GreenSeeker pour l’estimation de la biomasse du maïs. Nous avons ainsi délaissé l’approche classique et opté pour un indicateur de surface apparente, extrait à l’aide des techniques de vision par ordinateur appliquées à des images RGB. Cette méthode tire profit de la THRS offerte par l’imagerie dronique et produit un proxy robuste de la biomasse, au niveau surfacique (par mètre carré) et linéaire (par rang). Nous avons aussi constaté que les résultats n’étaient pas affectés par les angles d’acquisition des images (au nadir et obliques). Partant, cette recherche ouvre la perspective à des applications de la dronautique en agriculture de précision, pour l’estimation de la vigueur et d’autres paramètres fondamentaux entrant dans les algorithmes d’optimisation des intrants. Elle offre également la possibilité d’imaginer des plateformes non-droniques pour l’acquisition des images THRS dans le contexte de la fertilisation. / Thanks to information technologies and GNSS (Global Navigation Satellite System), precision agriculture is refining the scale of observation and intervention, from the field to the individual plant. Remote sensing, in particular through satellite imagery, has also made it possible to monitor the crop dynamics, with increasing time frequency and spatial resolution. Crop vigor is a crucial parameter allowing the optimization of inputs, and consequently economic and environmental benefits. Several ways to estimate crop vigor are possible. For a row crop such as corn (Zea Mays L.), aboveground biomass has been favored and will serve as a proxy for vigor. Our study is based on the hypothesis that the recent advent of agricultural UAVs (Unmanned Aerial Vehicles) will pave the way for a better estimation of crop vigor. We assume that the flexibility of the UAV combined with the very high spatial resolution of their images will allow a more accurate monitoring of crop vigor, both in space and time – conditions which are critical for the deployment of precision agriculture. Research over the past 15 years has relied on the UAV to collect images of very high spatial resolution. However, the processing of those images is mainly based on vegetation indices, especially the NDVI. Several questions arise from the above observations: – Is the use of NDVI the most efficient way to exploit the spatial resolution of UAV images? If not, is there a better way to exploit this imagery? – How to respond to time and logistical constraints in the image processing so that it is ultimately adopted by farmers? – Since UAV-borne sensors can be oriented quite freely, what are the effects of the acquisition angles on the results? First, we assessed the relevance of the traditional approach which uses the NDVI index to determine crop parameters. To do that, we compared the UAV platform with the GreenSeeker proximal sensor. The results showed that the UAV is less efficient than the GreenSeeker in estimating corn biomass. We thus moved away from the traditional approach and opted for a method extracting the apparent leaf area, through computer vision techniques applied to RGB images. This method took advantage of the very high spatial resolution offered by UAV images and produced a robust proxy for corn biomass, at the surface (per square meter) and row levels. We also found that the results were not affected by the acquisition angles of the images (nadir and oblique). Therefore, this research opens the perspective to UAV applications in precision agriculture, for the estimation of vigor and other fundamental parameters used in input optimization algorithms. It also offers the possibility to imagine non-UAV based platforms for the acquisition of very high resolution images in the context of fertilization.