La sélection variétale a pour objectif la génération de variétés toujours plus performantes pour des caractères agronomiques d'intérêt. Pour les caractères quantitatifs, qui sont sous contrôle génétique polygénique, la sélection variétale consiste à réunir progressivement dans les nouvelles variétés des allèles favorables pour un maximum de gènes. Les processus de sélection évoluent, notamment par l'intégration des progrès concernant les connaissances génétiques et outils biotechnologiques. La sélection génomique est une méthode qui peut prédire la valeur génétique d'individus à partir de données génomiques et d'un modèle d'effets génétiques appris sur une population de référence. Nos études ont porté sur la possibilité d'insérer la sélection génomique dans le processus de sélection pour en augmenter l'efficacité. Notre sujet a été appliqué à un programme privé qui vise l'obtention de variétés de soja performantes pour le rendement et le contenu des graines en protéines, pour répondre à un besoin de protéines d'origine végétale. Des études génétiques sur une population de lignées générées lors de cycles de sélection successifs ont mis en évidence une structuration génétique en deux sous-populations qui ne sont pas "hermétiques". Nous avons étudié par échantillonnages de populations de test la précision de prédiction obtenue dans nos deux groupes avec différents modèles de GS : des modèles GBLUP additifs avec différentes populations d'apprentissage, puis des modèles d'architectures génétiques plus complexes. Les précisions de prédiction de nos modèles étaient proches les unes des autres. Cependant, nos résultats suggèrent que le modèle GBLUP le plus adapté pour obtenir des prédictions précises au sein de nos deux groupes est un modèle appris sur une population représentative du groupe à prédire et comprenant une composante additive et une composante épistatique additive x additive. Nous avons mis en place une application de la GS dans un cycle de sélection en cours de réalisation. Nous avons estimé le potentiel des croisements de départ par simulation de descendants virtuels et prédiction génomique de leurs performances, ce qui nous a permis de choisir trois populations biparentales prometteuses à l'intérieur desquelles nous avons effectué une sélection sur la base de prédictions génomiques. Nous avons développé un outil permettant de simuler des schémas de sélection sur plusieurs cycles consécutifs. Il s'agit d'un outil flexible et générique du point de vue de la définition des schémas de sélection. Cet outil permet notamment de comparer le gain génétique obtenu avec deux schémas différents à partir d'une même population de départ et d'un même modèle des effets génétiques et environnementaux agissant sur l'expression phénotypique d'un caractère. Avec cet outil, nous avons étudié la précision d'évaluation et les composantes de la variance de deux modèles GBLUP (avec ou sans modélisation de l'épistasie) après simulation de différentes architectures génétiques. Nous avons également comparé le schéma de sélection classique et différents schémas incluant une utilisation de la GS. Avec une comparaison sur un cycle, nous n'avons pas observé de gain à utiliser des schémas intégrant la GS pour augmenter l'efficacité de sélection de nouvelles variétés, à coût constant. Par contre, nous avons observé un gain à utiliser la GS pour choisir les croisements en début de cycle : la valeur génétique moyenne des lignées produites augmente de cycle en cycle. Concernant les alternatives au schéma de sélection classique du soja, des études plus approfondies seront nécessaires. Elles permettront notamment d'inclure la simulation des étapes de sélection sur le contenu des graines en protéines et d'étudier la question du gain génétique à long terme. / Varietal selection aims at the generation of increasingly more performing varieties for agronomic traits of interest. In the case of quantitative traits, which are under polygenic genetic control, varietal selection consists in gradually joining together in the new varieties favorable alleles for a maximum number of genes. Selection processes are evolving, in particular by integrating advances in genetic knowledge and biotechnological tools. Genomic selection is a method that can predict the genetic value of individuals from genomic data and a model of genetic effects learned on a reference population. Our studies have focused on the possibility of including genomic selection in the selection process to increase its efficiency. Our subject has been applied to a private program aimed at obtaining soybean varieties performing for yield and seed protein content to meet a need for proteins of plant origin. Genetic studies on a population of lines generated during successive breeding cycles have shown genetic structuration in two subpopulations that are not "hermetic". We studied by samplings of test populations the prediction accuracies obtained within our two groups with different GS models: additive GBLUP models with different learning populations, and then models of more complex genetic architectures. The prediction accuracies of our models were close to one another. However, our results suggest that the most suitable GBLUP model for obtaining accurate predictions within our two groups is a model learned on a population representative of the group to be predicted and including an additive component and an additive x additive epistatic component. We have implemented an application of GS in a selection cycle in progress. We evaluated the potential of initial crosses by simulation of virtual descendants and genomic prediction of their performances, which allowed us to select three promising biparental populations within which we made a selection based on genomic predictions. We have developed a tool to simulate selection schemes over several consecutive cycles. It is a flexible and generic tool from the point of view of selection schemes definition. This tool makes it possible, in particular, to compare the genetic gain obtained with two different schemes starting from a same starting population and from a same model of genetic and environmental effects acting on the phenotypic expression of a trait. With this tool, we studied evaluation accuracy and variance components of two GBLUP models (with or without epistasy modeling) after simulation of different genetic architectures. We also compared the classic selection scheme and different schemes including a use of GS. With a comparison on one cycle, we did not observe any gain in using schemes integrating GS to increase efficiency of selection of new varieties, at constant cost. On the other hand, we observed a gain in using GS to choose crosses at the beginning of cycle: mean genetic value of produced lines increases from one cycle to another. Regarding alternatives to the traditional soybean selection scheme, further studies will be required. In particular, they will include simulation of selection stages on seed protein content and study of long-term genetic gain.

Le lin (Linum usitatissimum L.) est une plante aux intérêts multiples. Sa tige est source de fibres, depuis longtemps utilisées dans le domaine du textile. Ce potentiel économique justifie la sélection variétale du lin en vue de développer des variétés plus riches en fibres et offrant une meilleure résistance aux maladies et la verse. Plus récemment, les fibres de lin ont vu leur utilisation s’étendre au renfort de matériaux composites grâce à leurs étonnantes propriétés mécaniques et morphologiques. Ces propriétés singulières s’expliquent grâce à leur développement et à leurs fonctions dans la tige. Ainsi, ce travail de thèse propose une caractérisation multi-échelle du lin, de la tige jusqu’à la paroi cellulaire de la fibre, afin de comprendre le lien entre les paramètres de croissance de la plante, le développement des fibres et leurs propriétés. L’architecture générale d’une tige de lin est explorée, ainsi que les conséquences de la sélection variétale sur cette structure et sur les propriétés des fibres. De plus, l’évolution des propriétés mécaniques des parois de fibres au cours de la croissance de la plante et de la phase de rouissage est caractérisée. En complément, la contribution des fibres à la rigidité en flexion d’une tige est mise en évidence, de même que leur rôle dans la résistance des tiges au flambage. Enfin, l’influence des conditions de culture sur les architectures des tiges et propriétés des fibres est étudiée par le biais de cultures en serre ou encore en simulant un phénomène de verse. Cette approche originale met en valeur les caractéristiques remarquables du lin qui en font un modèle de bioinspiration pour les matériaux composites de demain / Flax (Linum usitatissimum L.) is a plant with multiple interests. Its stem provides fibers, which have long been used in the textile industry. The economic potential of flax explains its varietal selection, aiming at developing varieties exhibiting higher fiber yields as well as greater resistance toward diseases and lodging. More recently, flax fibers have been dedicated to the reinforcement of composite materials due to their outstanding mechanical and morphological properties. These singular characteristics are related to fiber development and functions within the stem. Thus, the present work offers a multi-scale characterization of flax, from the stem to the fiber cell wall, in order to understand the link between plant growth parameters, the development of its fibers and their properties. The general architecture of a flax stem is investigated, as well as the impact of the varietal selection on this structure and on fiber performances. Moreover, changes in mechanical properties of fiber cell walls over plant growth and retting process are characterized. In addition, the fiber contribution to the stem stiffness is highlighted, as well as the fiber role in the resistance of the stem to buckling. The influence of culture conditions on stem architecture and fiber features is also studied through cultivations in greenhouse and by simulating a lodging event. This original approach emphasizes the uncommon characteristics of flax, which make this plant an instructive model toward future bioinspired composite materials.

Le mildiou de la vigne, causé par le pathogène Plasmopara viticola, est une maladie cryptogamique pouvant causer de sérieux dégâts sur les récoltes. Pour éviter ces pertes, il est nécessaire de recourir à des produits phytosanitaires. Outre leur coût financier, les questions sur la santé des viticulteurs et des populations vivant à proximité des vignobles, ainsi que la protection de l’environnement ne peuvent être ignorées. Cependant, toutes les variétés de vigne ne présentent pas la même sensibilité au pathogène. En effet, bien qu’elles soient moins appréciées pour leurs qualités organoleptiques, les variétés américaines sont résistantes à cette maladie. Les combiner par croisement variétal avec des espèces européennes peut constituer une alternative viable aux traitements antifongiques. Cependant, pour piloter effacement ces problèmes de sélection variétal, il est nécessaire de mieux appréhender la relation « hôte-pathogène ». C’est dans ce but que l’analyse par spectrométrie de masse a été employée sous différents aspects / Downy mildew, caused by the Plasmopara viticola pathogen, is a fungal disease which can induce serious harvest damages. To avoid these losses, it is necessary to use phytosanitary treatments. In addition to their financial cost, winegrower’s health issues and the environment protection cannot be ignored. However, all grapevine varieties do not present the same sensitivity to the pathogen. Indeed, despite of poor organoleptic qualities, American varieties are resistant to this disease. Combining them with European species by varietal crossing may be a viable alternative to these treatments. However, to lead efficiently these cross breeding programs, it is necessary to know more about the relationship "host-pathogen". In this context, analysis by mass spectrometry has been used under different aspects

La diversité des espèces cultivées résulte d’une série d’évènements de domestication, de flux de gènes entre compartiments sauvages et cultivés, d’effets de la sélection adaptative naturelle et aussi de la sélection humaine et des dynamiques de diffusion à de larges échelles, souvent sur de longues périodes. L’impact de ces processus sur la diversité dépend non seulement de la biologie de l’espèce, mais elle est aussi fortement liée au contexte social et aux pratiques humaines. Cette thèse contribue à la compréhension de l’influence de l’Homme sur la dynamique de la diversité de l’amandier in situ. La démarche suivie fait appel à la génétique des populations et à l’anthropologie pour étudier la structuration de la diversité génétique de cette espèce fruitière pérenne allogame, cultivée au Liban. Cette étude comprend trois parties:Dans la première partie, nous avons cherché à comprendre les processus de diversification continue de l’amandier cultivée en se basant sur des évidences tirées de l'archéologie, de l'histoire et de la biologie évolutive de l’amandier dans le Bassin Méditerranéen. Nous avons utilisé une approche de génétique des populations avec de nombreux individus représentant chaque cultivar collecté auLiban. L'échantillonnage intensif de cultivars libanais a été comparé à un grand nombre d’arbres cultivés in situ provenant de différentes régions méditerranéennes. Les résultats nous ont permis de distinguer l’impact des différents périodes de diffusion sur la structure de la diversité génétique.La deuxième partie, a permis d’évaluer l’importance culturelle de l’amandier cultivé au Liban, et d’identifier sa diversité intra-spécifique telle qu’elle est perçue par les informateurs. Nos résultats montrent une hétérogénéité des connaissances des informateurs qui a mené à une taxonomie locale flexible. La flexibilité de la taxonomie locale est révélée par la présence de catégories englobantes et par la complexité du système de nomenclature.Dans la troisième partie, nous avons évalué l’effet du changement de pratiques de propagation sur la structuration et dynamique de la diversité génétique entre les variétés et à l’intérieur de chacune des deux variétés étudiées. Nos résultats montrent que le cultivar traditionnel, multiplié par semis, est structuré géographiquement. L’introduction du mode de propagation clonal par greffage a été adoptée graduellement. Au début, les agriculteurs ont maintenu une certaine diversité génétique par la multiplication sexuée occasionnelle du cultivar introduit. Par contre, l’introduction après l’adoption du greffage a réduit la diversité génétique intra-variétale dans les vergers récents.Cette thèse montre comment les connaissances et les décisions de l’Homme à différents échelles spatiales et temporelles influencent la structure et la dynamique de la diversité de cette espèce. / The diversity of cultivated species results from a series of domestication events, gene flow between wild and cultivated compartments, effects of natural adaptive selection and also on human selection and diffusion dynamics at large scales, often over long periods. The impact of these processes on diversity depends not only on the biology of the species but is also strongly related to social context and human practices. This thesis contributes to the understanding of the influence of human on the dynamics of almond diversity in situ. The approach followed uses population genetics and anthropology to study the structuring of the genetic diversity of this allogamous perennial fruit species, grown in Lebanon. This study consists of three parts:In the first part, we sought to understand the processes of continuous diversification of cultivated almond trees based on evidence from archeology, history and evolutionary biology of almond trees in the Mediterranean Basin. We used a population genetics approach with many individuals representing each cultivar collected in Lebanon. Intensive sampling of Lebanese cultivars was compared to a large number of in situ grown trees from different Mediterranean regions. The results allowed us to distinguish the impact of different diffusion periods on the structure of genetic diversity.The second part assessed the cultural importance of the almond tree grown in Lebanon and identified its intraspecific diversity as perceived by the informants. Our results show heterogeneity of informants' knowledge that led to a flexible local taxonomy. The flexibility of local taxonomy is revealed by the presence of inclusive categories and the complexity of the nomenclature system.In the third part, we assessed the effect of the change in propagation practices on the structuration and dynamics of genetic diversity between two varieties and within each of the varieties studied.Our results show that the traditional cultivar, sexually propagated, is geographically structured. The introduction of clonal propagation mode by grafting was gradually adopted. At first, farmers maintained some genetic diversity through occasional sexual multiplication of the introduced cultivar. In contrast, introduction after grafting has reduced intra-varietal genetic diversity in recent orchards.This thesis shows how human knowledge and decisions at different spatial and temporal scales influence the structure and dynamics of the diversity of this species.

Les insectes phytophages causent des dommages importants aux cultures. Ces insectes sont principalement contrôlés par l’utilisation d’insecticides mais les effets néfastes des composés utilisés sur la santé humaine et l’environnement ainsi que l’apparition de populations résistantes à ces composés imposent de trouver des stratégies de lutte alternatives. Sélectionner des plantes pour leur résistance aux insectes pourrait être une solution intéressante. Un frein majeur au développement de cette stratégie est le fait qu’un grand nombre de génotypes doit être criblé pour identifier des sources de résistance et que le phénotypage est souvent complexe et limite les possibilités de criblage à grande échelle. Pour lever ces verrous, il est important de comprendre les mécanismes à l’origine des résistances. Une fois ces mécanismes précisés dans le cadre de l’interaction entre une culture et un ravageur, l’identification de traits clés de cette interaction permet d’envisager l’utilisation de biomarqueurs de la résistance qui peuvent fortement simplifier le phénotypage. Ce type d’approche a été conduit au cours de cette thèse dans le cadre de l’interaction entre le colza (Brassica napus) et l’un de ses principaux ravageurs, le méligèthe (Brassicogethes aeneus). Des travaux antérieurs avaient mis en évidence l’existence de certains composés biochimiques présents dans le périanthe des boutons floraux et corrélés au niveau d’attaque de différents génotypes de colza. Ces résultats avaient été obtenus au laboratoire et il était nécessaire de les confirmer dans des conditions de culture réalistes. Le premier objectif de cette thèse était donc de développer une méthode permettant de cribler au champ différents génotypes de colza pour leur résistance au méligèthe afin de valider ou non le potentiel des composés biochimiques identifiés précédemment comme biomarqueurs mais aussi d’en identifier de nouveaux. Le second objectif de ce travail était de mieux comprendre l’écologie alimentaire du méligèthe afin d’identifier de nouvelles cibles potentielles pour la sélection de plantes résistantes. Nous avons mené plusieurs expérimentations sur le terrain qui nous ont permis de développer une méthode de crible au champ des génotypes de colza pour leur résistance au méligèthe. Cette méthode a mis en évidence l’existence de différences de résistance fortes et robustes entre génotypes parmi une gamme de 19 génotypes testés. Les biomarqueurs potentiels précédemment identifiés n’ont pas été validés au champ mais deux autres composés semblent influencer la résistance au méligèthe et pourraient être utilisés comme futurs biomarqueurs. Ces expériences au champ ont aussi permis de montrer que la biochimie des périanthes était très dépendante des conditions environnementales, ce qui pourra compliquer le travail de sélection. Par ailleurs, des expériences de développement réalisées en conditions contrôlées ont montré que le méligèthe utilisait le nectar présent dans les fleurs de colza mais que celui-ci ne semblait pas affecter son développement. Le pollen semble, jouer un rôle important sur son développement mais les larves parviennent à se développer sans son apport. Les expériences sur le comportement alimentaire du méligèthe adulte ont montré que cet insecte avait un patron d’attaque spécifique sur les inflorescences de colza en s’alimentant avant tout sur les boutons de petite taille (donc moins riches en pollen par rapport aux gros). Il semble que la disponibilité mais surtout l’accessibilité du pollen médiée par le périanthe joue un rôle essentiel dans le comportement de cet insecte. Ce travail a permis de mieux comprendre le comportement alimentaire du méligèthe et d’identifier des traits importants pour son développement. Ce travail montre que des résistances modérées existent au sein du colza et qu’elles pourraient être utilisées pour la sélection variétale. Il pointe aussi les limites des approches basées sur des biomarqueurs biochimiques. / Herbivorous insects cause important yield losses to crops. These insects are mainly managed through insecticides but negative effects of used compounds on the human health and the environment as well as the development of resistant pest populations impose finding alternative strategies to manage them. Breeding plants for enhanced resistance to insects is an attractive strategy. This kind of strategy was already implemented to manage insects but examples of its utilisation remain rare. The main limitation of this strategy is that a large number of genotypes needs to be screened through generally complex phenotyping methods to identify resistances. To circumvent these issues, an approach based on the understanding of plant defence mechanisms and the utilisation of biochemical biomarkers linked to resistance could be interesting. During this PhD, this kind of approach was developed on the oilseed rape (Brassica napus) and one of its main pests, the pollen beetle (Brassicogethes aeneus). Previous studies identified chemical compounds present in the perianth of flower buds and correlated to oilseed rape resistance to pollen beetle. However these studies were carried out in the laboratory and need to be validated in field conditions. Moreover, information on pollen beetle feeding ecology are still lacking while they could help identifying new targets for breeding. The first objective of this PhD is to develop a method allowing to screen resistance to the pollen beetle in the field. This method will allow to confirm the potential biomarkers previously identified and to look for additional biomarkers. The second objective of the present work was to better understand key steps in the interaction between the pest and its host plant to identify potential new target traits for resistance. For this purpose, the importance of food sources present in flowers such as pollen and nectar on pollen beetle development and the factors impacting the feeding pattern of adults on the inflorescence were investigated. We conducted field experiments in two different sites and for two consecutive years and propose a method allowing to screen oilseed rape resistance to pollen beetle in the field. Using this method, we were able to identify genotypes with moderate levels of resistance among a set of 19 genotypes. Previously identified biochemical biomarkers were not correlated with plant resistance in the field but new markers were identified (i.e. quinic acid and arginine). Our field experiments also showed that plant composition is highly variable according to the environment and this variability could affect usefulness of these markers during plant breeding programs. Experiments under controlled conditions also showed that pollen beetle used nectar for feeding but that it did not seem to affect its development. Pollen, on the other hand, seemed to have a more important impact but was not indispensable to pollen beetle development. The study of the pollen beetle feeding behaviour showed that this insect has a surprising feeding pattern on oilseed rape inflorescences and that small buds are more used for feeding than large buds that contain more pollen. It seems that accessibility and to a lesser extend availability of feeding resource explain this pattern and that the perianth has a major role on this preference. These experiments allowed to better understand the pollen beetle feeding ecology and to identify plant traits important for its development. Our work showed that moderate levels of resistance are present in oilseed rape and could be used in breeding programs. Limitations of approaches based on biochemical biomarkers are discussed.

Accroître la diversité végétale au sein d'une culture par l'utilisation d'associations variétales est une stratégie qui permet de limiter la sévérité des maladies à dispersion éolienne. Les potentialités de cette pratique culturale restent à être caractérisées de manière précise dans le cas des maladies à dispersion pluviale, telle que la septoriose du blé durant sa phase épidémique. Cette maladie foliaire, due au champignon pathogène Mycosphaerella graminicola, est prédominante sur blé et est capable de causer des pertes substantielles de rendement, allant jusqu'à -40 %. Des expérimentations au champ ont été menées durant cinq années, de 2008 à 2012, sur le site INRA de Grignon (Yvelines, France), avec une association constituée de deux variétés de blé ayant des niveaux contrastés de résistance à M. graminicola, et dont les proportions étaient de une plante sensible pour trois assez résistantes. Par rapport à leur culture monovariétale respective, nous avons observé une diminution de la sévérité de la septoriose sur la plus sensible des variétés (en moyenne, 45 % de surface pycnidiale foliaire en moins sur les trois dernières feuilles), sans affecter significativement la variété plus résistante. Une méthodologie originale semi-automatisée a été développée pour quantifier le flux de spores dispersés par la pluie en conditions naturelles. Les mesures expérimentales ont permis de corréler l'intensité de plusieurs épisodes pluvieux avec la dispersion de spores au sein de différents couverts incluant des associations variétales. Un modèle mécaniste et stochastique a été développé afin de décrire la progression du potentiel de maladie au sein d'un couvert végétal hétérogène en trois dimensions. Cette approche théorique combine physique et épidémiologie, d'une part, (i) pour calculer l'interception des gouttes de pluie avec les organes végétaux et la trajectoire des gouttelettes d'éclaboussement au sein du couvert et, d'autre part, (ii) pour prendre en compte les niveaux de résistance variétale et la nature polycyclique de l'épidémie. À partir de ce modèle, il a été mis en évidence pour des associations de deux variétés que les proportions, ainsi que le différentiel de résistance entre les variétés à associer, pouvaient être optimisées pour réduire la sévérité de la maladie. Par ailleurs, ce modèle permet d'évaluer et d'identifier les distributions spatiales des variétés les plus propices à une réduction de la progression d'une maladie à dispersion pluviale. Parmi les précédents travaux traitant des potentialités des associations de variétés pour lutter contre des pathogènes dispersés par l'action mécanique de la pluie, certains avançaient des conclusions souvent contradictoires et peu en faveur de cette pratique. Nous avons montré ici qu'il est possible sous certaines conditions d'association de variétés (proportions, agencement spatial, différentiel de résistance globale) et de pluviométrie d'obtenir un effet significatif en termes de réduction de la maladie. / Increasing plant diversity within a crop by the use of cultivar mixtures is a strategy which allows to reduce severity of windborne diseases. Potentialities of this cropping practice have still to be precisely characterized in the case of rain-borne diseases, such as septoria tritici blotch during its spring epidemiological stage. This disease, due to the pathogen fungus Mycosphaerella graminicola, is prevalent on wheat crops and it may be result in substantial yield losses, up to -40%. Field experiments were carried out during five years, from 2008 to 2012, at the Grignon location (Yvelines, France), with a mixture consisting of two wheat cultivars with contrasted resistance to M. graminicola in a 1/3 susceptible/resistant ratio. In comparison with their pure stands, we observed a severity decrease of septoria tritici blotch for the most susceptible cultivar (on average, less 45% of leaf pycnidial leaf surface on the three upper leaf levels), without significantly affect the more resistant cultivar. An original semi-automated methodology was developed to quantify the splash-dispersed spore flux in outdoor conditions. Experimental measurements allowed to correlate intensity of several rainfall events with spore dispersal within different canopies including a cultivar mixture. A mechanistic and stochastic model was implemented in order to describe disease potential progression within a heterogeneous three-dimensional plant canopy. This theoretical approach combines physics and epidemiology in order to, on one hand, (i) compute interception of raindrops with plant organs and the pathway of splash droplets within the canopy and, on the other hand, (ii) take into account cultivar resistance levels and the polycyclism of epidemics. From this model, we highlighted for two-component cultivar mixtures that the proportions and the difference between resistance levels of cultivars to mix together could be optimized in order to reduce disease severity. Furthermore, this modelling approach makes it possible to assess and identify the cultivar spatial distributions the most favourable to a decrease of progression of a splash-dispered disease. Previous studies about potentialities of cultivar mixtures to control splash-dispersed pathogen agents, led in some cases to conclusions with inconsistent and not in favour of this cropping practice. We showed here that it was possible under certain cultivar designing conditions (proportions, spatial arrangement, difference between resistance levels) and rainfall properties to obtain a consistent significant effect in terms of disease reduction.

Une des caractéristiques définissant les êtres vivants est leur capacité à se reproduire. La reproduction sexuée est le mécanisme qui a encouragé la sélection positive des espèces au cours de l’évolution en augmentant leurs diversités génétiques. Lors de leurs reproductions les angiospermes (les plantes à fleurs) utilisent un organe sexuel appelé fleur. Le sexe de cet organe est déterminé par la présence ou l’absence de deux différents types de tissus reproducteurs. Le tissu reproducteur mâle est appelé étamine et porte le pollen. Le tissu reproducteur femelle est appelé pistil et est constitué d’un ou plusieurs carpelles. La labilité sexuelle et l’importance économique des Cucurbites comme Cucumis melo (le melon), Cucumis sativus (le concombre) et Citrullus lanatus (la pastèque) ont fait d’eux des organismes-modèles pour l’étude du déterminisme du sexe contrôlé par un réseau génétique. Le modèle génétique du déterminisme du sexe de Cucumis melo peut être expliqué par la modulation et l’interaction de trois gènes: CmACS-7, CmWIP1, CmACS11. Le gène CmACS-7 est situé au locus M et code une enzyme de biosynthèse de l’éthylène (Boualem et al 2008) réprimant le développement des étamines. Le gène CmWIP1 est situé au locus G et code un facteur de transcription potentiel réprimant le développement du carpelle (Martin and al 2010). Et le gène CmACS11 est situé au locus A et code une enzyme de biosynthèse de l’éthylène réprimant l’expression de CmWIP1 (Boualem et al 2015). Au vu de la croissance de la population mondiale, il est nécessaire d’élargir le nombre d’outils génétiques permettant l’amélioration de la sélection variétale des plantes cultivées dont font partie les Cucurbites. La plupart des plantes hybrides sont issues d’un croisement entre deux plantes différentes, une plante mâle et une plante femelle. Pour améliorer la production de ces hybrides, il est primordial de connaître le sexe des plantes parentes et particulièrement celui des lignées femelles. Dans cette optique, les sélectionneurs ont besoin d’élargir leurs panels d’allèles permettant le contrôle du développement du carpelle. L’ingénierie de ces allèles permettra de générer des plantes gynoïques portant uniquement des fleurs femelles mais aussi d’augmenter la proportion de fleurs pistillées et de contrôler le délai d’apparition des fleurs pistillées. Ces améliorations de la sélection variétale des Cucurbites pourraient générer des alternatives aux mécanismes de stérilité mâle, de castration manuelle ou chimique. Ainsi qu’une meilleure maîtrise de l’apparition de l’effet nid, générant des plantes potentiellement plus compactes et plus rapidement productives. La manipulation des mécanismes, régulés par CmWIP1 et contrôlant le développement du pistil, pourrait permettre d’identifier de nouveaux allèles impliqués dans le développement du carpelle. Mes travaux de recherche se sont appuyés sur la mise en œuvre d’un crible génétique afin d’identifier les membres du réseau génétique auquel appartient CmWIP1, l’unique gène identifié à ce jour contrôlant le développement du carpelle chez C. melo. Ma thèse a eu pour but d’identifier des gènes suppresseurs de la fonction de TT1 (AtWIP1) et de NTT (AtWIP2), deux membres de la famille WIP chez Arabidopsis thaliana. Ces mutations suppresseurs pourront supprimer les phénotypes d’arrêt de croissance et de sénescence induits par la surexpression de TT1 ou de NTT. Pour cela, j’ai généré une population de lignées d’Arabidopsis thaliana surexprimant de manière inductible les séquences codantes de TT1 ou NTT et ayant subi une mutagenèse à l’EMS. J’ai ensuite criblé cette population pour identifier les plantes suppresseurs et les mutations causales. Mon projet de recherche a permis d’identifier quatre locus potentiellement impliqués dans le contrôle du développement du carpelle. La caractérisation de ces locus pourra aboutir à un meilleur contrôle du déterminisme du sexe des Cucurbites et des plantes possédant un mécanisme similaire. / One of the characteristics of living organisms is the ability to reproduce themselves. Sexual reproduction is a mechanism that increases the potential diversity of species and their positive selection. To reproduce most of plants species use a type of sexual organ named flower. The sex of this organ is determined by the presence or absence of two different types of reproductive tissue. The stamen is the male reproductive tissue and the carpel is (the female reproductive tissue). In many species the development of these tissues is controlled by a network of genes. Cucumis melo (melon) is a model plant to study genetic network controlling sex determination. Melon sex determination genetic model can be explained by the modulation of three genes. The gene CmACS-7 at the locus M which encodes for an ethylene biosynthesis enzyme that represses stamen development (Boualem and al 2008). The gene CmWIP1 at the locus G which encodes a putative transcription factor that represses carpel development (Martin and al 2010). And the gene CmACS11 at the locus A which encode for an ethylene biosynthesis enzyme that represses CmWIP1 expression (boualem et al 2015). The aim of this thesis project is to understand in which biological process cmWIP1 is involved to inhibit carpel development. The identification of the precise function of cmWIP1 will lead to the identification of new putative alleles controlling carpel development and sex determination. To achieve this goal we set up a genetic screen in Arabidopsis thaliana to unravel genetic interactors of CmWIP1. At the present moment we found four putative genetic interactors. These putative candidates will be tested in melon. Plants that are mutated in theses cmWIP1 genetic interactors should harbour female organ inside each of their flowers. Then the introgression of these alleles in crop species may increase fruit and/or seed yields.

En 1996, la FAO a reconnu le rôle des agriculteurs dans la construction des ressources génétiques. Dans ce contexte, l'objectif général du projet PLANTADIV, dans lequel s'inscrit cette thèse, est d'appréhender comment les facteurs anthropiques et biologiques interagissent et façonnent la diversité génétique des plantes cultivées dans le bassin du lac Tchad. Dans cette région, les populations ont mis au point une innovation agricole originale : l'utilisation en contre-saison de terres argileuses inondées pour repiquer du sorgho. Les variétés de sorgho repiqué sont capables de puiser dans les réserves hydriques du sol pour accomplir leur cycle végétatif en saison sèche sans autre apport d'eau. Le sorgho repiqué connaît un large développement dans la région depuis la moitié du XXe siècle. Le projet de thèse se focalise sur l'estimation de la diversité génétique des sorghos repiqués et sur les mécanismes biologiques et génétiques qui ont pu contribuer à sa structuration intra et inter variétale. Nous avons également entrepris de retracer l'histoire évolutive des sorghos repiqués en nous appuyant essentiellement sur des outils de génétique des populations pour discuter les hypothèses géographiques et historiques existantes. Cette étude a mis en évidence qu'au moins deux événements de dessaisonalisation avaient eu lieu à partir de sorghos pluviaux provenant de deux groupes génétiques différents. Les sorghos repiqués sont plus différenciés que les sorghos pluviaux. Ceci peut s'expliquer en partie par les pratiques paysannes : les sorghos pluviaux sont échangés plutôt via les amis, la famille et les voisins, alors que les sorghos repiqués le sont plutôt via les marchés. De par les nombreux échanges de semence entre les différentes populations humaines dans cette région, l'étude phylogénétique n'a pas permis de mettre en évidence le(s) lieu(x) d'origine de dessaisonalisation.La seconde partie de ce travail a été consacré à la biologie de la reproduction du sorgho repiqué. Les méthodes de calcul indirectes et directes ont montrées que le sorgho repiqué est, comme le sorgho pluvial, préférentiellement autofécondé. Le taux moyen chez le sorgho repiqué est cependant plus faible (1,8%) que pour le sorgho pluvial (12%). De même, les variations d'allofécondation entre des panicules d'un même type nommé semblent plus faibles que pour le sorgho pluvial. La dernière partie de la thèse est consacrée aux impacts des pratiques agricoles sur la structuration de la diversité génétique des sorghos repiqués à une échelle locale. Les analyses génétiques ont montré, que ce soit pour le village de Djongdong ou celui de Bouzar, situés à l'extrême Nord du Cameroun, que pour un agriculteur donné, chaque type nommé correspond à une entité génétique. De plus, un même morphotype chez différents agriculteurs correspond aussi à une entité génétique. Les modes de gestion des semences et les pratiques culturales ont été analysés, elles influencent peu la structuration de la diversité génétique du sorgho repiqué. / In 1996, FAO has recognized the role of farmers in building and managing genetic resources. This work is part of the project PLANTADIV which main objective is to understand how biological and anthropogenic factors interact and shape diversity of cultivated plants in the Lake Chad Basin. In this region, people have developed an original agricultural innovation: the use in dry-season of flooded clay soils for transplanting sorghum. Transplanted sorghum varieties are able to tap into soil moisture reserves to complete their growth cycle in the dry-season without any water supply. Transplanted sorghum cultivation undertook a large development in the region since the middle of the XX century.The thesis project focuses on the estimation of the genetic diversity of planted sorghum and on biological and genetic mechanisms that may have contributed to its structuration both within and between landraces. We also undertook to trace the evolutionary history of planted sorghum by relying primarily on population genetics approaches to elaborate over geographical and historical hypotheses.This study revealed that at least two events of deseasonalization occurred from rain- sorghum pools from two different genetic groups. Differentiation of dry-season sorghum is stronger than that of rain-sorghum. This may be partially due to social practices: rainy sorghum are mainly exchanged through friends, families and neighbors as planted sorghum seeds are often obtain from markets. Extensive seed exchange between different human populations across the region may have blurred the geographical pattern of the genetic diversity, not allowing us to identify potential sites for deseasonalization.The second part of this work is devoted to the reproductive biology of dry-season sorghum. Direct and indirect estimation methods have shown that dry-season sorghum is, as rain sorghum, preferably selfing. Average level of out crossing is nevertheless lower in dry-season sorghum (1.8%) than it is in rain-sorghum (12%). Within landraces, variations are also smaller for dry-season sorghum than for rain-sorghum.The last part of the thesis is devoted to the impacts of agricultural practices on the structure of the genetic diversity of dry-season sorghum at a local scale. Genetic analyzes have shown that in both studied villages of Djongdong and Bouzar, located in the extreme north of Cameroon, each landrace named by a farmer corresponds to a genetic entity. In addition, the same morphological type among different farmers corresponds to a genetic entity. Modes of seed management and cultural practices were analyzed; they seem to have little influence on the structure of the genetic diversity of dry-season sorghum.

Nous avons exploré la diversité génétique du complexe d'espèces Ralstonia solanacearum (ceRs) pour caractériser et comprendre les graves épidémies de flétrissement bactérien qui sévissent à Madagascar. Une large collection de souches (n=1224; 75 sites) est constituée. Les souches sont assignées aux phylotypes I, III, et la grande majorité associée à l'épidémie appartiennent au groupe IIB-1 (‘Brown rot’ des anglo-saxons) signalé pour la première fois à Madagascar. L'approche MLVA (RS2-MLVA9) a révélé leur apparenté aux souches IIB-1 distribuées mondialement, suggérant ainsi une introduction malheureuse à Madagascar. Trois populations clonales se propagent par des tubercules infectées. Le génotypage des souches du phylotype III, avec le schéma hautement résolutif RS3-MLVA16 que nous avons développé, a révélé une forte diversité génétique structurée géographiquement en onze populations clonales bien différenciées. Cette structure reflète un caractère endémique des populations suggérant l'absence de transmission par tubercules. Les souches malgaches sont différentes de celles d'Afrique continentale. Les souches IIB-1 et III présentent deux modèles épidémiologiques différents. Les variétés de pomme de terre cultivées à Madagascar n'ont montré aucune résistance génétique vis-à-vis du panel de souches malgaches. Cependant, dans nos conditions expérimentales les accessions 720118 et 800934 sont résistantes aux souches I-31 non détectées pour l'instant à Madagascar, mais prévalentes dans l'océan Indien. Nous disposons ainsi d'un outil robuste pouvant être appliqué à l'étude du phylotype III, d'une vue globale de la structure des populations et d'épidémiologie du ceRs. / This thesis is exploring genetic diversity, population structure and molecular epidemiology of the Ralstonia solanacearum species complex (Rssc) causing potato bacterial wilt outbreaks in Madagascar. We characterized a large collection of strains (n=1224; 75 sites) collected from potato production areas. Surprisingly, the large outbreaks were associated with IIB-1 strains (Brown rot) while a few were associated with phylotypes I and III. This is the first report of phylotype IIB-1 in Madagascar. The IIB-1 strains were genotyped based on MLVA (RS2-MLVA9). And Malagasy phylotype IIB-1 clustered with worldwide distributed strains. Fine scale genetic investigation suggested three clonal populations that were introduced and spread through latently infected tuber-seeds. Phylotype III strains were genotyped with the highly discriminatory RS3-MLVA16 scheme we developed. Genetic population analyses revealed a high genetic diversity within phylotype III strains that geographically structured into 11 clonal populations. This support the endemic character of the phylotype III population in Madagascar and suggests no transmission with potato tubers. Malagasy strains were distinct from continental African strains. A clear-cut epidemiological profile is shown between IIB-1 and III strains. Genetically, no bacterial wilt resistance properties were shown for the most popular Malagasy potato cultivars, except two cultivars: 720118 and 800934 that showed strong resistance to phylotype I-31 strain that are predominantly distributed in the Indian Ocean. This study offered tool to genotype phylotype III strains and gives an insights into population structure and epidemiology of the Rssc.

Parmi les outils d'aide à l'évaluation expérimentale des innovations variétales mis au point par les techniciens et les chercheurs, un grand nombre n'est pas adopté dans le monde agricole, malgré leur intérêt théorique. Parti de I'hypothèse que ce manque d'appropriation résulte, au moins en partie, d'un manque d'adéquation entre les outils et les besoins réels des acteurs, le travail réalisé associe une analyse de la diversité des usages de l'expérimentation pour l'évaluation variétale et un travail de conception d'un outil d'interprétation des résultats d'essais variétaux. L'ensemble des recherches est conduit sur le cas du blé tendre d'hiver.<br /> Dans un premier temps, des entretiens ont été effectués auprès d'une vingtaine d'acteurs impliqués dans la sélection, le développement des variétés, la multiplication, la distribution et la transformation des produits céréaliers. Ils mettent en évidence une grande diversité d'usages de I'expérimentation variétale. Quatre objectifs sous-tendent ces usages: (1) trier les génotypes, (2) les positionner géographiquement ou sur le marché, (3) acquérir une connaissance sur les génotypes, (4) et communiquer sur eux. Chaque objectif se distingue des autres par un petit nombre de critères de jugement des génotypes. Nous proposons une typologie des usages en 10 types, basée sur ces objectifs et critères, et sur les caractéristiques des réseaux expérimentaux (nombre d'essais et de génotypes, part du partenariat...). Dans chaque type, des différences peuvent être reliées à des logiques internes aux entreprises. Les entretiens mettent également en évidence un hiatus entre les informations recherchées et les informations que les acteurs tirent effectivement des expérimentations. Ce hiatus s'explique par des contraintes organisationnelles dans la mise en oeuvre des réseaux expérimentaux et par des difficultés lors du traitement des données (manque de temps disponible pour traiter les résultats; compétence requise pour I'usage d'outils d'analyse de I'interaction génotype-milieu...). Le besoin qui s'exprime le plus fortement est celui de mieux extraire I'information contenue dans les réseaux expérimentaux. Pour chacun des 10 usages, nous discutons de I'intérêt de 5 types d'outils susceptibles d'améliorer le recueil ou le traitement des données.<br /> Afin de répondre aux souhaits de différents acteurs de valoriser l'information multilocale et d'optimiser les réseaux, un outil d'aide à I'analyse permettant d'interpréter les variations de performances des génotypes à l'échelle d'un réseau est proposé dans un second temps. Cet outil repose sur I'association d'un diagnostic agronomique, basé sur une régression linéaire multiple appliquée à des génotypes révélateurs, et d'une analyse de I'interaction par régression factorielle, appliquée à tous les génotypes. Cette association a pour but d'apporter une validation agronomique des variables explicatives de I'interaction. Selon le génotype révélateur, le diagnostic permet d'expliquer de 70 à 99% des variations de rendement pour des réseaux de 10 à 35 milieux. Chaque site expérimental est ainsi caractérisé par la nature et la contribution des facteurs limitants aux pertes de rendement. Dans I'analyse de I'interaction, les paramètres génotypiques de la régression factorielle permettent d'interpréter les variations de comportement des génotypes en terme de tolérance aux facteurs limitants. Les notes de tolérance apparaissent bien corrélées aux notes déduites des observations pour les facteurs limitants visibles comme les maladies (nous avons obtenu une corrélation de 0.9 pour la rouille brune). Cette méthode permet donc d'évaluer aussi la tolérance des génotypes aux facteurs limitants dont I'effet n'est pas facilement observable (stress hydrique, carences en azote...). En réponse aux besoins exprimés par les acteurs, et pour prendre en compte la diversité des usages de I'expérimentation variétale, nous discutons de la façon de simplifier et d'améliorer la méthode pour analyser les résultats d'essais, et nous évoquons les ajustements des pratiques actuelles d'évaluation qui pourraient être liées à I'adoption de cet outil.