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National audience; The filamentous yeast Candida albicans is a benign member of the healthy human microbiota but can also turn into an opportunistic pathogen in immunocompromised patients. The morphological plasticity of C. albicans is a major virulence factor. Hyphae i.e. elongated multi-cellular invasive filaments, and unicellular ovaloid yeasts, respectively participate toinvasion and dissemination in the tissues and bloodstream. The reversible yeast-to-hypha phenotypic switches depend on the physicochemical properties of C. albicans environment, notably pH, temperature and growth factors. C. albicans also secretes farnesol, a quorum-sensing molecule that is involved in inhibiting hyphal induction.In contrast to the impact of chemical parameters, little is known about how mechanical forces affect the growth phenotype. To this end, we have developed dedicated microfluidic devices allowing both live-cell imaging and high-throughput experiments to quantify the impact of compressive stress on the yeast-to-hypha transition. The principle of our devices isbased on the emergence of growth-induced pressure when cells proliferate in confined space.Using these devices, we observed expression of the hyphal-specific gene HWP1 under small compressive stress intensities. Yeast-to-hypha transition probability in the confined population seems modulated by the concentration of secreted farnesol and cell-division rate under pressure. To describe the local accumulation of farnesol in the dense population, wepropose a theoretical model of 1D advection-diffusion in a porous medium, based in particular on the Kozeny-Carman approximation. The results obtained suggest a significant underestimation of the hydrodynamic resistance of the porous material. This limitation opens new questions about the transport in a porous environment, composed of deformable and growing yeasts. The model predicts the temporal dynamics when advection is effective. Our results suggest that, taking inhibition into account, the efficiency of induction by pressure is as strong as a known inductive stress such as the addition of serum at 37°C.Single-cell characterization of HWP1 gene expression suggests a regulated mechanism during induction that compensates for biophysical pressure limitation. Single-cell reporter expression also showed that higher compressive stress values (hundreds of kPa) limits hyphal-growth maintenance. In contrast, observation of hyphae in a second uncompressed chamber showed that hyphal epigenetic program is maintained upon mechanical relaxation. Together, the results of this thesis suggest that growth-induced pressure promotes phenotype change in C. albicans, and that this transition is stable. These results pave the way for the investigation of the mechanical regulation of the yeast-to-hypha transition and its link with the pathogenicity of C. albicans.; La levure filamenteuse Candida albicans est un membre bénin du microbiote chez l'humain en bonne santé. Cependant, cet organisme peut devenir un pathogène opportuniste, particulièrement chez les patients immunodéprimés. La plasticité morphologique de C. albicans est un facteur majeur de sa virulence. Les hyphes, de longs filaments multicellulaires et invasifs, et les levures unicellulaires de forme ovaloïde, supportent respectivement l'invasion et la dissémination dans les tissues et le système sanguin. La transition de phénotype réversible levure-vers-hyphe dépend de multiples paramètres physico-chimiques de l'environnement de Candida, notamment le pH, la température et des facteurs de croissance. C. albicans sécrète également du farnésol, une molécule de quorum-sensing qui est impliquée dans l'inhibition de l'induction hyphale. Contrairement à l'impact des paramètres chimiques, la manière dont les for! ces mécaniques peuvent affecter le phénotype adopté reste peu renseignée. Nous avons utilisé des dispositifs microfluidiques permettant l'imagerie de cellules vivantes et des expériences à haut débit afin de quantifier l'impact de contraintes compressives sur la transition levure-hyphe. Le principe de ce dispositif repose sur l'émergence de la pression induite par la croissance des cellules sous confinement spatial. En utilisant ces dispositifs, nous avons observé l'expression d'un gène spécifique à la croissance hyphale (HWP1) sous de faibles intensités de forces compressives. La probabilité d'induction levure-hyphe dans la population confinée semble modulée par la concentration de farnésol sécrété, et par le taux de division sous pression. Pour décrire l'accumulation locale de farnésol dans la population dense, nous proposons un modèle théorique d'advection-diffusion 1D en milieu poreux reposant notamment sur l'approximation de Kozeny-Carman. Les ! résultats obtenus suggèrent une sous-estimation importante de la résistance hydrodynamique du poreux. Cette limitation ouvre de nouvelles questions sur le transport dans un poreux constitué de levures déformables et en croissance. Le modèle prédit la dynamique temporelle lorsque l'advection est efficace. Nos résultats suggèrent qu'en dehors de toute inhibition, l'efficacité d'induction par la pression est aussi forte qu'un stress inductif connu tel que l'addition de sérum à 37°C. La caractérisation de l'expression du gène HWP1 en cellule-unique suggère que la dynamique d'induction est régulée et compense la limitation biophysique de la pression. En parallèle, la maintenance du programme épigénétique hyphal semble limitée sous plus forte pression (centaine de kPa) via un ralentissement de la croissance. En revanche, la croissance hyphale est maintenue lorsque les hyphes accèdent à un second compartiment permettant la relaxation mécanique. Ensemble, ! les résultats de cette thèse suggèrent que la pression induite par l! a croissance confinée favorise le changement de phénotype chez C. albicans et que cette transition est stable. Ces résultats ouvrent la voie à de nouvelles investigations sur la régulation par la mécanique de cette transition et son lien avec la pathogénicité de C. albicans.

The understanding of the molecular mechanisms that allows the rapid adaptation of mollusks that are vector of parasites, to new environments is important for disease control. Rapid adaptation is difficult to explain by traditional Mendelian genetics and there is strong evidence supporting that epigenetic mechanisms, are behind rapid adaptations in other species. I studied one epigenetic mark called DNA methylation that has demonstrated to be environmentally modulated and to play a role in phenotypic plasticity in many species, principally plants and vertebrates. Nevertheless, the role of DNA methylation in generating phenotypic variation in invertebrates has been poorly studied. I addressed the question of the role of DNA methylation in the generation of phenotypic plasticity and its heritability in the snail Biomphalaria glabrata, the intermediate host of the parasite Schistosoma mansoni, the causal agent of schistosomiasis, a neglected tropical disease. DNA methylation in B. glabrata has been found to be modulated by the infection of the parasite S. mansoni and by environmental stress, furthermore, it was demonstrated that DNA methylation affects its gene expression, suggesting that DNA methylation can affect phenotypic variation and therefore the adaptation of the snail to new environments. To study the role of DNA methylation in the generation of phenotypic variation, experimental manipulation of the DNA methylation in the snail was necessary. Therefore, two approaches were proposed in this thesis to introduce epimutations in the snail B. glabrata: 1) Random epi-mutagenesis using chemical DNA methyltransferase (DNMT) inhibitors and by consequent segregation of epimutations in self-fertilization lines and 2) Methylate the cytosines of a targeted locus with a targeted epigenome editing tool consisting in the use of the DNA methyltransferase (DNMT3) construct fused to the nuclease-inactivated dCas9. For the random epi-mutagenesis approach, a novel DNMT inhibitor has shown methylation inhibiting effects in two subsequent generations, showing a2multigenerational epigenetic effect and without showing toxic effects in either survival nor fecundity of the snail B. glabrata. In addition, the inhibitor Flv1 has been shown to be effective in other two mollusk species, the freshwater snail Physa acuta and the pacific oyster Crassostrea gigas, which suggests that this inhibitor represents a molecular tool to modulate the methylation of DNA in other mollusks. In the case of the targeted epimutagenesis approach, I used a transfection method that allows introducing two plasmid vectors with an SV40 viral promoter in vivo in embryos of the snail B. glabrata. The transfection was performed at the gastrula stage, which resulted in mosaic incorporation of the vector into the transfected cells. However, the method was able to methylate some CpG sites of the targeted gene.; La compréhension des mécanismes moléculaires qui permettent l'adaptation rapide des mollusques vecteurs de parasites à de nouveaux environnements est importante pour le contrôle des maladies. L'adaptation rapide est difficile à expliquer par la génétique mendélienne traditionnelle et il existe des preuves solides qui soutiennent que les mécanismes épigénétiques sont à l'origine des adaptations rapides chez plusieurs espèces. Je me suis focalisée sur une marque épigénétique appelée la méthylation de l’ADN, qui est modulée par l'environnement et joue un rôle dans la plasticité phénotypique chez de nombreuses espèces, principalement les plantes et les vertébrés. Néanmoins, le rôle de la méthylation de l'ADN dans la génération de variations phénotypiques chez les invertébrés a été très peu étudié. J'ai abordé la question du rôle de la méthylation de l'ADN dans la génération de la plasticité phénotypique et de son héritabilité chez l'escargot B. glabrata, l'hôte intermédiaire du parasite Schistosoma mansoni, l'agent pathogène de la schistosomiase, une maladie tropicale négligée. La méthylation de l'ADN chez B. glabrata est régulée par l'infection3du parasite S. mansoni et par le stress environnemental, de plus, il a été démontré que la méthylation de l'ADN affecte son expression génique, suggérant que la méthylation de l'ADN peut affecter la variation phénotypique et donc l'adaptation de l'escargot à de nouveaux environnements. Pour étudier le rôle de la méthylation de l'ADN dans la génération de la variation phénotypique, une manipulation expérimentale de la méthylation de l'ADN chez l'escargot était nécessaire. Par conséquent, deux approches ont été proposées dans cette thèse pour introduire des épimutations chez l'escargot B. glabrata: 1) Épi-mutagenèse aléatoire en utilisant des inhibiteurs chimiques des enzymes ADN methyltransferases (DNMT) et par ségrégation conséquente des épimutations dans des lignées d'autofécondation et 2) Par la méthylation des cytosines d'un locus ciblé avec un outil d'édition épigénétique qui consiste à l'utilisation d'une vecteur plasmidique codant pour l’ADN méthyltranférase (DNMT3) fusionnée avec l’enzyme dCas9 (Cas9 avec l’activité nucléase désactivé). Pour l’approche d’épimutagenèse aleatoire, un nouvel inhibiteur des enzymes DNMT a montré des effets d’inhibition de la méthylation dans deux générations consécutives, en montrant un effet épigénétique multigénérationnelle et sans montrer d’effet toxique ni dans la survie ni dans la fécondité de l’escargot B. glabrata. De plus l’inhibiteur Flv1 a montré être efficace dans deux autres espèces de mollusques, l’escargot d’eau douce Physa acuta et l’huître creuse Crassostrea gigas, ce qui suggère que cet inhibiteur représente un potentiel outil moléculaire pour moduler la méthylation de l’ADN chez d’autres mollusques. Dans le cas de l’approche ciblée, j’ai utilisé une méthode de transfection qui permet d’introduire deux vecteurs plasmidiques avec un promoteur viral SV40 de façon in vivo dans des embryons de l’escargot B. glabrata. La transfection a été effectuée au stade gastrula, ce qui a entrainé une incorporation mosaïque du vecteur dans les cellules transfectées. Toutefois, la méthode a permis de méthyler certains sites CpG du gène ciblé.

The study of domestication can provide us with valuable information both on our history and the development of our societies, but also on the evolution of species and the biological processes that have led to the diversity of living forms today. The domestication process can be synthesized in two stages : the contact between the potential domesticated species and the human ecosystem, then its evolutionary adaptation to life within the human environment over the generations. Thus to study domestication it is necessary for archaeologists to find traces of these two stages in archaeological remains. Although evolutionary adaptation leaves a large number of morphological markers that allow us to study domestication without difficulty once it is properly initiated, the process of the early interactions on the other hand, leaves very few traces. This thesis aims to identify and characterize two markers of early process of domestication : the morphological skeletal consequences of growth in captivity in wild boar (Sus scrofa) on the calcaneus and humerus. These potential markers will be used to develop new methods to detect the early stages of the domestication process in wild boar in an archaeological context. The hypothesis being tested is that a change in the behavior of an individual with reduced mobility can lead to observable and measurable changes in bone morphology. This thesis is based on the DOMEXP ANR experimental domestication project in which wild boars were bred in captivity for two years and scanned throughout their growth to study the impact of captivity on their bone anatomy. Our results show that captivity induces a plastic morphological response for both markers, and the application of these two methods on Neolithic suines showed that the morphology of Western European suines changed during the Neolithic, which could be considered as a consequence of the arrival of a new management system based on increased population control. Moreover, the presence of small specimens evokes the possibility of a commensal trajectory. These results could be complemented by isotopic and genomic approaches in order to provide a more complete picture of this period.; L’étude de la domestication peut nous apporter des informations capitales à la fois sur notre histoire et le développement de nos sociétés, mais également sur l’évolution des espèces et les processus biologiques qui ont mené à la diversité des formes vivantes actuelles. On peut synthétiser le processus de domestication en deux étapes : la mise en relation entre la potentielle espèce domestique et l’Homme, puis son adaptation évolutive à la vie avec l’Homme au fil des générations. Ainsi pour étudier la domestication il est nécessaire pour les archéologues de trouver des traces de ces deux étapes dans les restes archéologiques. Bien que l’adaptation évolutive laisse un grand nombre de marqueurs morphologiques qui nous permettent d’étudier sans peine la domestication une fois qu’elle est bien amorcée, la mise en relation en revanche ne laisse que très peu de traces. Cette thèse vise à identifier et caractériser deux marqueurs du contact entre un animal et l’Homme : les conséquences morphologiques osseuses de la croissance en captivité sur le calcanéus et l’humérus chez les ongulés, en prenant comme modèle le sanglier (Sus scrofa). Ces éventuels marqueurs serviront à développer de nouvelles méthodes pour détecter les premières étapes du processus de domestication chez le sanglier en contexte archéologique. L’hypothèse testée est que le changement de comportement d’un individu dont la mobilité est réduite peut laisser une emprunte observable et mesurable dans la morphologie osseuse. Cette thèse fait partie du projet ANR DOMEXP de domestication expérimentale dans laquelle des sangliers ont été élevés en captivité pendant deux ans et scannés tout au long de leur croissance pour étudier l’impact de la captivité sur leur anatomie osseuse. Nos résultats montrent que la captivité induit une réponse morphologique plastique pour les deux marqueurs, et l’application de ces deux méthodes sur des suinés du Néolithique a montré que lamorphologie des suinés d’Europe de l’Ouest a changé au cours du Néolithique, ce qui pourrait être considéré comme la conséquence de l’arrivée d’un nouveau système de gestion basé sur un contrôle accru des populations. De plus la présence de spécimens de petite taille évoque la possibilité d’une trajectoire commensale. Ces résultats pourraient être complétés par des approches isotopiques et génomiques afin de fournir une vision plus complète de cette période.

Intensive agriculture homogenizes landscape and reduces the proportion of natural habitats, thus altering wildlife ecology. In addition to landscape fragmentation, intensive agriculture is responsible for the release of chemicals into non-target environments, such as aquatic environments, which are particularly affected by this contamination. The transfer of these molecules to aquatic environments occurs though runoff or soil erosion. Pesticides can accumulate in large quantities in slow-flux habitats such as ponds and vernal-pools, potentially creating ecological traps for the species that inhabit them. Amphibians are sentinel species of their ecosystems and are particularly sensitive to agricultural chemicals, especially because of their particularly permeable skin. In addition, part of their complex (biphasic) life cycle takes place in lentic environments, which are likely to be highly contaminated. During my thesis, I studied the effects of agricultural activities on an amphibian species that is widespread in agricultural and forest environments, the spined toad (Bufo spinosus). To understand the consequences of agricultural activities on the ecology and physiology of this species, I studied the effects of habitat characteristics (structure and contamination) on different developmental stages (embryos, larvae, adults). To achieve these objectives, I used two methodological approaches: (i) a field approach to measure morphological and physiological differences of adult male populations in contrasting habitats; and, (ii) an experimental approach under controlled conditions to distinguish the effects of exposure period and concentration of different contaminants on key developmental phases of this species. The results indicate that male adult populations show different allometric relationships depending on the habitat (agricultural, intermediate or forest) and that these differences probably result from evolutionary mechanisms related to phenotypic plasticity. Indeed, preliminary population genetic analyses do not detect genetic divergence among the populations studied, suggesting that physical or chemical habitat characteristics result in different response norms among populations. The observed allometric relationships could be the result, at least in part, of developmental plasticity due to environmental contamination within breeding sites. Studies of exposure to two herbicides (a legacy contaminant metabolite and an emerging contaminant) over ontogeny in this species showed us that contamination results in variability in morphological (size and body proportion), physiological (oxidative stress) and behavioral responses that suggest that there may be endocrine disruption mechanisms operating at very low concentrations. In addition, contamination negatively influences fitness proxies in exposed individuals (size and mass at metamorphosis, survival) which could ultimately alter recruitment, reproduction and population sustainability of spined toads., L'agriculture intensive homogénéise le paysage et réduit la part des habitats naturels, altérant ainsi l'écologie de la faune sauvage. Outre cette fragmentation du paysage, l'agriculture intensive est responsable du rejet de produits phytosanitaires dans les milieux non-cibles, comme les milieux aquatiques particulièrement touchés par cette contamination. Les phénomènes de ruissellement ou d'érosion des sols transfèrent ces molécules vers les milieux aquatiques. Les pesticides peuvent s'accumuler en grande quantité́ dans les milieux à faible courant tels les étangs ou les mares, constituant potentiellement des pièges écologiques pour les espèces y habitant. Les amphibiens sont des espèces indicatrices de leurs écosystèmes et sont particulièrement sensibles aux intrants agricoles, notamment parce qu’ils sont caractérisés par une peau particulièrement perméable. En outre, une partie de leur cycle de vie complexe (bi-phasique) a lieu dans les environnements lentiques potentiellement soumis à la contamination. Pendant ma thèse, j’ai étudié les effets des activités agricoles sur une espèce d’amphibien répandue en milieu agricole et forestier, le crapaud épineux (Bufo spinosus). Pour comprendre les conséquences des activités agricoles sur l'écologie et la physiologie de cette espèce, j’ai étudié les effets des caractéristiques de l’habitat (structure et contamination) sur différents stades de développement (embryons, larves, adultes). Afin de remplir ces objectifs, j’ai utilisé deux approches méthodologiques : (i) une approche de terrain visant à mesurer les différences morphologiques et physiologiques de populations de mâles adultes selon des habitats constrastés ; puis, (ii) des expérimentations en conditions contrôlées afin de distinguer les effets de la phase d’exposition et de la concentration des différents contaminants sur les phases clefs du développement de cette espèce. Les résultats indiquent que les populations de mâles adultes montrent des relations allométriques différentes selon l’habitat (agricole, intermédiaire ou forestier) et que ces différences résultent probablement de processus liés à la plasticité phénotypique. En effet, les analyses préliminaires de génétique de population ne détectent pas de divergence génétique entre les populations étudiées ce qui suggère que les caractéristiques physiques ou chimiques de l’habitat entraînent des normes de réactions différentes chez les populations. Les relations allométriques observées pourraient être la résultante, au moins en partie, d’une plasticité développementale due à la contamination environnementale des sites de reproduction. Les études de l’exposition à deux herbicides (un métabolite de contaminant historique et un contaminant émergent) sur les phases de développement de cette espèce nous a montré que la contamination entraîne de la variabilité dans les réponses morphologiques (taille et proportion corporelle), physiologiques (stress oxydant) et comportementales qui suggèrent des mécanismes de perturbation endocrinienne opérants à très faible concentration. De plus, la contamination influence négativement des proxys de la fitness chez les individus exposés (taille et masse à la métamorphose, survie) ce qui pourrait à terme altérer le recrutement, la reproduction et la pérennité des populations de crapauds épineux.

Phenotypic plasticity is the ability of individual genotypes to adjust to environmental variation. In this thesis we used larch annual ring traits to estimate phenotypic plasticity at two-time scales: between years (chap. 1, inter-annual phenotypic plasticity) and within years (chap. 2, intra-annual phenotypic plasticity). In chap. 1 we analyzed annual rings of European larches distributed in four plots along a natural elevational gradient near Briançon, in the French Alps. The phenotypic plasticity of radial growth and latewood density as a function of maximum temperature tends to be negative at low elevation (1350 m) and distinctly positive at high elevations (2300 m), where European larch seems to react favorably to temperature increase. No elevation trend emerges for earlywood density, which mostly exhibits negative or null phenotypic plasticity. The phenotypic plasticity of mean ring density is intermediate between that of earlywood and of latewood density. In chap. 2 we used intra-annual radial growth curves recorded with automatic point dendrometers during four successive growing seasons in an experimental trial combiningseveral water regimes and three species of larch. From such curves we obtainedphenotypic plasticity variables for radial growth and the dynamics of water in the trunk as a function of several climatic variables. All phenotypic plasticity variables and all environmental conditions combined, hybrid larch is a little more plastic than Japanese larchand much more than European larch, which reflects its ability to quickly and efficiently replenish and use his water reserve. We hypothesize that this contributes to its greater vigor.In general, there are as many types of plasticity as there are combinations of phenotypic traits and environmental variable. Phenotypic plasticity summarizes in a single value all the dynamics of a particular response. While in natural selection a high plasticity seems to be an advantage, it is not so evident in artificial selection., La plasticité phénotypique permet aux génotypes de s’ajuster à des variations environnementales. Dans cette thèse nous avons utilisé des caractères de cernes annuels de mélèzes pour estimer la plasticité phénotypique à deux échelles de temps: entre années (chap. 1, plasticité interannuelle) et dans l’année (chap. 2, plasticité intra-annuelle). Dans le chap. 1 nous avons analysé des cernes annuels de mélèzes d’Europe distribués dans quatre placettes le long d’un gradient altitudinal naturel de la région de Briançon, dans les Alpes françaises. La plasticité phénotypique de la croissance radiale et de la densité du bois final en fonction de la température maximale tend à être négative à basse altitude (1350 m) et surtout positive à haute altitude (2300 m), où le mélèze d’Europe semble réagir favorablement à l’augmentation de la température. Aucune tendance altitudinale ne se dégage pour la densité du bois initial, qui présente en majorité une plasticité négative ou nulle. La plasticité phénotypique de la densité moyenne du cerne est intermédiaire entre celle du bois initial et celle du bois final. Dans le chap. 2 nous avons utilisé des courbes de croissance radiale intra-annuelle enregistrées à l’aide de dendromètres automatiques pendant quatre années dans un dispositif combinant plusieurs régimes hydriques et trois espèces de mélèze. Nous en avons extrait des variables de plasticité phénotypique pour la croissance radiale et la dynamique de l’eau dans le tronc en fonction de plusieurs variables climatiques. Toutes variables de plasticité phénotypique et toutes conditions environnementales confondues, l’hybride est un peu plus plastique que le mélèze du Japon et beaucoup plus que le mélèze d’Europe, ce qui traduit sa capacité à reconstituer et à utiliser rapidement et efficacement cette réserve en eau. Nous faisons l’hypothèse que cela contribue à sa plus grande vigueur. De façon générale, il y a autant de plasticités phénotypiques que d’associations caractère phénotypique/variable environnementale. La plasticité phénotypique résume en une seule valeur toute la dynamique d’une réponse particulière. Si en sélection naturelle une plasticité élevée parait constituer un avantage, ce n’est pas aussi évident en sélection artificielle.

Seedling emergence is a critical phase of development for successful crop establishment due to its sensitivity to environmental conditions. In order to adapt to climatic and environmental changing, seedlings are increasingly found in low temperature conditions with low availability of nutrients, especially nitrate. In this context, the heterotrophic growth of seedlings was characterized under various conditions of nitrate supply (presence, absence) and temperature (17 °C, 10 °C) for a core collection of 192 accessions of M. truncatula representative of the natural diversity of this species.The traits related to organ elongation and seed biomass mobilization were determined under the different environmental conditions deriving from two different seed batches. Plasticity indices of the seedling response to the absence of nitrate and to cold were also determined. The genetic determinism of the traits was dissected by Genome-Wide Association Study (GWAS).The absence of nitrate affected seed biomass mobilization and the ratio of radicle/hypocotyl lengths, whatever the temperature and the seed batch. However, the large range of genetic variability across all traits in response to the absence of nitrate revealed different seedling performances within the natural diversity. A principal component analysis (PCA) carried out with plasticity indexes highlighted physiotypes of adaptive behavior to the absence of nitrate at both studied temperatures. In addition, other physiotypes were identified in connection with the explanatory characteristics of heterotrophic growth and the native geoclimatic conditions of the accessions. Finally, GWAS revealed 221 loci associated with most of the traits in the various environmental conditions studied. Likewise, 160 candidate genes were identified near loci controlling 16 traits by data mining, including two clusters of genes encoding sugar transporters and glutathione S-transferases, surrounding loci associated with seedling elongation in response to the absence of nitrate. These results open up various perspectives for better analyzing the genetic basis of the growth adaptation to the absence of nitrate and to the cold in heterotrophy.; La levée des plantules est une phase critique du développement pour la réussite de l'établissement des cultures en raison de sa sensibilité aux conditions environnementales. Pour s'adapter à un contexte climatique et environnemental changeant, les plantules se retrouvent de plus en plus dans des conditions de basses températures avec de faibles disponibilités en éléments nutritifs, en particulier le nitrate. Dans ce contexte, la croissance hétérotrophe des plantules a été caractérisée dans des conditions contrastées d'apport en nitrate (présence, absence) et de température (17 °C, 10 °C) pour une core-collection de 192 accessions de M. truncatula représentative de la diversité naturelle de cette espèce. Les caractères liés à l'allongement des organes et à la mobilisation de la biomasse de la graine ont été déterminés dans les différentes conditions environnementales et pour deux lots de graines différents. Des indices de plasticité de réponse des plantules à l'absence de nitrate et au froid ont également été déterminés. Le déterminisme génétique des caractères a été abordé par GWAS (Genome−Wide Association Study).Quels que soient la température et le lot de graines, l’absence de nitrate affecte la mobilisation de la biomasse des graines et le ratio des longueurs radicule/hypocotyle. Cependant, la large gamme de variabilité génétique de l'ensemble des caractères en réponse à l’absence de nitrate a révélé différentes performances des plantules au sein de la diversité naturelle. Grâce à des analyses en composantes principales (ACP) réalisées avec les indices de plasticité, nous avons identifié des physiotypes de comportements adaptatifs à l’absence de nitrate aux deux températures. Par ailleurs, d'autres physiotypes ont été identifiés en lien avec les caractéristiques explicatives de la croissance hétérotrophe et les conditions géoclimatiques d’origine des accessions. Enfin, l’analyse GWAS a permis d’identifier 221 loci associés à la majorité des caractères dans les diverses conditions environnementales étudiées. De même, 160 gènes candidats ont été identifiés à proximité de loci contrôlant 16 caractères par data mining. Parmi eux se trouvent deux clusters de gènes, l’un codant pour des transporteurs de sucres et l’autre pour des glutathion S-transférases, aux environs des loci associés à l’élongation des plantules en réponse à l’absence de nitrate. Cet ensemble de résultats ouvre différentes pistes pour élucider les bases génétiques de l'adaptation de la croissance hétérotrophe à l'absence de nitrate et au froid.

The theory of evolution predicts that the reproductive success of an organism, i.e. the number of offspring, depends on its phenotypic traits and conspecific interactions. In oviparous species where females provide most of the reproductive costs, larger females are predicted to produce larger clutches. Additionally, when females mate with more than one single male during the breeding season, conspecific interactions are predicted to be centred around females. These two predictions were tested in a female-biased sexual size dimorphic species, the European Pond Turtle Emys orbicularis, where multiple paternity has been reported but whose social interactions are unknown. We investigated individual biometry and conspecific interactions in 23 adults and genetic-inferred paternity of their offspring born between 2012 and 2020 in the conservatory facility of Petite Camargue Alsacienne, Saint-Louis, France. For the 112 collected clutches, multiple paternity occurrence frequency was 38%, with 2 (35%) to 3 (3%) fathers per clutch. Fathers’ body colour has been correlated with single paternity. However, female position in the social network could not predict individual mating (single versus multiple paternity) strategy. When reproduction and potentially population dynamics mainly depend on maternal traits, females have to be highly considered, particularly in species of conservation concern.; La théorie de l'évolution prédit que le succès reproducteur d'un organisme, c'est-à-dire le nombre de descendants, dépend de ses traits phénotypiques et des interactions conspécifiques. Chez les espèces ovipares où les femelles fournissent la plupart des coûts de reproduction, on prévoit que les femelles plus grosses produiront de plus grosses couvées. Aussi, lorsque les femelles s'accouplent avec plus d'un seul mâle pendant la saison de reproduction, les interactions conspécifiques devraient être centrées autour des femelles. Ces deux prédictions ont été testées chez une espèce dimorphique, la Cistude d’Europe Emys orbicularis, où des cas de paternité multiple ont été observés. Nous avons étudié la biométrie individuelle et les interactions conspécifiques chez 23 adultes, ainsi que la paternité (simple ou multiple) au sein de pontes collectées de 2012 et 2020 dans l’élevage conservatoire de la Petite Camargue Alsacienne, à Saint-Louis (France). Parmi les 112 couvées collectées, la paternité multiple concernait 38% des couvées, avec 2 (35%) à 3 (3%) pères par couvée. Les mâles présentant davantage de tâches jaunes sur leur corps sont plus souvent impliqués dans la paternité simple. Cependant, la position de la femelle au sein de la population n’a pas permis de prédire la stratégie de reproduction privilégiée. Puisque la reproduction et potentiellement la dynamique de la population dépendent principalement des traits maternels, les femelles doivent faire l’objet d’une attention particulière, en particulier chez les espèces dont la conservation est préoccupante.

Microbiota and symbiotic interactions are priority topics that are often explored using the Drosophila model organism. However, existing knowledge of natural relationships, i.e. in situ, between Drosophila flies and microbial symbionts is fragmented. Understanding coevolution between a host and its microbial symbionts requires a detailed understanding of the co-effects between symbiotic partners. In this PhD, I empirically studied the interactions between Drosophila flies (the model organism D. melanogaster and the pest species D. suzukii) and extracellular microbial symbionts (bacteria and yeasts) using wild strains under near-natural conditions. I investigated three main questions: (i) how do Drosophila flies acquire and transmit their microbial symbionts along their life cycle; (ii) how do these microorganisms affect host development; (iii) how do these microorganisms interact? My work revealed that yeasts and bacteria are not simply sources of nutrition (i.e. resource acquisition) for Drosophila but also influence how fly larva allocate resources between different life history traits (i.e. developmental plasticity). Second, the conducted study on microbial acquisition and transmission phenomena under near-natural conditions showed that symbionts are partially acquired from the environment, conserved through different life stages, and transmitted between generations and through mating. Thirdly, I found substantial interactions between microbial symbionts that affect their multiplication and transmission between host generations. These results reveal natural interactions of some complexity between Drosophila flies and their microbial symbionts. This demonstrates not only that these interactions are durable but also composed of nested effects that are simultaneous and invisible in obligatorily simplified laboratory systems. In addition, this work brings new elements likely to improve population control of the pest D. suzukii.; Les symbioses et le microbiote sont devenus des sujets d’étude prioritaires, souvent explorés grâce à l’organisme modèle Drosophila. Pourtant, nos connaissances des relations naturelles entre drosophiles et symbiotes microbiens, c’est à dire en dehors du laboratoire, sont fragmentaires. Or, comprendre la coévolution entre hôte et symbiotes microbiens nécessite une fine description des effets des partenaires symbiotiques les uns sur les autres. Dans cette thèse, j’ai étudié de façon empirique les interactions entre drosophiles (Drosophila melanogaster et D. suzukii) et symbiotes extracellulaires (bactéries et levures) avec des souches sauvages et dans des conditions qui reproduisaient la nature. Ma thèse a porté sur les trois questions suivantes : (i) comment les drosophiles acquièrent et conservent-elles ces microorganismes tout au long de leur cycle de vie ; (ii) quels sont les effets de ces microorganismes sur le développement de leurs hôtes ; (iii) comment ces microorganismes interagissent-ils entre eux ? Mes travaux ont révélé que levures et bactéries sont plus que des sources de nourriture (i.e. acquisition des ressources) puisqu’elles influencent également comment la larve alloue ses ressources entre traits d’histoire de vie (i.e. plasticité développementale). L’étude des phases d’acquisition et de transmission des symbiotes microbiens par l’insecte en conditions proches de la nature a montré que ceux-ci sont partiellement acquis de l’environnement, conservés entre différents stades de vie, transmis entre générations et lors de l’accouplement. Par ailleurs, j’ai découvert de substantielles interactions entre symbiotes microbiens affectant leur multiplication et leur transmission entre stades de vie de l’hôte. Mon travail révèle une certaine complexité des interactions naturelles entre drosophiles et leurs symbiotes microbiens. Il démontre non seulement que ces interactions sont durables, mais également qu’elles sont composées d’effets imbriqués, simultanés et invisibles dans les systèmes nécessairement simplifiés des laboratoires. Mes travaux apportent également des pistes pour améliorer le contrôle des populations de D. suzukii.

Adaptation is a concept at the heart of the theory of evolution by natural selection. It designates both the process which allows the adjustment of the phenotypic trait of an individual to external environmental conditions and the state resulting from this process. In this context, genetic adaptation represents all of the molecular determinants of adaptation, which means, all of the mechanisms that drives adaptation of species at the molecular level. To study the evolutionary processes during adaptation, we can study the evolution of an experimental population in response to the conditions imposed by the experimenter (environmental, demographic, etc.): this is experimental evolution. When these experiments are coupled with high-throughput sequencing, the output data (in the form of time-series) are particularly useful for the study of adaptation and selection in "real time". In this thesis, we will develop a quantitative genetic model in order to study the evolutionary dynamics of a threshold trait (representing resistance to infectious agents traits) during an experimental evolution. In addition, we will develop an innovative method for detecting loci under selection using a clustering method with a shape-based approach. In addition, we will study the influence of mechanisms such as epistasis, which represents the interactions between several alleles at different loci, or phenotypic plasticity, which allows individuals to express a different phenotype while carrying the same genotype, on genetic adaptation and - a fortiori - on adaptation., L'adaptation est un concept au cœur de la théorie de l'évolution par sélection naturelle. Elle désigne à la fois le processus qui permet l'ajustement des caractères phénotypiques d'un être vivant aux conditions environnementales extérieures et l'état résultant de ce processus. Dans ce cadre, l'adaptation génétique représente l'ensemble des déterminants moléculaires de l'adaptation, c'est-à-dire l'ensemble des mécanismes permettant l'adaptation des espèces à l'échelle moléculaire. Pour étudier les procédés évolutifs à l'œuvre durant l'adaptation on peut étudier l'évolution d'une population expérimentale en réponse aux conditions imposées par l'expérimentateur (environnementales, démographiques, etc.) : c'est l'évolution expérimentale. Lorsque l'on couple ces expérimentations avec du séquençage à haut débit on obtient des données sous forme de séries temporelles permettant d'étudier l'adaptation et la sélection «en temps réel». Dans cette thèse, nous développerons un modèle de génétique quantitative permettant d'étudier la dynamique évolutive d'un caractère à seuil (représentant les caractères de résistance à des agents infectieux) lors d'une évolution expérimentale. De plus, nous développerons une méthode innovante de détection des locus sous sélection grâce à un procédé de partitionnement des données par la forme des séries temporelles. De plus, nous étudierons l'influence de mécanismes comme l'épistasie, qui représente les interactions entre plusieurs allèles à différents locus, ou la plasticité phénotypique, qui permet à des individus d'exprimer un phénotype différent tout en portant le même génotype, sur l'adaptation génétique et - a fortiori - sur l'adaptation.

International audience; Phenotypic plasticity: a brief introduction. Phenotypic plasticity describes the ability of a given genotype to produce different phenotypes in response to distinct environmental conditions. It has major implications in agronomy, animal husbandry and medicine and is also thought to facilitate evolution. Phenotypic plasticity is widely observed in the wild. It is only relatively recently that the mechanisms involved in phenotypic plasticity have been analysed. Thanks to laboratory experiments we understand better how environmental conditions are involved in phenotypic variations. This article introduces major concepts from the phenotypic plasticity field, presents briefly mechanisms involved in phenotypic plasticity and discusses the links between phenotypic plasticity and evolution.; La plasticité phénotypique décrit la propriété d'un génotype donné à produire des phénotypes différents en réponse à des conditions environnementales distinctes. Elle est observée fréquemment dans la nature et des expériences en laboratoire permettent de mieux en comprendre les mécanismes. Cet article introduit les concepts principaux du domaine de la plasticité phénotypique, présente brièvement les mécanismes impliqués dans la plasticité phénotypique et discute les liens entre plasticité phénotypique et évolution.

In social insects, size diversity of individuals in colonies is supposed to improve the division of labour and thus increase the fitness of colonies. This is relatively clear in species with high size diversity, either with a continuous range or with the presence of several non-reproductive castes. On the other hand, in species with more limited diversity, representing the vast majority of social insects, the results are more contrasted. This thesis therefore focused on the interest of worker within colonies of ants with moderate diversity. We first demonstrated that the mean size and size diversity of workers are not necessarily adaptive in our study species, Temnothorax nylanderi, through experimental manipulations in a semi-natural environment during the growing season and during overwintering. Faced with this lack of interest in the size of individuals for colony, we investigated the potential interest for individuals. Using the ant Mystrium rogeri, we manipulated the food intake of larvae and thus studied the development of larvae without worker constraints. These data on larval development suggest the development of larvae in larger phenotypes in the absence of worker coercion. This implies both that the social environment strongly controls the size of produced individuals, but also that disturbance of this social environment and/or selfish behaviour of larvae can generate size diversity in ant colonies. In a final chapter, we quantified the contribution of this social environment in resistance to an external disturbance, using a trace element. The idea was to disentangle the social part represented by workers from the intrinsic factors of larvae in cadmium resistance using colonies of the ant Temnothorax nylanderi from cities and forests. Surprisingly, our study did not show differential cadmium responses between these two populations for workers and we were only able to test our initial hypothesis on males. On the other hand, this latest study highlights the limits to the resilience of insect societies, which may be subject to more stress and more frequently compared to solitary individuals. More generally, this thesis paves the way to reconsider the role of size in social insects and the place of individual interests in its determination. The in-depth improvement of knowledge on the determinisms that generate size diversity, notably via genetics and genomics, will help to distinguish between group and/or individual interests and thus to determine more precisely the role of size in social insects., Chez les insectes sociaux, la diversité de taille des individus dans les colonies est supposée améliorer la division du travail et ainsi augmenter la fitness des colonies. Cela fait relativement consensus chez les espèces à forte diversité de taille continue ou bien avec la présence de plusieurs castes non reproductrices. En revanche, chez les espèces à diversité plus limitée, représentant la grande majorité des insectes sociaux, les résultats sont plus contrastés. Cette thèse s’est donc focalisée sur l’intérêt de la taille des ouvrières au sein des colonies de fourmis à diversité modérée. Nous avons dans un premier temps démontré que la taille moyenne et la diversité de taille des ouvrières ne sont pas forcément adaptatives chez notre espèce d’étude, Temnothorax nylanderi, à travers des manipulations expérimentales en milieu semi-naturel durant la période de croissance et durant l’hibernation. Face à ce manque d’intérêts de la taille des individus pour la colonie, nous avons investigué les potentiels intérêts pour les individus. En utilisant la fourmi Mystrium rogeri, nous avons manipulé la prise alimentaire des larves et ainsi étudié le développement des larves sans contraintes de la part des ouvrières. Ces données sur le développement larvaire suggèrent le développement de phénotypes plus grands en l’absence de coercion des larves par les ouvrières. Cela sous-entend à la fois que l’environnement social contrôle fortement la taille des individus produits, mais également qu’une perturbation de cet environnement social et/ou des comportements égoïstes des larves peuvent générer de la diversité de taille dans les colonies de fourmis. Dans un dernier chapitre, nous avons quantifié la contribution de cet environnement social dans la résistance à un perturbateur externe, en utilisant un élément trace. L’idée était de découpler la part sociale représentée par les ouvrières de la part intrinsèque des larves dans la résistance au cadmium en utilisant des colonies de la fourmi Temnothorax nylanderi provenant de villes et de forêts. De manière surprenante, notre étude n’a pas montré de réponses différentielles au cadmium entre ces deux populations concernant les ouvrières et nous n’avons pu tester notre hypothèse initiale que sur les mâles. En revanche, cette dernière étude met en lumière les limites à la résilience des sociétés d’insectes, qui pourraient être sujettes à davantage de stress et de manière plus chronique par rapport aux individus solitaires. Plus globalement, cette thèse ouvre la voie à reconsidérer le rôle de la taille chez les insectes sociaux et la place que prennent les intérêts individuels dans sa détermination. L’amélioration en profondeur des connaissances sur les déterminismes générant la diversité de taille, notamment via la génétique et génomique, aidera à la distinction entre intérêts du groupe et/ou des individus et ainsi à déterminer plus finement le rôle de la taille chez les insectes sociaux.

International audience; This study aimed to understand the response of photosynthesis and growth to e-CO2 conditions (800 vs. 400 mu mol mol(-1)) of rice genotypes differing in source-sink relationships. A proxy trait called local C source-sink ratio was defined as the ratio of flag leaf area to the number of spikelets on the corresponding panicle, and five genotypes differing in this ratio were grown in a controlled greenhouse. Differential CO2 resources were applied either during the 2 weeks following heading (EXP1) or during the whole growth cycle (EXP2). Under e-CO2, low source-sink ratio cultivars (LSS) had greater gains in photosynthesis, and they accumulated less nonstructural carbohydrate in the flag leaf than high source-sink ratio cultivars (HSS). In EXP2, grain yield and biomass gain was also greater in LSS probably caused by their strong sink. Photosynthetic capacity response to e-CO2 was negatively correlated across genotypes with local C source-sink ratio, a trait highly conserved across environments. HSS were sink-limited under e-CO2, probably associated with low triose phosphate utilization (TPU) capacity. We suggest that the local C source-sink ratio is a potential target for selecting more CO2-responsive cultivars, pending validation for a broader genotypic spectrum and for field conditions.

Le criquet pèlerin, Schistocerca gregaria Forskål, 1775, est un ravageur majeur pour l'agriculture. Affiner les connaissances sur sa distribution spatiale est essentiel pour sa gestion préventive. Dans ce but, nous avons utilisé au Tchad une technique de lissage spatial de densités sur 7014 observations du criquet pèlerin (1965-1971 et 1986-2017) afin d'élaborer des cartes saisonnières de répartition pour les périodes d'invasion et de rémission. Trois zones correspondant à des aires de reproduction et foyers de grégarisation ont été identifiées : (1) Kanem/lac Tchad, (2) Batha, (3) Ennedi. La première pourrait être un nouveau foyer de grégarisation. Ces zones se rajoutent à celle du massif du Tibesti, où les signalements sont plus rares que par le passé à cause de l'insécurité. Des prospections plus régulières devraient permettre de confirmer que la distribution du criquet pèlerin a récemment évolué. Mots clés : Schistocerca gregaria / reproduction / prévention des risques / distribution spatiale / plasticité phénotypique Abstract-Mapping of the breeding and gregarization areas of the desert locust in Chad. The desert locust, Schistocerca gregaria Forskål, 1775, is a major threat to agriculture. Refining our knowledge on its spatial distribution is a key point for its preventive management. To do so, we used in Chad a method of spatial smoothing of densities upon 7014 survey points (1965-1971 and 1986-2017) of the desert locust to develop seasonal distribution maps for invasion and remission periods. Three zones corresponding to breeding and gregarization areas have been identified: (1) Kanem/lake Chad, (2) Batha, (3) Ennedi. The first one may be a new gregarization area. These zones add to the Tibesti mountains where locust reports are less frequent than in the past, due to insecurity. More regular surveys should confirm that the distribution of the desert locust has recently changed.

International audience; Insects represent 85% of the animals. They have adapted to many environments and play a major role in ecosystems. Many insect species exhibit phenotypic plasticity. We here report on the mechanisms involved in phenotypic plasticity of different insects (aphids, migratory locust, map butterfly, honeybee) and also on the nutritional size plasticity in Drosophila and the plasticity of the wing eye-spots of the butterfly Bicyclus anynana. We also describe in more detail our work concerning the thermal plasticity of pigmentation in Drosophila. We have shown that the expression of the tan, yellow and Ddc genes, encoding enzymes of the melanin synthesis pathway, is modulated by temperature and that it is a consequence, at least in part, of the temperature-sensitive expression of the bab locus genes that repress them.; Les insectes représentent 85 % des animaux. Ils se sont adaptés à de nombreux environnements et jouent un rôle majeur dans les écosystèmes. De nombreuses espèces d'insectes montrent de la plasticité phénotypique. Nous présentons ici les mécanismes impliqués dans la plasticité phénotypique chez différents insectes (les pucerons, le criquet migrateur, le papillon carte géographique, l'abeille ainsi que la plasticité nutritionnelle de la taille chez la drosophile et la plasticité des ocelles sur les ailes du papillon Bicyclus anynana). Nous décrivons également plus en détail nos travaux sur la plasticité thermique de la pigmentation chez la drosophile. Le froid induit une pigmentation abdominale plus foncée chez les femelles drosophiles. Nous avons montré que l'expression des gènes tan,yellow et Ddc, codant des enzymes de la voie de synthèse des mélanines, est modulée par la température et que c'est une conséquence, au moins en partie, de l'expression sensible à la température des gènes du locus bab qui les répriment.

International audience; Insects represent 85% of the animals. They have adapted to many environments and play a major role in ecosystems. Many insect species exhibit phenotypic plasticity. We here report on the mechanisms involved in phenotypic plasticity of different insects (aphids, migratory locust, map butterfly, honeybee) and also on the nutritional size plasticity in Drosophila and the plasticity of the wing eye-spots of the butterfly Bicyclus anynana. We also describe in more detail our work concerning the thermal plasticity of pigmentation in Drosophila. We have shown that the expression of the tan, yellow and Ddc genes, encoding enzymes of the melanin synthesis pathway, is modulated by temperature and that it is a consequence, at least in part, of the temperature-sensitive expression of the bab locus genes that repress them.; Les insectes représentent 85 % des animaux. Ils se sont adaptés à de nombreux environnements et jouent un rôle majeur dans les écosystèmes. De nombreuses espèces d'insectes montrent de la plasticité phénotypique. Nous présentons ici les mécanismes impliqués dans la plasticité phénotypique chez différents insectes (les pucerons, le criquet migrateur, le papillon carte géographique, l'abeille ainsi que la plasticité nutritionnelle de la taille chez la drosophile et la plasticité des ocelles sur les ailes du papillon Bicyclus anynana). Nous décrivons également plus en détail nos travaux sur la plasticité thermique de la pigmentation chez la drosophile. Le froid induit une pigmentation abdominale plus foncée chez les femelles drosophiles. Nous avons montré que l'expression des gènes tan,yellow et Ddc, codant des enzymes de la voie de synthèse des mélanines, est modulée par la température et que c'est une conséquence, au moins en partie, de l'expression sensible à la température des gènes du locus bab qui les répriment.

Improvement of fruit quality and productivity can be achieved by cultural practices or breeding strategies. Environmental factors, particularly drought salinity and high temperatures usually lead important modification on plants at physiological and molecular level that impact fruit quality component and plant development. The QUALITOM team with private seed companies initiated a research program aiming to identify QTL involved in plant growth and fruit quality under environmental constraint conditions. Within this framework, a multi-parent advanced generation intercross (MAGIC) population derived from a cross of eight parental lines was developed at INRA center of Avignon and characterized in drought, saline and heat condition in different sites. My PhD project will focus on this plant material with the goal to identify for the whole dataset collected, the level of genotype x environment interactions and the effect of drought, salinity and heat stress at molecular level.; La productivité et la qualité des fruits peuvent être améliorées par l'optimisation des conditions de culture, mais aussi par la création de variétés améliorées. La connaissance des régions génomiques intervenant dans la qualité est pour cela nécessaire. Les conditions environnementales, en particulier les stress hydriques, thermiques ou salins, modifient la vigueur des plantes, la composition et la qualité des fruits Une population multi-allélique (MAGIC) dérivée de 8 lignées parentales a été caractérisée dans différents sites (Maroc, Israël, France) et sous différentes condition de stress (stress hydrique, salin, thermique). La thèse consistera à : (1) participer à la caractérisation phénotypique de la réponse au stress thermique de la population MAGIC (essai printemps 2017) ; (2) analyser et synthétiser l'ensemble des données de la population MAGIC pour la recherche de QTL. A l'issue de la cartographie on recherchera in silico des gènes candidats en s'intéressant aux co-localisations avec des gènes susceptibles d'affecter la réponse au stress. Parallèlement on étudiera les polymorphismes de ces gènes chez les lignées parentales (3) explorer les différences entre les transcriptomes obtenus chez les lignées parentales et 3 hybrides F1 en condition de stress et témoin. (4) initier la caractérisation d'un ou deux QTL majeurs par cartographie fine et validation fonctionnelle (CrispRcas9)

In the context of the expansion of invasive species, their survival is conditioned by their ability to adapt. In France, Ludwigia grandiflora has invaded aquatic biotopes and its recent deployment in wet meadows has led to the emergence of two morphotypes, one aquatic and the other called “terrestrial”. The aim of this thesis was to get a better understanding of water primrose acclimation capacities to terrestrial environment through exploring genetic and epigenetic sources of flexibility. The responses of two morphotypes to different water stresses were evaluated by observing physiological traits. The epigenetic pathway was addressed by the use of a hypomethylant drug. This work showed that L. grandiflora adapts its development and metabolism according to environmental conditions.The terrestrial morphotype shows higher trait values than those of the aquatic morphotype, regardless of the condition. However, phenotypic plasticity is higher in the aquatic morphotype. Finally, our results suggest the involvement of DNA methylation and phenotypic plasticity in the response of water primrose to environmental change. Since the terrestrial morphotype has higher capacities than the aquatic morphotype, its management must become a priority. The acquisition of genomic resources in L. grandiflora will make it possible to search for genetic and epigenetic markers of acclimation to the terrestrial environment.; Dans un contexte d’expansion des espèces invasives, leur survie et succès sont conditionnés par leur capacité à s’adapter. En France, Ludwigia grandiflora (jussie) a envahi bon nombre de biotopes aquatiques et son déploiement récent dans les prairies humides a conduit à l’apparition de deux morphotypes, l’un aquatique et l’autre dit « terrestre ». L’objectif de cette thèse visait à mieux comprendre les capacités d’acclimatation de la jussie au milieu terrestre en explorant les sources de flexibilité que sont les mécanismes génétiques et épigénétiques. Les réponses des morphotypes aquatique et terrestre à différentes contraintes hydriques ont été évaluées via l’observation des traits morphologiques et développementaux, des dosages de métabolites et de phytohormones. La piste épigénétique a été abordée par l’utilisation d’une drogue hypométhylante, la zébularine. Ces travaux ont montré que L. grandiflora adapte son développement et son métabolisme avec des valeurs de biomasses élevées etLe morphotype terrestre présente des valeurs de traits plus importants que ceux du morphotype aquatique, quelle que soit la condition. Cependant, la plasticité phénotypique est plus importante chez le morphotype aquatique. Enfin, l’épigénétique via la méthylation de l’ADN semble impliquée dans la transition du morphotype aquatique vers le milieu terrestre. Nos résultats suggèrent une implication de la méthylation de l’ADN et de la plasticité phénotypique dans la réponse de la jussie au changement de milieu. Le morphotype terrestre ayant des capacités supérieures au morphotype aquatique, sa

In the context of the expansion of invasive species, their survival is conditioned by their ability to adapt. In France, Ludwigia grandiflora has invaded aquatic biotopes and its recent deployment in wet meadows has led to the emergence of two morphotypes, one aquatic and the other called “terrestrial”. The aim of this thesis was to get a better understanding of water primrose acclimation capacities to terrestrial environment through exploring genetic and epigenetic sources of flexibility. The responses of two morphotypes to different water stresses were evaluated by observing physiological traits. The epigenetic pathway was addressed by the use of a hypomethylant drug. This work showed that L. grandiflora adapts its development and metabolism according to environmental conditions.The terrestrial morphotype shows higher trait values than those of the aquatic morphotype, regardless of the condition. However, phenotypic plasticity is higher in the aquatic morphotype. Finally, our results suggest the involvement of DNA methylation and phenotypic plasticity in the response of water primrose to environmental change. Since the terrestrial morphotype has higher capacities than the aquatic morphotype, its management must become a priority. The acquisition of genomic resources in L. grandiflora will make it possible to search for genetic and epigenetic markers of acclimation to the terrestrial environment.; Dans un contexte d’expansion des espèces invasives, leur survie et succès sont conditionnés par leur capacité à s’adapter. En France, Ludwigia grandiflora (jussie) a envahi bon nombre de biotopes aquatiques et son déploiement récent dans les prairies humides a conduit à l’apparition de deux morphotypes, l’un aquatique et l’autre dit « terrestre ». L’objectif de cette thèse visait à mieux comprendre les capacités d’acclimatation de la jussie au milieu terrestre en explorant les sources de flexibilité que sont les mécanismes génétiques et épigénétiques. Les réponses des morphotypes aquatique et terrestre à différentes contraintes hydriques ont été évaluées via l’observation des traits morphologiques et développementaux, des dosages de métabolites et de phytohormones. La piste épigénétique a été abordée par l’utilisation d’une drogue hypométhylante, la zébularine. Ces travaux ont montré que L. grandiflora adapte son développement et son métabolisme avec des valeurs de biomasses élevées etLe morphotype terrestre présente des valeurs de traits plus importants que ceux du morphotype aquatique, quelle que soit la condition. Cependant, la plasticité phénotypique est plus importante chez le morphotype aquatique. Enfin, l’épigénétique via la méthylation de l’ADN semble impliquée dans la transition du morphotype aquatique vers le milieu terrestre. Nos résultats suggèrent une implication de la méthylation de l’ADN et de la plasticité phénotypique dans la réponse de la jussie au changement de milieu. Le morphotype terrestre ayant des capacités supérieures au morphotype aquatique, sa

Forest decline has been observed around the world due to climate change. As sessile and long-lived organisms subject to repeated environmental constraints, trees need to develop strategies enabling them to cope with fluctuating environmental conditions. Epigenetic mechanisms have recently emerged as a valuable source of flexibility for adaptation to climate changes.This thesis aimed to evaluate the role of epigenetics (DNA methylation) in poplar, in response to drought, at three time scales: at short term (developmental plasticity), middle term (memory, priming) and long term (adaptation). These studies focused on meristems which are the center of morphogenesis.The main results are : i) DNA methylation is affected during drought stress in meristems, ii) Induced-DNA methylation variations are stable in time, iii) DNA methylation could be used as a genetic marker for populations differentiation under drought, iv) DNA methylation in CG and in a lesser extent in CHG contexts could be used as a marker of individuals and/or populations differentiation like the genetic markers, v) Hypomethylated poplar trees (RNAi DDM1) are more tolerant to drought and show a pathogens responsive phenotype suggestive of enhanced resistance, vi) DNA methylation could alter hormonal balance and promotes priming, vii) Decrease in DNA methylation level (RNAi DDM1) favors the reactivation of transposable elements and their integration in new genomic regions during the drought stress leading to genome instability.These results propose a role of DNA methylation at the interface between the physiological response (hormonal response) and the genetic variation under environmental constraints. These works open up new perspectives in Breeding and forest conservation management, particularly in the frame of the ANR EPITREE project.; Un dépérissement du foret est observé depuis plusieurs années à l’échelle mondiale en lien avec les changements climatiques en cours. Ainsi, les arbres qui sont des organismes fixes et pérennes doivent développer des stratégies leur permettant de s’adapter constamment aux variations environnementales. Récemment, les mécanismes épigénétiques et notamment les modifications de la chromatine telles que la méthylation de l’ADN ou les modifications des histones ont été proposés comme une source possible de flexibilité lors de l’adaptation des organismes vivants aux changements climatiques.Cette thèse avait pour objectif d’évaluer le rôle de l’épigénétique (méthylation de l’ADN) dans la réponse du peuplier à la sécheresse, à trois échelles de temps : à court terme (plasticité développementale), à moyen terme (mémoire et priming) et à long terme (adaptation). Ces études se sont focalisées sur les méristèmes (apical et cambium) qui sont les centres de la morphogenèse. Pour cela, trois différentes approches ont été utilisées : corrélative, épigénétique inverse et épigénomique des populations. Le peuplier qui est un arbre modèle très sensible aux variations de disponibilité en eau du sol a été étudié aussi bien avec des populations naturelles que des hybrides et des lignées RNAi sur des dispositifs expérimentaux en serre ou pépinière.Les résultats majeurs obtenus sont : i) La méthylation de l’ADN est affectée lors du déficit hydrique dans les méristèmes, ii) les variations de la méthylation de l’ADN induites sont stables au cours du temps, iii) la méthylation de l’ADN pourrait être utilisée comme un marqueur génétique de la différentiation des populations en condition hydrique limitante, iv) la méthylation de l’ADN en contexte CG et dans une moindre mesure en CHG pourrait être utilisée comme un marqueur de la différentiation des individus et/ou des populations à l’image des marqueurs génétiques (i.e. SNPs), v) les peupliers hypométhylés (par mutation DDM1) sont plus tolérantes à la sécheresse et présentent un phénotype de réponse aux pathogènes suggérant une résistance accrue à l’infection, vi) La méthylation de l’ADN peut moduler la réponse hormonale et favoriser un effet de priming. vii) la réduction par une stratégie RNAi du niveau de méthylation de l’ADN favorise la réactivation des éléments transposables qui peuvent s’insérer dans de nouvelles régions génomiques altérant la stabilité du génome,Ces résultats proposent un rôle de la méthylation de l’ADN à l’interface entre la réponse physiologique notamment hormonale et la variation génétique en réponse à des contraintes environnementales. Ces travaux ouvrent des perspectives en amélioration et conservation des ressources génétiques forestières notamment dans le cadre du projet ANR EPITREE.

This PhD research work focused on black poplar (Populus nigra L.), a forest tree considered as a model species widely used in research, particularly to understand tree responses to biotic and abiotic constraints. Centered on the seedling stage, two main objectives have been defined: (i) to evaluate the regeneration success of black poplar in the genetic conservation unit of the National Nature Reserve of Saint Mesmin (along the Loire River) and (ii) to evaluate the diversity of seedling responses to environmental variations, especially temperature, through the study of putative adaptive functional traits in an original reciprocal transplant experiment. For the first objective, a survey of regeneration via georeferenced plots was carried out during four years (density, survey, growth) on a sandy-gravelly bar of three hectares and showed that the hydrosedimentary dynamics largely conditioned the success of regeneration and seedling survival from one year to the next. For the second objective, a study with two natural French populations of black poplar seedlings (Loire and Drôme), presenting a large genetic variability was carried out by setting up a reciprocal transplantation experiment for two years in two contrasting environments (Loire - atlantic environment and Drôme mediterranean one). The objective of this trial was to be able to dissociate the potential environmental effects from the genetic effects, as well as their interactions on a panel of adaptive characters at the scale of the leaf (water use efficiency, specific leaf area and stomatal density), stem (specific theoretical hydraulic conductivity), root system (growth) and whole plant (biomass allocations). Our results have demonstrated that there is a high phenotypic variability for the characters studied, whatever the genetic origin or the environment considered. Seedling populations did not have the same leaf characteristics, and responded differently to the environments. Indeed, the Loire seedling population exhibited a morphological adjustment when it grew in a warmer climate while the seedling population of Drôme set up a physiological adjustment (leaf water use efficiency) when placed in a colder climate. Relations between the studied characters and the overall growth of the seedlings could also be highlighted, notably with the specific theoretical hydraulic conductivity of the xylem., Cette thèse est centré sur le peuplier noir (Populus nigra L.), espèce forestière considérée comme modèle largement utilisée en recherche, notamment pour comprendre les réponses de l’arbre face aux contraintes biotiques et abiotiques. Deux objectifs principaux ont été définis, avec des expérimentations ciblées sur le stade semis : (i) évaluer le succès de régénération du peuplier noir au sein de l’unité conservatoire de la Réserve Naturelle Nationale de Saint Mesmin (le long du fleuve Loire) et (ii) évaluer la diversité de réponses des semis face aux variations environnementales, et particulièrement à la température, via l’étude de caractères fonctionnels supposés adaptatifs à partir d’un dispositif original de transplantation réciproque. Pour le premier objectif de la thèse, un suivi de régénération via des quadrats géolocalisés a été réalisé durant quatre ans (densité, survie, croissance) sur une barre sédimentaire de trois hectares et a mis en évidence que la dynamique hydrosédimentaire conditionne largement le succès de régénération ainsi que la survie des semis d’une année à l’autre. Pour le deuxième objectif de la thèse, une étude de deux populations naturelles françaises de semis de peuplier noir (Loire et Drôme), présentant une large variabilité génétique a été réalisée en mettant en place un dispositif de transplantation réciproque pendant deux ans dans deux environnements contrastés (Loire - environnement de type Atlantique et Drôme de type méditerranéen). L’intérêt de ce dispositif a été de pouvoir dissocier les potentiels effets environnementaux des effets génétiques, ainsi que leurs interactions sur un panel de caractères supposés adaptatifs à l’échelle de la feuille (efficience de l’utilisation de l’eau, surface massique, densité stomatique), de la tige (conductivité hydraulique théorique spécifique), du système racinaire (croissance) et de la plante entière (allocation de biomasse). Nos travaux ont montré qu’il existe une forte variabilité phénotypique pour les caractères étudiés, quels que soient l’origine génétique ou l’environnement considéré. Les deux populations de semis ne présentaient pas les mêmes caractéristiques foliaires, et répondaient de manière différente au changement d’environnement. En effet, la population de semis de Loire mettait en place un ajustement morphologique lorsqu’elle était placée dans un climat plus chaud alors que la population de semis de Drôme mettait en place un ajustement physiologique (efficience d’utilisation de l’eau foliaire) lorsqu’elle était placée dans un climat plus froid. Des liens entre les caractères étudiés et la croissance globale des semis ont également pu être mis en évidence, notamment avec la conductivité hydraulique théorique spécifique du xylème secondaire.

Forest decline has been observed around the world due to climate change. As sessile and long-lived organisms subject to repeated environmental constraints, trees need to develop strategies enabling them to cope with fluctuating environmental conditions. Epigenetic mechanisms have recently emerged as a valuable source of flexibility for adaptation to climate changes.This thesis aimed to evaluate the role of epigenetics (DNA methylation) in poplar, in response to drought, at three time scales: at short term (developmental plasticity), middle term (memory, priming) and long term (adaptation). These studies focused on meristems which are the center of morphogenesis.The main results are : i) DNA methylation is affected during drought stress in meristems, ii) Induced-DNA methylation variations are stable in time, iii) DNA methylation could be used as a genetic marker for populations differentiation under drought, iv) DNA methylation in CG and in a lesser extent in CHG contexts could be used as a marker of individuals and/or populations differentiation like the genetic markers, v) Hypomethylated poplar trees (RNAi DDM1) are more tolerant to drought and show a pathogens responsive phenotype suggestive of enhanced resistance, vi) DNA methylation could alter hormonal balance and promotes priming, vii) Decrease in DNA methylation level (RNAi DDM1) favors the reactivation of transposable elements and their integration in new genomic regions during the drought stress leading to genome instability.These results propose a role of DNA methylation at the interface between the physiological response (hormonal response) and the genetic variation under environmental constraints. These works open up new perspectives in Breeding and forest conservation management, particularly in the frame of the ANR EPITREE project.; Un dépérissement du foret est observé depuis plusieurs années à l’échelle mondiale en lien avec les changements climatiques en cours. Ainsi, les arbres qui sont des organismes fixes et pérennes doivent développer des stratégies leur permettant de s’adapter constamment aux variations environnementales. Récemment, les mécanismes épigénétiques et notamment les modifications de la chromatine telles que la méthylation de l’ADN ou les modifications des histones ont été proposés comme une source possible de flexibilité lors de l’adaptation des organismes vivants aux changements climatiques.Cette thèse avait pour objectif d’évaluer le rôle de l’épigénétique (méthylation de l’ADN) dans la réponse du peuplier à la sécheresse, à trois échelles de temps : à court terme (plasticité développementale), à moyen terme (mémoire et priming) et à long terme (adaptation). Ces études se sont focalisées sur les méristèmes (apical et cambium) qui sont les centres de la morphogenèse. Pour cela, trois différentes approches ont été utilisées : corrélative, épigénétique inverse et épigénomique des populations. Le peuplier qui est un arbre modèle très sensible aux variations de disponibilité en eau du sol a été étudié aussi bien avec des populations naturelles que des hybrides et des lignées RNAi sur des dispositifs expérimentaux en serre ou pépinière.Les résultats majeurs obtenus sont : i) La méthylation de l’ADN est affectée lors du déficit hydrique dans les méristèmes, ii) les variations de la méthylation de l’ADN induites sont stables au cours du temps, iii) la méthylation de l’ADN pourrait être utilisée comme un marqueur génétique de la différentiation des populations en condition hydrique limitante, iv) la méthylation de l’ADN en contexte CG et dans une moindre mesure en CHG pourrait être utilisée comme un marqueur de la différentiation des individus et/ou des populations à l’image des marqueurs génétiques (i.e. SNPs), v) les peupliers hypométhylés (par mutation DDM1) sont plus tolérantes à la sécheresse et présentent un phénotype de réponse aux pathogènes suggérant une résistance accrue à l’infection, vi) La méthylation de l’ADN peut moduler la réponse hormonale et favoriser un effet de priming. vii) la réduction par une stratégie RNAi du niveau de méthylation de l’ADN favorise la réactivation des éléments transposables qui peuvent s’insérer dans de nouvelles régions génomiques altérant la stabilité du génome,Ces résultats proposent un rôle de la méthylation de l’ADN à l’interface entre la réponse physiologique notamment hormonale et la variation génétique en réponse à des contraintes environnementales. Ces travaux ouvrent des perspectives en amélioration et conservation des ressources génétiques forestières notamment dans le cadre du projet ANR EPITREE.

Phenotypic plasticity – the expression by a single genotype of different phenotypes according to the environment – is ubiquitous in nature. Changes in phenology through plastic modulations are currently one of the main responses to climate change in the wild. Despite allowing adaptive and fast responses to environmental variation in the past, phenotypic plasticity may not be adaptive anymore in the new and/or extreme environmental conditions created by rapid global change. In this context, evolution of phenotypic plasticity could be crucial for population adaptation and persistence. One of the most studied examples of phenological plasticity is the variation of avian egg-laying date according to spring temperature which acts as an environmental cue in most of passerines species in temperate regions. Taking advantage of the long-term monitoring of four wild populations of Mediterranean blue tits (Cyanistes caeruleus), this thesis investigates the variability, heritability of and natural selection on phenotypic plasticity of reproductive phenology. First, a review of the influence of climate change on phenotypic plasticity highlighted the importance of potential changes in cue(s) reliability for plasticity to remain adaptive, a point we further explored in our four blue tits populations and their main preys (caterpillars), showing differences among populations from different habitats. Second, to better understand the drivers of within-individual variation of laying date phenology we evaluated how ageing affects plasticity of laying date in response to temperature, and revealed stronger plasticity in mature compared to young or old females. Moreover, we assessed plasticity of reproductive senescence according to the environmental quality experienced by birds during their lifetime and showed that individuals experiencing good environments age faster. Finally, to improve our knowledge of the evolutionary potential of reproductive phenology in this species, we estimated the heritability of laying date and implemented methods to estimate natural selection on laying date and its plasticity. We showed both heritability of and selection on plasticity, we thus expect response to selection.; La plasticité phénotypique – l’expression par un génotype de différents phénotypes en fonction de l’environnement – est un processus omniprésent dans la nature. Les changements de phénologie sont actuellement l’une des principales réponses au changement climatique. Bien qu’elle ait permis des réponses adaptatives aux variations environnementales par le passé, la plasticité phénotypique pourrait, dans un futur proche, ne plus être adaptative en raison des transformations importantes et rapides des écosystèmes. Dans un tel contexte, l’évolution de la plasticité phénotypique pourrait être cruciale à la persistance des populations, cela nécessitant que la plasticité soit héritable et soumise à la sélection naturelle. Un des exemples les plus étudiés de plasticité phénologique est la variation de la date de ponte en fonction de la température chez les oiseaux. Les températures printanières sont en effet l’indice environnemental le plus corrélé aux changements de phénologie chez la plupart des espèces de passereaux en région tempérée. En se basant sur les suivis à long-terme de quatre populations naturelles de mésanges bleues (Cyanistes caeruleus) en région méditerranéenne, cette thèse s’intéresse à la variabilité, l’héritabilité et la sélection naturelle sur la plasticité phénotypique de la phénologie de la reproduction. Premièrement, dans une revue bibliographique sur l’influence du changement climatique sur la plasticité phénotypique, nous avons mis en évidence l’importance des effets probables du changement climatique sur la fiabilité des indices environnementaux. Ce point a fait l’objet d’une étude plus poussée dans nos quatre populations de mésanges ainsi que chez leurs principales proies (chenilles), mettant en évidence des différences entre populations provenant d’habitats différents. Deuxièmement, pour mieux comprendre les déterminants de la variation intra-individuelle de la phénologie de la date de ponte, nous avons exploré comment le processus de vieillissement affecte l’expression de la plasticité phénotypique de la date de ponte en fonction de la température, révélant une plasticité plus forte chez les femelles matures que chez les femelles jeunes ou âgées. De plus, nous avons évalué la plasticité de la sénescence de reproduction en fonction de la qualité environnementale expérimentée par les oiseaux au cours de leur vie, et montré que les individus dans un bon environnement vieillissent plus vite. Enfin, afin de mieux cerner le potentiel évolutif de la phénologie de la reproduction chez la mésange bleue, nous avons estimé l’héritabilité de la plasticité et mis en œuvre de nouvelles méthodes pour estimer la sélection naturelle sur les normes de réaction. Nous avons détecté de l’héritabilité de la plasticité ainsi que de la sélection, nous prédisons donc une réponse à la sélection de la plasticité de la date de ponte.

An important challenge in Biology is to understand how organisms adapt to fluctuating environments and to determine the relative significance of phenotypic plasticity and mutations in this adaptation. We examined the response of a wheat pathogen (Zymoseptoria tritici) to temperature fluctuations using transcriptomics, phenotyping (relative fitness and disease level) and genomics. With this goal, we conducted an in vitro experimental evolution from two Z. tritici clones that evolved in three thermal conditions: at 17°C, at 23°C and under temperature fluctuations. Expression level of 11% of the genome evolved in a different way between the two founder genotypes that evolved under fluctuating conditions. We also observed a higher density of differentially expressed genes in regions known to be enriched in transposable elements. Evolution under fluctuating selection promoted robustness of the transcriptome. The relative fitness estimated in the same conditions as for the experimental evolution did increase for fluctuating lineages only for one of the founder genotypes. The difference of growth between the two ancestors in fluctuating conditions and their distinct level of expression plasticity could explain these opposite results. Finally we observed: i). in planta pathogenicity losses for lineages evolved at 17°C or under fluctuations ii). no accessory chromosome loss, iii). many de novo mutations, including coding mutations in effector genes. This work contributes to shade light on the evolutionary and molecular mechanisms underlying the evolution of Z. tritici in variable environments.; Un défi important en Biologie est de comprendre comment les organismes s’adaptent à des environnements fluctuants et de déterminer l’importance relative de la plasticité phénotypique et des mutations dans cette adaptation. Nous avons examiné la réponse d’un pathogène du blé (Zymoseptoria tritici) aux fluctuations de température grâce à des approches de transcriptomique, de phénotypage (fitness relative et pathogénie) et de génomique. Pour cela, une évolution expérimentale a été menée in vitro à partir de deux clones ayant évolué dans trois régimes thermiques : à 17°C, à 23°C et en température fluctuante. Le niveau d’expression de 11% du génome a évolué de manière distincte entre les deux génotypes fondateurs en conditions de fluctuations. Nous avons également observé une plus forte densité de gènes différentiellement exprimés dans des régions connues pour être riches en éléments transposables. L’évolution en conditions fluctuantes a favorisé la robustesse du transcriptome. La fitness relative estimée dans les conditions d’évolution a augmenté uniquement pour les lignées fluctuantes issues d’un des deux génotypes fondateurs. La différence de croissance entre les deux ancêtres en conditions de fluctuations et leur différent niveau de plasticité d’expression pourraient expliquer ces résultats différents. Enfin, nous avons observé : i). des pertes de pathogénie in planta suite à l’évolution à 17°C et en fluctuations, ii). aucune perte de chromosomes accessoires, iii). de nombreuses mutations dans le génome, dont des mutations codantes dans des effecteurs. Ces travaux apportent de nombreux éléments de compréhension des mécanismes évolutifs et moléculaires sous-jacents à l’évolution de Z. tritici dans des environnements variables.

An important challenge in Biology is to understand how organisms adapt to fluctuating environments and to determine the relative significance of phenotypic plasticity and mutations in this adaptation. We examined the response of a wheat pathogen (Zymoseptoria tritici) to temperature fluctuations using transcriptomics, phenotyping (relative fitness and disease level) and genomics. With this goal, we conducted an in vitro experimental evolution from two Z. tritici clones that evolved in three thermal conditions: at 17°C, at 23°C and under temperature fluctuations. Expression level of 11% of the genome evolved in a different way between the two founder genotypes that evolved under fluctuating conditions. We also observed a higher density of differentially expressed genes in regions known to be enriched in transposable elements. Evolution under fluctuating selection promoted robustness of the transcriptome. The relative fitness estimated in the same conditions as for the experimental evolution did increase for fluctuating lineages only for one of the founder genotypes. The difference of growth between the two ancestors in fluctuating conditions and their distinct level of expression plasticity could explain these opposite results. Finally we observed: i). in planta pathogenicity losses for lineages evolved at 17°C or under fluctuations ii). no accessory chromosome loss, iii). many de novo mutations, including coding mutations in effector genes. This work contributes to shade light on the evolutionary and molecular mechanisms underlying the evolution of Z. tritici in variable environments.; Un défi important en Biologie est de comprendre comment les organismes s’adaptent à des environnements fluctuants et de déterminer l’importance relative de la plasticité phénotypique et des mutations dans cette adaptation. Nous avons examiné la réponse d’un pathogène du blé (Zymoseptoria tritici) aux fluctuations de température grâce à des approches de transcriptomique, de phénotypage (fitness relative et pathogénie) et de génomique. Pour cela, une évolution expérimentale a été menée in vitro à partir de deux clones ayant évolué dans trois régimes thermiques : à 17°C, à 23°C et en température fluctuante. Le niveau d’expression de 11% du génome a évolué de manière distincte entre les deux génotypes fondateurs en conditions de fluctuations. Nous avons également observé une plus forte densité de gènes différentiellement exprimés dans des régions connues pour être riches en éléments transposables. L’évolution en conditions fluctuantes a favorisé la robustesse du transcriptome. La fitness relative estimée dans les conditions d’évolution a augmenté uniquement pour les lignées fluctuantes issues d’un des deux génotypes fondateurs. La différence de croissance entre les deux ancêtres en conditions de fluctuations et leur différent niveau de plasticité d’expression pourraient expliquer ces résultats différents. Enfin, nous avons observé : i). des pertes de pathogénie in planta suite à l’évolution à 17°C et en fluctuations, ii). aucune perte de chromosomes accessoires, iii). de nombreuses mutations dans le génome, dont des mutations codantes dans des effecteurs. Ces travaux apportent de nombreux éléments de compréhension des mécanismes évolutifs et moléculaires sous-jacents à l’évolution de Z. tritici dans des environnements variables.

International audience

National audience; Les jardins communs forestiers doivent être suivis, conservés, maintenus, voire étendus avec de nouvelles essences et doivent être bien renseignés et répertoriés dans les plans d’aménagements.Les résultats qui en sont issus doivent être diffusés et portés à la connaissance de tous, comme se proposent de le faire les projets en cours soutenus par le Ministère de l’Agriculture comme ESPERENSE , et MedForFutur, notamment. Les efforts de tous partenaires de la filière forestière française de recherche et développement pour se constituer en réseau (pour ce qui est des jardins communs, voir GEN4X et IN-Sylva et réfléchir à l’évolution de ces dispositifs pour prendre en compte les itinéraires sylvicoles, le potentiel offert par l’hybridation, la constitution de vergers à graines et îlots d’avenir, etc., vont aussi dans ce sens. Par ailleurs, les données issues de la gestion courante (suivis des coupes, régénérations et plantations par exemple) constituent aussi une ressource expérimentale d’une très grande richesse pour le choix des espèces et provenances, qui mérite d’être mieux tracée, archivée, valorisée (sommier électronique par exemple) et venir compléter les dispositifs de recherche classiques voir Fady et Scotti 2018 (Forêt Entreprise 240) et le blog.

[Departement_IRSTEA]Eaux [ADD1_IRSTEA]Systèmes aquatiques soumis à des pressions multiples; International audience; Phenotypic plasticity is a ubiquitous process found in all living organisms. Polyphenism is an extreme case of phenotypic plasticity which shares a common scheme in insects such as honeybees, locusts or aphids: an initial perception of environmental stimuli, a neuroendocrine transmission of these signals to the target tissues, the activation of epigenetic mechanisms allowing the setup of alternative transcriptional programs responsible for the establishment of discrete phenotypes. Climate change can modulate the environmental stimuli triggering polyphenisms, and/or some epigenetics marks, thus modifying on the short and long terms the discrete phenotype proportions within populations. This might result in critical ecosystem changes.

Social gradients in behavior have been documented across various domains of people’s lives. In western countries, low SES individuals tend for instance to invest less in their education, to smoke more, are more subject to overweight and are more willing to take risks in financial settings. Being exposed to deprivation therefore seems to elicit a constellation of behaviors that appear to covary in a systematic fashion. This behavioral constellation of deprivation has been mostly interpreted as the product of poor decision making abilities, of a general failure of willpower. In this dissertation we explore a different interpretation that is rooted in adaptive explanations of human behavior. Instead of viewing the behaviors of low SES individuals as suboptimal deviations from a global optimum, they are seen as adjustments of people’s overall life strategies that are, from an evolutionary point of view, adaptive in the particular context of a deprived ecology. Indeed, we will explore the idea that deprived environments select for strategies that put more weight on present outcomes over uncertain future outcomes, and that this present orientation in low SES individuals propagates across a range of decision domains, giving rise to the constellation. To this aim, we first use structural equation models on observational data from a diversity of samples, to analyze the covariation between peoples’ behaviors in several relevant domains (health, reproduction, social trust) and their exposure to deprivation during childhood and/or adulthood. Overall, we find that a lower somatic effort tends to covary with a more short-term reproductive strategy, as well as lower social trust. This pattern is associated with a higher exposure to deprivation, with unique effects of early life conditions. In addition to this empirical work, we further investigate the theoretical underpinnings of our working hypotheses, from an adaptationist perspective. Specifically, we build a formal life history model to predict optimal changes in discounting within and between individuals. This allows us to highlight that the extent to which individuals prefer short-term rewards, should vary depending on two main parameters: 1) the uncertainty around their ability to actually collect delayed rewards, and 2) the opportunity costs of not having the reward during the delay. Finally, we conclude by discussing the promising perspective of further integrating the approach adopted in the present thesis, with more traditional social and behavioural sciences., Des gradients sociaux ont été documentés pour une variété de comportements individuels. Au sein des pays occidentaux par exemple, les personnes ayant un statut socio-économique plus bas ont tendance à investir moins dans leur éducation, à fumer davantage, sont plus susceptibles de souffrir d'obésité et plus enclines à prendre des risques dans des contextes économiques. Ainsi, être exposé à des conditions de vie précaire semble engendrer une série de comportements, covariant de manière systématique. Ce syndrome comportemental a été principalement interprété comme le produit de déficits cognitifs ayant traits à la prise de décision et/ou à un manque de volonté. Dans ce manuscrit, nous explorons une approche différente, qui s'ancre dans les explications adaptationnistes des comportements humains. Au lieu d'appréhender les comportements observés chez les individus en situation de précarité comme des anomalies, ceux-ci sont perçus comme des ajustements des stratégies individuelles d'histoire de vie, adaptés à la vie dans des environnements précaires. En effet, nous approfondirons l'hypothèse selon laquelle un environnement précaire sélectionne des stratégies qui accordent davantage de poids aux bénéfices immédiats plutôt qu’aux investissements de long terme, affectant dès lors toute une gamme de comportements. Dans un premier temps, nous analyserons par le biais de modèles d'équations structurelles, différents jeux de données afin de mesurer le degré de covariation de comportements ayant trait à la reproduction, à l'investissement dans la santé et au niveau de confiance, ainsi que leur association éventuelle avec le niveau de précarité éprouvé pendant l'enfance ou à l'âge adulte. Globalement, nos résultats indiquent qu'une réduction de l’investissement dans la santé co-varie avec une stratégie de reproduction plus court-termiste, ainsi qu'un plus faible niveau de confiance. De plus, ce pattern est surreprésenté chez les personnes en situation de précarité, avec des effets persistants des conditions pendant l'enfance. En parallèle de ces travaux empiriques, nous nous sommes par ailleurs intéressés aux fondements théoriques de nos hypothèses de travail. Précisément, nous avons développé un modèle formel de stratégie d'histoire de vie prédisant les changements de préférences temporelles intra- et interindividuelles. Celui-ci nous a permis de mettre en évidence l’importance de deux facteurs distincts pour déterminer le degré optimal avec lequel des individus doivent préférer les récompenses de court-terme : 1) le niveau d'incertitude sur la probabilité de collecter une récompense délayée dans le temps, et 2) le coût d'opportunité à ne pas bénéficier de la récompense pendant la période de délai. Enfin, nous concluons ce travail en discutant des perspectives particulièrement intéressantes offertes par une intégration plus poussée de l'approche développée dans cette thèse, avec d'autres sciences sociales et sciences du comportement plus traditionnelles.

Intraspecific variability plays a pivotal role in short and long term responses of species to environmental fluctuations. This variability, expressed through different traits of individuals, can potentially influence species sensitivity to chemical contamination. This intraspecific variability is currently not taken into account in ecotoxicological risk assessment, whereas it can mislead its results. To examine this hypothesis, the importance of intraspecific variability in the response to copper (Cu) was quantified in controlled conditions for three aquatic macrophyte species, Lemna minor, Myriophyllum spicatum and Ceratophyllum demersum. Variations among genotypes of each of these 3 species were compared to interspecific variability. Results have highlighted a significant genotypic variability, whose importance depends on the species considered. Indeed, L. minor demonstrated a low variability, contrarily to M. spicatum whose variability in growth inhibition by Cu was higher than interspecific differences. In order to specify the extent and the mechanisms of genotypic variability in M. spicatum, other experiments involving measurements of life-history traits have been conducted on 7 genotypes exposed to Cu. Results showed that some genotypes were up to eightfold more sensitive to Cu than others (at concentrations ranging between 0.15 and 0.5 mg/L). These differences in sensitivity were partly explained by the traits measured, but physiological or transcriptomic endpoints may explain more precisely the source of these differences in sensitivity. Finally, 3 experiments with fluctuations in nutrient concentrations, light intensity and Cu pre-exposure have demonstrated that phenotypic plasticity plays an important role in L. minor sensitivity to Cu. Indeed, the weakening of individuals, as a result of unfavorable environmental conditions, can lead to a twofold increase in sensitivity to Cu. All these results demonstrated that intraspecific variability, whether it comes from genotypic variations or is linked to phenotypic plasticity, was in general lower than interspecific variability for the species and endpoints studied. However, its extent can vary depending on the species. It can therefore significantly influence aquatic macrophyte sensitivity to chemical contamination, and it would be relevant to account for it in ecotoxicological risk assessment.; La variabilité intraspécifique fait partie intégrante de la réponse à court et à long terme des organismes vivants aux fluctuations environnementales. Cette variabilité, exprimée au travers de différents traits des individus, peut potentiellement influencer la sensibilité des espèces à une contamination chimique. La variabilité intraspécifique n’est pas, à l’heure actuelle, prise en compte en évaluation des risques écotoxicologiques, alors même qu’elle pourrait en biaiser les résultats. Pour examiner cette hypothèse, l’importance de la variabilité intraspécifique dans la réponse au cuivre (Cu) a été quantifiée en conditions contrôlées pour trois espèces de macrophytes aquatiques, Lemna minor, Myriophyllum spicatum et Ceratophyllum demersum. Les variations entre génotypes de chacune de ces 3 espèces ont été comparées à la variabilité interspécifique. Les résultats ont mis en évidence une variabilité génotypique significative, dont l’importance dépend de l’espèce considérée. En effet, L. minor a montré une faible variabilité, au contraire de M. spicatum dont la variabilité de l’inhibition de croissance par le Cu est supérieure aux différences interspécifiques. Afin de préciser l’étendue et les mécanismes de la variabilité génotypique chez M. spicatum, d’autres expériences impliquant des mesures de traits d’histoire de vie ont été réalisées sur 7 génotypes exposés au Cu. Les résultats ont montré que certains génotypes étaient jusqu’à 8 fois plus sensibles au Cu à des concentrations allant de 0.15 à 0.5 mg/L). Ces différences de sensibilité sont en partie expliquées par les traits mesurés, mais des mesures physiologiques et/ou des approches en transcriptomique devraient pouvoir expliquer de façon plus consistante la source de ces différences de sensibilité. Enfin, 3 expériences faisant varier respectivement la teneur en nutriments, l’intensité lumineuse et la préexposition au Cu, ont démontré que la plasticité phénotypique joue un rôle majeur dans la sensibilité au Cu chez L. minor. En effet, l’affaiblissement des individus, résultant des conditions environnementales défavorables, peut conduire au doublement de la sensibilité de L. minor au Cu. L’ensemble des résultats obtenus montre donc que la variabilité intraspécifique, qu’elle soit d’origine génotypique ou liée à la plasticité phénotypique, demeure en règle générale inférieure à la variabilité interspécifique concernant les traits et les espèces étudiés. Cependant, son importance varie selon l’espèce considérée. Elle peut donc influer significativement sur la sensibilité des macrophytes aquatiques à la contamination chimique, et gagnerait donc à être prise en compte dans le cadre de l’évaluation des risques écotoxicologiques.

Phenotypic plasticity is the ability of a given genotype to produce different phenotypes in response to different environmental factors such as temperature, nutrition or presence of predators. This phenomenon allows the adaptation of individuals to their fluctuating environments. It can also facilitate evolution, as it broadens the range of phenotypes produced by a given genotype. As a model of phenotypic plasticity, we study the abdominal pigmentation in Drosophila melanogaster females. Indeed, this trait is temperature-sensitive: drosophila females are darker when they develop at lower temperatures particularly in the posterior segments. In the laboratory, it has been previously shown, that tan (t), a gene encoding a pigmentation enzyme, is more expressed at 18°C than at 29°C. Moreover, this gene plays an essential role in the phenotypic plasticity of abdominal pigmentation in Drosophila melanogaster females. During my thesis, I aimed to characterize the gene regulatory network involved in t regulation in the abdominal epidermis of Drosophila melanogaster females. I also tried to identify, in this network, the actors mediating the effect of temperature on t expression. Using a candidate gene approach, I showed that the transcription factors Bric-à-brac (Bab) and Abdominal-B (Abd-B) are involved in the phenotypic plasticity of abdominal pigmentation by regulating t. Furthermore, I performed a genetic screen targeting 573 genes encoding transcription factors and chromatin regulators to identify new regulators of t. At the end of this screen, I obtained a list of 27 genes involved in this regulation. I then started the functional characterization of two of these candidates: forkhead box subgroup O (foxo) encoding a transcription factor involved in the insulin response pathway and little imaginal discs (lid) encoding a histone demethylase.; La plasticité phénotypique est la capacité d’un génotype donné à produire différents phénotypes en réponse à différents environnements tels que la température, la nutrition ou encore la présence de prédateurs. Ce phénomène permet aux individus de s’adapter à des environnements fluctuants. Il peut également faciliter l’évolution en élargissant la gamme de phénotypes produits par un génotype. Comme modèle de plasticité phénotypique, nous étudions la pigmentation abdominale chez les femelles Drosophila melanogaster. En effet, ce caractère est sensible à la température : les femelles drosophiles sont plus pigmentées lorsqu’elles se développent à basse température, particulièrement dans les segments abdominaux postérieurs. Les études précédentes du laboratoire ont montré que le gène tan (t), codant une enzyme de pigmentation, est beaucoup plus fortement exprimé à 18°C qu'à 29°C. Par ailleurs, ce gène joue un rôle essentiel dans la plasticité phénotypique de la pigmentation abdominale des femelles Drosophila melanogaster. Au cours de ma thèse, je me suis intéressée à la caractérisation du réseau de gènes impliqué dans la régulation de l’expression de t dans l’épiderme abdominal des femelles Drosophila melanogaster. J'ai également cherché à identifier, dans ce réseau, les acteurs pouvant médier l'effet de la température sur l'expression de t. A l'aide d'une approche gène candidat, j'ai montré que les facteurs de transcription Bric-à-Brac (Bab) et Abdominal-B (Abd-B) intervenaient dans la plasticité phénotypique de la pigmentation abdominale en régulant notamment t. De plus, j'ai réalisé un crible génétique ciblant 573 gènes codant des facteurs de transcription et des régulateurs de la chromatine afin d'identifier de nouveaux régulateurs de t. A l'issue de ce crible, j'ai obtenu une liste de 27 gènes impliqués dans cette régulation. J'ai ensuite commencé la caractérisation fonctionnelle de deux de ces candidats : forkhead box subgroup O (foxo) codant un facteur de transcription impliqué dans la voie de réponse à l'insuline et little imaginal discs (lid) codant une histone déméthylase.

Phenotypic plasticity is the ability of a given genotype to produce different phenotypes in response to different environmental factors such as temperature, nutrition or presence of predators. This phenomenon allows the adaptation of individuals to their fluctuating environments. It can also facilitate evolution, as it broadens the range of phenotypes produced by a given genotype. As a model of phenotypic plasticity, we study the abdominal pigmentation in Drosophila melanogaster females. Indeed, this trait is temperature-sensitive: drosophila females are darker when they develop at lower temperatures particularly in the posterior segments. In the laboratory, it has been previously shown, that tan (t), a gene encoding a pigmentation enzyme, is more expressed at 18°C than at 29°C. Moreover, this gene plays an essential role in the phenotypic plasticity of abdominal pigmentation in Drosophila melanogaster females. During my thesis, I aimed to characterize the gene regulatory network involved in t regulation in the abdominal epidermis of Drosophila melanogaster females. I also tried to identify, in this network, the actors mediating the effect of temperature on t expression. Using a candidate gene approach, I showed that the transcription factors Bric-à-brac (Bab) and Abdominal-B (Abd-B) are involved in the phenotypic plasticity of abdominal pigmentation by regulating t. Furthermore, I performed a genetic screen targeting 573 genes encoding transcription factors and chromatin regulators to identify new regulators of t. At the end of this screen, I obtained a list of 27 genes involved in this regulation. I then started the functional characterization of two of these candidates: forkhead box subgroup O (foxo) encoding a transcription factor involved in the insulin response pathway and little imaginal discs (lid) encoding a histone demethylase.; La plasticité phénotypique est la capacité d’un génotype donné à produire différents phénotypes en réponse à différents environnements tels que la température, la nutrition ou encore la présence de prédateurs. Ce phénomène permet aux individus de s’adapter à des environnements fluctuants. Il peut également faciliter l’évolution en élargissant la gamme de phénotypes produits par un génotype. Comme modèle de plasticité phénotypique, nous étudions la pigmentation abdominale chez les femelles Drosophila melanogaster. En effet, ce caractère est sensible à la température : les femelles drosophiles sont plus pigmentées lorsqu’elles se développent à basse température, particulièrement dans les segments abdominaux postérieurs. Les études précédentes du laboratoire ont montré que le gène tan (t), codant une enzyme de pigmentation, est beaucoup plus fortement exprimé à 18°C qu'à 29°C. Par ailleurs, ce gène joue un rôle essentiel dans la plasticité phénotypique de la pigmentation abdominale des femelles Drosophila melanogaster. Au cours de ma thèse, je me suis intéressée à la caractérisation du réseau de gènes impliqué dans la régulation de l’expression de t dans l’épiderme abdominal des femelles Drosophila melanogaster. J'ai également cherché à identifier, dans ce réseau, les acteurs pouvant médier l'effet de la température sur l'expression de t. A l'aide d'une approche gène candidat, j'ai montré que les facteurs de transcription Bric-à-Brac (Bab) et Abdominal-B (Abd-B) intervenaient dans la plasticité phénotypique de la pigmentation abdominale en régulant notamment t. De plus, j'ai réalisé un crible génétique ciblant 573 gènes codant des facteurs de transcription et des régulateurs de la chromatine afin d'identifier de nouveaux régulateurs de t. A l'issue de ce crible, j'ai obtenu une liste de 27 gènes impliqués dans cette régulation. J'ai ensuite commencé la caractérisation fonctionnelle de deux de ces candidats : forkhead box subgroup O (foxo) codant un facteur de transcription impliqué dans la voie de réponse à l'insuline et little imaginal discs (lid) codant une histone déméthylase.

Natural populations face environmental changes. In this context, different responses were evolutionnary selected. Among them are phenotypic plasticity and genetic adaptation. Studying the links between these two types of response is a way to understand population dynamics and to predict how they may respond to a changing environment. In the present Ph.D thesis, I focused on studying these links at several scales (intra- and interspecific), in the cryptic species complex of the microalga Alexandrium minutum, both in vitro and in situ. With respect to phenotypic plasticity, these two closely related species show profound differences, highlighting the links between genetic and ecological divergence. At the intraspecific level, it appears that, when facing abiotic factors variations, populations adjust the expression levels of certain genes (notably involved in motility related functions and intercellular interactions under low-salinity and cold environments). On the other hand, populations show genetic differentiation at both small spatial scale, over time, and when the community changes. To conclude, there is a direct interaction between genetic divergence and changes in gene expression. In addition to asking many questions about the response capabilities of populations, these results highlight how phenotypic plasticity and genetic changes are linked and interact. They offer new perspectives on the mechanisms underlying population responses to their environment., Les populations naturelles sont confrontées à des changements environnementaux. Pour y faire face, différentes réponses ont été sélectionnées au cours de l'évolution. Parmi elles se trouvent la plasticité phénotypique et l'adaptation génétique. Etudier les liens existants entre elles est une manière de comprendre les dynamiques des populations et de prévoir leurs réponses à un environnement changeant. Dans la présente étude, je me suis attaché à étudier ces liens à plusieurs échelles (intra- et interspécifique), chez le complexe d'espèces cryptiques de la micro-algue Alexandrium minutum, et ce à la fois in vitro et in situ. En ce qui concerne la plasticité phénotypique, ces deux espèces proches montrent de profondes différences, soulignant les liens entre divergence génétique et écologique. Au niveau intraspécifique, il apparaît que face à des variations de facteurs abiotiques, les populations ajustent les niveaux d'expression de certains gènes (notamment impliqués dans des fonctions de motilité et d'interactions intercellulaires dans des environnements froids à faible salinité). D'autre part, les populations montrent de la différentiation génétique à la fois à faible échelle spatiale, au cours du temps, et lorsque la communauté change. Pour conclure, il existe une interaction directe entre divergence génétique et changements d'expression de gènes. En plus de poser de nombreuses questions quant aux capacités de réponse des populations, ces résultats soulignent comment plasticité phénotypique et changements génétique sont liés et interagissent. Ils offrent une perspective nouvelle sur les mécanismes qui sous-tendent les réponses des populations à leur environnement.

Natural populations face environmental changes. In this context, different responses were evolutionnary selected. Among them are phenotypic plasticity and genetic adaptation. Studying the links between these two types of response is a way to understand population dynamics and to predict how they may respond to a changing environment. In the present Ph.D thesis, I focused on studying these links at several scales (intra- and interspecific), in the cryptic species complex of the microalga Alexandrium minutum, both in vitro and in situ. With respect to phenotypic plasticity, these two closely related species show profound differences, highlighting the links between genetic and ecological divergence. At the intraspecific level, it appears that, when facing abiotic factors variations, populations adjust the expression levels of certain genes (notably involved in motility related functions and intercellular interactions under low-salinity and cold environments). On the other hand, populations show genetic differentiation at both small spatial scale, over time, and when the community changes. To conclude, there is a direct interaction between genetic divergence and changes in gene expression. In addition to asking many questions about the response capabilities of populations, these results highlight how phenotypic plasticity and genetic changes are linked and interact. They offer new perspectives on the mechanisms underlying population responses to their environment.; Les populations naturelles sont confrontées à des changements environnementaux. Pour y faire face, différentes réponses ont été sélectionnées au cours de l'évolution. Parmi elles se trouvent la plasticité phénotypique et l'adaptation génétique. Etudier les liens existants entre elles est une manière de comprendre les dynamiques des populations et de prévoir leurs réponses à un environnement changeant. Dans la présente étude, je me suis attaché à étudier ces liens à plusieurs échelles (intra- et interspécifique), chez le complexe d'espèces cryptiques de la micro-algue Alexandrium minutum, et ce à la fois in vitro et in situ. En ce qui concerne la plasticité phénotypique, ces deux espèces proches montrent de profondes différences, soulignant les liens entre divergence génétique et écologique. Au niveau intraspécifique, il apparaît que face à des variations de facteurs abiotiques, les populations ajustent les niveaux d'expression de certains gènes (notamment impliqués dans des fonctions de motilité et d'interactions intercellulaires dans des environnements froids à faible salinité). D'autre part, les populations montrent de la différentiation génétique à la fois à faible échelle spatiale, au cours du temps, et lorsque la communauté change. Pour conclure, il existe une interaction directe entre divergence génétique et changements d'expression de gènes. En plus de poser de nombreuses questions quant aux capacités de réponse des populations, ces résultats soulignent comment plasticité phénotypique et changements génétique sont liés et interagissent. Ils offrent une perspective nouvelle sur les mécanismes qui sous-tendent les réponses des populations à leur environnement.

Wood density, considered a heritable trait, is often associated with drought tolerance and can be a useful trait for tree breeders to select drought-tolerant provenances. Provenance trials are a useful tool to disentangle genetic variation from plasticity of adaptive traits among populations within the same species. If wood density is a strongly heritable trait selected by climatic conditions, we hypothesize that its variation in provenance trials should be shaped by the provenance climatic variables. To test our hypothesis we collected wood density data of provenance trials from the literature. We used thirty publications published between 1966 and 2015 including 25 species (13 angiosperms and 12 gymnosperms). At the intraspecific level, eight species showed significant positive correlations between wood density and drought conditions of the provenance, two species showed the opposite trend and the remaining 15 species showed no correlation with the climatic conditions of the provenances. For the 10 species with wood density strongly linked to the climatic conditions of the provenance, such relationship reflects a strong genetic determinism and a theoretical fitness optimum. For the other 15 species, wood density does not seem to be the main selection target of drought. This information is critical in the frame of breeding programs for selecting provenances more adaptable to different climate change scenarios.

The yeast S. cerevisiae is the only species able to complete the alcoholic fermentation of grape must which is the main step of the wine-making process. Because of the high technological variability found in this species, selection work is carried out with the aim of using efficient yeasts for the industry. These strains show important differences both in their fermentation kinetics and their metabolite yield which affects the wines quality. In addition to these important phenotypic variations, the phenotypic response of yeasts varies considerably and not homogeneously against environmental variations. Understanding the genetic mechanisms that explain these differentiated responses to environmental variations is a non-trivial scientific question. This is of particular importance in oenology, where the winemaking conditions are highly variable (vintages, grape variety, terroirs, oenological practices...). In order to obtain yeasts ensuring the success of the fermentations under a wide range of conditions, we propose here to better understand these mechanisms of interaction Gene x Environment in an oenological context. The identification of genetic locus (Quantitative Trait Loci (QTL)) controlling quantitative characters is made possible by QTL mapping approaches. These approaches require the study of a large progeny in segregation that must be characterized genetically and phenotypically. The establishment of a statistical link between genotype and phenotype allows the localization of QTLs that have an impact on phenotyped characters. During this thesis a phenotyping method that allows us to follow the fermentations of several hundred individuals has been developed. Thanks to it, two progenies genotyped by whole genome sequencing have been phenotyped in different environmental conditions. This lead to the identification of many QTLs and to the estimation of their impact in strain robustness. The implication of the alleles of 3 genes showing a strong interaction with environment and pleiotropic effects linked to the SO2 metabolism has been proved molecularly. The results achieved are discussed in the context of QTL exploitation for the selection of more efficient yeast., La levure S. cerevisiae est la seule espèce capable de terminer la fermentation alcoolique du jus de raisin qui est l’étape principale de la vinification. A cause de la forte variabilité technologique retrouvée chez cette espèce, des travaux de sélection sont réalisés dans le but d’utiliser des levains performants pour l’industrie. Ces souches montrent des différences importantes à la fois dans leurs cinétiques fermentaires et leur bilans en métabolites, ce qui impacte la qualité des vins. La réponse phénotypique des levures varie également de manière considérable et non homogène face aux variations environnementales. La compréhension des mécanismes génétiques expliquant cette réponse différenciée est une question scientifique non triviale. Elle revêt une importance particulière en oenologie, où les conditions de vinifications sont très changeantes (millésimes, cépages, terroirs, conduites de vinifications…). Afin de pouvoir proposer des levains garantissant le succès des fermentations dans un large éventail de conditions, nous proposons ici de mieux comprendre ces mécanismes d’interaction Gène x Environnement dans un contexte oenologique. L’identification de locus génétiques (Quantitative Trait Loci (QTL)) contrôlant des caractères quantitatifs est rendue possible par des approches de cartographie de QTLs. Celles-ci nécessitent l’étude d’une vaste descendance en ségrégation qui doit être caractérisée sur le plan génétique et phénotypique. L’établissement d’un lien statistique entre des marqueurs génétiques et un phénotype permet la localisation de QTLs influant les caractères étudiés. Au cours de cette thèse, une méthode de phénotypage pour suivre les fermentations de plusieurs centaines d’individus a été mise au point. Grâce à elle, les performances fermentaires de deux descendances génotypées par séquençage à haut débit ont été mesurées en faisant varier les conditions de fermentations. Cela a permis l’identification de nombreux QTLs et d’estimer leur impact sur la robustesse des souches. L’implication des allèles de trois gènes qui montrent une forte interaction avec l’environnement et qui possèdent des effets pléiotropiques liés au métabolisme du SO2 a été prouvée moléculairement. Les résultats obtenus font l’objet d’une discussion générale sur l’utilisation de QTLs pour la sélection de levures plus performantes.

Climate affects, among other things, species’phenology, distribution range, behavior and physiology.Climate change thus impacts each of these factors. Global warming expected by 2100 might profoundly modify biodiversity from species to ecosystems. Ectotherms, and in particular oviparous reptiles with temperature dependent sex determination, are thought to be among the most vulnerable in the face of global warming because virtually all their life history traits depend on temperature.The origin and the persistence of temperature-dependent sex determination, which could lead to heavily biased population sex ratios, is still an enigma for ecologists. Among numerous issues related to this sex determining mechanism, understanding its adaptive significance, if there is one, is crucial. At another level, does this sex determining mechanism make species more vulnerable in the context of contemporary climate change ? Several evolutionary hypotheses have been proposed and population dynamic models are available to address these issues. However, predicting primary sex ratio, i.e., the sex ratio of hatchlings, in natural conditions currently remainsa challenge. This manuscript aims to bring new methodological tools to properly predict sex ratio of aclutch depending on temperature experienced by embryosthroughout incubation. Marine turtles, almost all being threatened, are migratory species that all exhibit this sex determining mechanism. For those species, nesting phenology is also sensitive to environmental temperature.This type of phenotypic plasticity is probably the most efficient strategy to keep up with rapid climate change.This manuscript provides some elements for understanding the adaptive potential of sea turtles in the face of global warming with the example of several).; Le climat affecte entre autre la phénologie, l’aire de distribution, le comportement et la physiologie des espèces. Le changement climatique a donc des répercussions sur chacun de ces facteurs. L’augmentation globale des températures prévue d’ici 2100 pourrait profondément modifier la biodiversité de l’échelle des espèces jusqu’à celle des écosystèmes. Les ectothermes, et en particulier les reptiles ovipares à détermination du sexe sensible à la température, font partie des organismes susceptibles d’être les plus vulnérables au réchauffement du climat puisque quasiment tous leurs traits d’histoire de vie dépendent de la température. L’origine et le maintien de ce mécanisme de détermination du sexe, pouvant conduire à un sex ratio fortement biaisé à l’échelle d’une population, reste une énigme pour les écologues. Parmi les nombreuses questions soulevées par la présence de ce mécanisme de détermination du sexe, la signification adaptative, s’il y en a une, de ce mécanisme est cruciale.Ce mécanisme de détermination du sexe rend-il les espèces plus vulnérables dans le contexte actuel du changement du climat ? Plusieurs hypothèses évolutives ont été proposées et des modèles de dynamique des populations sont disponibles pour répondre à ces questions. Cependant, prédire le sex ratio primaire en conditions naturelles, c’est-à-dire le sex ratio des nouveaux nés, reste un défi majeur à l’heure actuel. Ce manuscrit vise à apporter de nouveaux outils méthodologiques afin de correctement prédire le sex ratio d’une ponte en fonction de la température ressentie par les embryons au cours de l’incubation. Les tortues marines,quasiment toutes menacées, sont des espèces migratrices présentant toute ce mécanisme de détermination du sexe.Chez ces espèces, la phénologie des pontes est aussi sensible à la température du milieu. Ce type de plasticité phénotypique est probablement la stratégie la plus efficace pour pallier à un changement rapide du climat. Ce manuscrit apporte quelques éléments de réponse quant au potentiel adaptatif des tortues marines face au réchauffement climatique avec l’exemple de plusieurs populations de tortues Caouanne (Caretta caretta).

The symbiotic sea anemone Anemonia viridis has five morphs described using morphological traits. First, the taxonomical status of three of the morphs of A. viridis (var. rufescens, rustica and smaragdina) was studied using stress gene markers and RAD markers. We revealed that the three morphs were not different species, but that A. viridis was split into four polymorphic independent genetic lineages based on geographical origin (three in the Mediterranean Sea, one in the English Channel). Using ITS2 sequence variation, we could not detect any implication of the symbiont (Symbiodinium sp) in the morph differentiation, but we revealed a divergence in symbiont composition among the geographic independent lineages of the animal host. If no effect of the symbiont was detected, a variable distribution of the ITS2 variants based on geography was revealed. Moreover, A. viridis lives in highly contrasted environments, making it an ideal species to study local adaptation. Thus, local adaptation was tested on A. viridis by comparing populations coming from contrasted environments (shallow vs. deep and lagoon vs. sea). Using RAD and stress genes markers in a search for outlier loci, we revealed no candidate adaptive genes under our environmental conditions. In conclusion, Anemonia viridis seems to be a very plastic organism, with a high intrinsic polymorphism and a high acclimation potential.; L’anémone de mer symbiotique Anemonia viridis possède cinq morphes définis à l’aide de critères morphologiques. Premièrement, le statut taxonomique de trois des morphes d’A. viridis (var. rufescens, rustica et smaragdina) a été précisé à l’aide de marqueurs moléculaires basés sur des gènes de stress et des marqueurs RAD. Nous avons pu déterminer que ces trois morphes ne formaient qu’une seule espèce et mis en évidence quatre lignées génétiques indépendantes sur base de la géographie (trois en mer Méditerranée, une dans la Manche). Par l’utilisation des variations des séquences ITS2, nous n’avons pu détecter aucune implication du symbiote (Symbiodinium sp.) dans la différenciation des morphes, mais nous avons révélé une composition en symbiotes divergente entre les lignées génétiques indépendantes de l’hôte animal. Par ailleurs, A. viridis se développe dans des environnements particulièrement contrastés, faisant d’elle un modèle d’étude idéal pour l’étude de l’adaptation locale chez les Cnidaires. Par conséquent, l’adaptation locale chez A. viridis a été testée en comparant des populations venant de sites aux conditions environnementales contrastées (surface vs. profondeur et lagune vs. mer). Une recherche de loci outliers sur des marqueurs RAD et des marqueurs de gènes de stress n’a toutefois révélé aucun gène candidat dans l’adaptation locale par rapport aux conditions environnementales testées. Ce travail a donc permis de définir A. viridis comme un organisme extrêmement plastique capable de posséder un fort polymorphisme intrinsèque et de s’acclimater à des habitats contrastés.

The symbiotic sea anemone Anemonia viridis has five morphs described using morphological traits. First, the taxonomical status of three of the morphs of A. viridis (var. rufescens, rustica and smaragdina) was studied using stress gene markers and RAD markers. We revealed that the three morphs were not different species, but that A. viridis was split into four polymorphic independent genetic lineages based on geographical origin (three in the Mediterranean Sea, one in the English Channel). Using ITS2 sequence variation, we could not detect any implication of the symbiont (Symbiodinium sp) in the morph differentiation, but we revealed a divergence in symbiont composition among the geographic independent lineages of the animal host. If no effect of the symbiont was detected, a variable distribution of the ITS2 variants based on geography was revealed. Moreover, A. viridis lives in highly contrasted environments, making it an ideal species to study local adaptation. Thus, local adaptation was tested on A. viridis by comparing populations coming from contrasted environments (shallow vs. deep and lagoon vs. sea). Using RAD and stress genes markers in a search for outlier loci, we revealed no candidate adaptive genes under our environmental conditions. In conclusion, Anemonia viridis seems to be a very plastic organism, with a high intrinsic polymorphism and a high acclimation potential.; L’anémone de mer symbiotique Anemonia viridis possède cinq morphes définis à l’aide de critères morphologiques. Premièrement, le statut taxonomique de trois des morphes d’A. viridis (var. rufescens, rustica et smaragdina) a été précisé à l’aide de marqueurs moléculaires basés sur des gènes de stress et des marqueurs RAD. Nous avons pu déterminer que ces trois morphes ne formaient qu’une seule espèce et mis en évidence quatre lignées génétiques indépendantes sur base de la géographie (trois en mer Méditerranée, une dans la Manche). Par l’utilisation des variations des séquences ITS2, nous n’avons pu détecter aucune implication du symbiote (Symbiodinium sp.) dans la différenciation des morphes, mais nous avons révélé une composition en symbiotes divergente entre les lignées génétiques indépendantes de l’hôte animal. Par ailleurs, A. viridis se développe dans des environnements particulièrement contrastés, faisant d’elle un modèle d’étude idéal pour l’étude de l’adaptation locale chez les Cnidaires. Par conséquent, l’adaptation locale chez A. viridis a été testée en comparant des populations venant de sites aux conditions environnementales contrastées (surface vs. profondeur et lagune vs. mer). Une recherche de loci outliers sur des marqueurs RAD et des marqueurs de gènes de stress n’a toutefois révélé aucun gène candidat dans l’adaptation locale par rapport aux conditions environnementales testées. Ce travail a donc permis de définir A. viridis comme un organisme extrêmement plastique capable de posséder un fort polymorphisme intrinsèque et de s’acclimater à des habitats contrastés.

Climate changes alter the phenology of organisms, i.e. the succession over time of the elements of their life-cycle. Diapause expression in insects – that is, the developmental arrest allowing survival to seasonal degradations in the biotic and abiotic environment – is particularly affected. This thesis addresses the existence of different environmental factors acting on the seasonal strategies of Aphidius aphid parasitoids. In cereal agro-systems of western France, host and parasitoid communities have changed rapidly over the past decade. Hence, some parasitoid species enter diapause at low levels due to temperature increase, decrease in frost events and the presence of their hosts during winter, which impose selection on diapause induction thresholds. Parasitoids show plastic adjustments of their response to environmental stimuli inducing diapause. They enter diapause at higher proportion if they develop in sexual morphs of aphids (which inform for upcoming limited resources) than in asexual hosts, which underlines the co-evolution of their life-cycles. Transgenerational plasticity is also involved in these responses since maternal competition induces summer diapause in their offspring. Moreover, winter diapause incidence increases after some parasitoid generations experience the same environmental conditions. Local adaptations of parasitoids to new environmental conditions lead to a loss of diapause expression – which involves ecological and physiological costs – to the benefit of adult overwintering strategies. Modifications in species activity-density within aphids-(hyper)parasitoids communities, due to changes in overwintering strategies, could affect food-webs’ stability and alter positively or negatively the efficiency of biological pest control.; Les changements climatiques altèrent la phénologie des organismes, c’est-à-dire la succession dans le temps des éléments de leur cycle de vie. L’expression de la diapause chez les insectes, soit l’arrêt de développement permettant de survivre aux dégradations saisonnières de l’environnement biotique et abiotique, est en particulier affectée. Cette thèse aborde différents facteurs environnementaux agissant sur les stratégies saisonnières des parasitoïdes de pucerons du genre Aphidius. Dans les agro-systèmes céréaliers de l’ouest de la France, les communautés d’hôtes et de parasitoïdes ont changé rapidement au cours de la dernière décennie. Ainsi, plusieurs espèces de parasitoïdes n’entrent plus qu’en faible proportion en diapause, dû à l’augmentation des températures, à la baisse du nombre de jours de gel et à la présence accrue de leurs hôtes pendant l’hiver ; ces pressions de sélection agissent sur les seuils d’entrée diapause. Les parasitoïdes présentent des ajustements plastiques de leur réponse aux stimuli environnementaux qui induisent la diapause. Ils y entrent en plus forte proportion s’ils se développent dans des morphes de pucerons sexués (annonciateurs de ressources limitées) que dans des hôtes asexués, ce qui souligne la co-évolution de leurs cycles de vie. Cette plasticité s’avère également transgénérationnelle puisque la compétition entre femelles induit la diapause estivale chez leurs descendants. De plus, l’incidence de la diapause hivernale augmente après plusieurs générations de parasitoïdes soumises aux mêmes conditions. Les adaptations locales des parasitoïdes aux nouvelles conditions environnementales mènent à la perte d’expression de la stratégie de diapause – qui comporte des coûts écologiques et physiologiques – au profit de stratégies hivernales d’activité à l’état adulte. La modification de l’activité-densité des espèces au sein des communautés de pucerons-(hyper)parasitoïdes, due aux changements de stratégie d’hivernation, pourrait bouleverser l’équilibre des réseaux trophiques et altérer positivement ou négativement l’efficacité du service écosystémique de lutte biologique.

In this study, the SMPs from four commercially important and divergent bivalve species crassostrea gigas (pacific oyster), Mya truncata (soft shell clam), Mytilus edulis (blue mussel) and Pecten maximus (king scallop) were extracted and analysed using standardized extraction protocol and proteomic pipeline. This enables us to identify critical elements of basic biomineralization tool kit for calcification process irrespective of their shell morphology, mineralogy and microstructure. In addition, it enables the identification of SMPs that are specific to calcite and aragonite mineralogies. The signifiant numbers of SMPs found species-specific were hypothesized as adaptation to their modus vivendi. In fact, the latter proteins possess immunity-related functions and fit into specific pathway, phenoloxidase, suggesting their role in defense against pathogen. The comparative study of shell proteome of mussels living in full marine condition, North Sea and the Iow saline Baltic Sea showed the modulation of the SMPs that constitute the basic biomineralization tool kit. Higher modulation of chitin related proteins and non-modulated protein such as carbonic anhydrase, EGF and fibronectin domain containing proteins points out the impaired scaffold and mineral nucleation process in Baltic mussel. The modulation of immunity related proteins denote the influence of biotic components. These investigations show the functional diversity of SMPs and their roles beyond shell formation in the bivalvesand put forth the idea that shell is dynamic, endowed with both biochemical and mechanical protection.; Le processus de biominéralisation confère aux organismes qui le développent une valeur adaptative. La coquille carbonatée des mollusques intègre les fonctions de protection biomécanique à différentes échelles. La coquille résulte de l'association de composés inorganiques et d'une matrice organique protéique, médiatrice du contrôle biologique de la minéralisation. L'analyse du protéome de la coquille chez 4 espèces de bivalves met en évidence deux patrons fonctionnels et leur degré de conservation phylogénétique : l'un lié au contrôle de la minéralisation stricto sensu ; l'autre à la protection immune. L'étude de populations vivant à l'état naturel en mer Baltique, dont les eaux présentent localement de fortes variations ioniques montre que le protéome intègre également l'impact de conditions environnementales limitantes. L'anthropocène impose un rythme adaptatif pressant aux organismes et la modification acido-basique des eaux océaniques est susceptible d'impacter sensiblement les organismes calcifiants. La signature de mécanismes adaptatifs du contrôle biologique de la biominéralisation se traduit dans le protéome de la coquille. Les implications sont particulièrement signifiantes dans un contexte d'intérêt de développement aquacole grandissant.

La régression aléatoire appliquée à l'étude de la dendroplasticité. Plasticité phénotypique, des concepts à l'analyse de données

Due to rapid climate changes, trees must exhibit phenotypic plasticity. Epigenetic mechanisms are part of current research to explain phenotypic plasticity. This thesis aimed to evaluate the role of DNA methylation in phenotypic plasticity of a perennial sequenced organism, poplar, in response to variations in soil water availability. The work, combining ecophysiology and epigenomics, focused on the shoot apical meristem, the center of morphogenesis of the leafy stem. Three major results emerge from this thesis: (i) Each hydric state is associated with a specific methylome and transcriptome, (ii) Some differentially methylated regions are conserved in time and between environmental contexts, (iii) Hypomethylated RNAi lines subjected to different contexts show a modified response. The results obtained during this thesis support a contribution of DNA methylation to phenotypic plasticity and suggest a role of epigenetic mechanisms in stress memory in trees., Face à la rapidité des changements climatiques, les arbres doivent faire preuve de plasticité phénotypique. Les mécanismes épigénétiques font partie des pistes de recherche actuelles pour expliquer la plasticité phénotypique. Cette thèse visait à évaluer le rôle de la méthylation de l’ADN dans la plasticité phénotypique d’un organisme pérenne séquencé, le peuplier, en réponse à des variations de disponibilité en eau du sol. Les travaux, combinant écophysiologie et épigénomique, se sont focalisés sur le méristème apical caulinaire, centre de la morphogenèse de la tige feuillée. Trois résultats majeurs sont issus de cette thèse : i) Chaque état hydrique est associé à un méthylome et un transcriptome spécifiques, ii) Certaines régions différentiellement méthylées sont conservées dans le temps et entre contextes environnementaux, iii) Des lignées RNAi hypométhylées soumises à différents contextes hydriques présentent une réponse modifiée. Les résultats acquis lors de cette thèse appuient une contribution de la méthylation de l’ADN à la plasticité phénotypique et suggèrent un rôle des mécanismes épigénétiques dans la mémoire d’un stress chez les arbres.

N° DU : 2814 N° d'ordre : 718; In temperate climates, climate change will result in an increase of the frequency and intensity of droughts. Among the factors influencing the species survival in fluctuating environment, trait responses plasticity seems to be a major asset. This thesis has focused on the integrated study of physiological and transcriptional responses of black poplar responding to a progressive water deficit until a severe level. For an overall analysis, plant phenotypic traits responses plasticity and, for the first time, plasticity of the leaf genes expression has been estimated. Different scales of study were taken into account: genotypes from different populations, clones of the same genotype and leaf structures (midrib versus leaf blade). A continuum of phenotypic responses to severe water deficit was identified allowing classifying the majority of the genotypes as sensitive with only one tolerant genotype, maintaining its foliar development, preserving its mature leaves and limiting hydraulic tension. The leaf blade transcriptome was deeply remodeled under severe drought (41% differentially expressed transcripts) and exhibited functions related to the modification of the membrane composition, maintenance of cellular homeostasis and detoxication. Transcripts related to intra- and extra-cellular transport and water flows (by aquaporins) were also highly regulated and associated with integrity and cellular hydration functions of the leaf blade. The transcriptome modulation was in part specific to the midrib compared to the leaf blade. The 958 specifically regulated transcripts of the midrib indicated up-regulation of genes implied in glyoxylate and carbohydrates metabolisms and down-regulation of genes involved in intra- and extra-cellular transport. In consequence, these modifications may favor sugar accumulation in the midrib and could force the sap flow and limit embolism. The estimated mean phenotypic and transcriptional plasticities were different between genotypes. The number of leaves and the leaf water potential were the two traits allowing discriminating statistically the genotypes by their plasticity. The plasticity level of some genes expression was also specific to genotypes: transcriptional plasticity was high concerning genes involved in carbon fixation and transport of secondary messengers for the genotype, which on average was the least plastic. All these results allowed concluding that the most drought-tolerant genotype possessed the lowest degrees of phenotypic and transcriptional plasticities. Conversely, the most sensitive genotypes hold high phenotypic and transcriptional plasticities. Finally, the regulation of the plasticity degree would depend on both preserved mechanisms and others acquired by the genotypes.; En climat tempéré, le changement climatique aura pour conséquence une augmentation de la fréquence et de l’intensité des sécheresses. Parmi les facteurs influençant la survie des espèces à cet environnement fluctuant, la plasticité d’ajustement des traits de réponse semble constituer un atout majeur. Ce travail de thèse a étudié de façon intégrée la réponse physiologique et transcriptionnelle du peuplier noir à une carence hydrique progressive jusqu’à un niveau sévère. Dans le cadre d’une analyse globale, la plasticité des traits de réponse physiologiques de la plante et, pour la première fois, celle de l’expression des gènes foliaires a été estimée. Différentes échelles d’étude ont été prise en compte : les génotypes issus de populations différentes, les clones d’un même génotype et les structures de la feuille (nervure principale versus limbe). Un continuum de réponses phénotypiques au déficit hydrique sévère a été identifié permettant de classer la majorité des génotypes étudiés comme évitants avec un seul génotype tolérant, maintenant son développement foliaire, conservant ses feuilles matures et limitant la tension hydrique. Le transcriptome du limbe était profondément remodelé en réponse au déficit hydrique maximal (41% des transcrits différentiellement exprimés) et présentait des fonctions en lien avec la modification de la composition membranaire, le maintien de l’homéostasie cellulaire et la détoxication. L’expression des gènes liés au transport intra- et extra-cellulaire et aux flux d’eau (par les aquaporines) était également fortement régulée. Ces gènes étaient associés aux fonctions de maintien de l’intégrité et de l’hydratation cellulaire du limbe. La modulation du transcriptome était partiellement spécifique de la nervure principale par rapport au limbe. Les 958 transcrits spécifiquement régulés de la nervure principale indiquaient une sur-expression des gènes liés aux métabolismes du glyoxylate et des carbohydrates, et une sous-expression des gènes liés au transport intra- et extra-cellulaire. Ceci pourrait favoriser une accumulation de sucres dans la nervure principale, ce qui permettrait de maintenir les flux de sève et de limiter l’embolie. Les plasticités phénotypiques et transcriptionnelles moyennes calculées étaient différentes entre génotypes. Le nombre de feuilles et le potentiel hydrique foliaire étaient les deux traits permettant de discriminer statistiquement les génotypes par leur plasticité. Le niveau de plasticité de certains transcrits était également spécifique des génotypes : la plasticité transcriptionnelle était forte pour les gènes impliqués dans la fixation du carbone et le transport des messagers secondaires pour le génotype, qui en moyenne, était le moins plastique. L’ensemble de ces résultats permettent de conclure que le génotype le plus tolérant à la sécheresse possédait les plus faibles degrés de plasticités phénotypiques et transcriptionnelles. A l’inverse, les génotypes les plus sensibles détenaient des plasticités phénotypiques et transcriptionnelles plus fortes. Enfin, la régulation du degré de plasticité dépendrait à la fois de mécanismes conservés et d’autres acquis par les génotypes.

Role of phenotypic plasticity in the expression of hybrid larch heterosis - a case study using random regression modeling. 13. Annual University of Michigan Early Career Scientists Symposium - Ecology and evolutionary biology of phenotypic plasticity

Epigenetic marks include Histone Post-Translational Modifications and DNA methylation which are known to participate in the programming of gene expression in plants and animals. These epigenetic marks may be subjected to dynamic changes in response to endogenous and/or external stimuli and can have an impact on phenotypic plasticity. Studying how plant genomes can be epigenetically shaped under stressed conditions has become an essential issue in order to better understand the molecular mechanisms underlying plant stress responses and enabling epigenetic in addition to genetic factors to be considered when breeding crop plants. In this perspective, we discuss the contribution of epigenetic mechanisms to our understanding of plant responses to biotic and abiotic stresses. This regulation of gene expression in response to environment raises important biological questions for perennial species such as grapevine which is asexually propagated and grown worldwide in contrasting terroirs and environmental conditions. However, most species used for epigenomic studies are annual herbaceous plants, and epigenome dynamics has been poorly investigated in perennial woody plants, including grapevine. In this context, we propose grape as an essential model for epigenetic and epigenomic studies in perennial woody plants of agricultural importance.

Cancer research produced many paradoxical results in recent years. The reductionist approach now shows its limits. Considering the origin of the disease at the tissue level and increased stochastic gene expression (SGE) as a driving force, while admitting a role for genetic alterations in cancer progression, might solve these contradictions. Undifferentiated cells are characterized by open and accessible chromatin generating global and highly SGE (high expression noise) which is a hallmark of pluripotency, while differentiation is associated with progressive chromatin closing and decreased noise. Cell-cell interactions stabilize phenotypes and homogenize expression patterns from cell-to-cell during development and differentiation, while disruption of these interactions is responsible for increased expression noise that might be the causal event in cancer by producing phenotypic plasticity. It would produce cancer stem cells defined as cells exhibiting increased SGE that are no more controlled by the microenvironment. Following tissue disruption, differentiation and/or quiescence would no longer be maintained because of SGE. Genetic and epigenetic instabilities would necessary appear, increasing the risk of malignant transformation. The classical perspective is reversed: disruption of the tissue equilibrium is the initiator event, and genetic alterations are tumor "promoters." The major role of genetic modifications in cancer progression is not denied, but microenvironmental and epigenetic alterations would precede the emergence of cancer. If mutagenic exposure, cancer predisposition or spontaneous mutations have already produced genetic alterations, precancerous cells would become more aggressive more rapidly, increasing the probability that a tumor forms, but only if the correct microenvironment is not maintained.

The molecular mechanisms that allow generalist parasitoids to exploit many, often very distinct hosts are practically unknown. The waspAphidius ervi,a generalist koinobiont parasitoid of aphids, was introduced from Europe into Chile in the late 1970s to control agriculturally important aphid species. A recent study showed significant differences in host preference and host acceptance (infectivity) depending on the hostA. erviwere reared on. In contrast, no genetic differentiation betweenA. ervipopulations parasitizing different aphid species and aphids of the same species reared on different host plants was found in Chile. Additionally, the same study did not find any fitness effects inA. erviif offspring were reared on a different host as their mothers. Here, we determined the effect of aphid host species (Sitobion avenaeversusAcyrthosiphon pisumreared on two different host plants alfalfa and pea) on the transcriptome of adultA. ervifemales. We found a large number of differentially expressed genes (between host species: head: 2,765; body: 1,216; within the same aphid host species reared on different host plants: alfalfa versus pea: head 593; body 222). As expected, the transcriptomes from parasitoids reared on the same host species (pea aphid) but originating from different host plants (pea versus alfalfa) were more similar to each other than the transcriptomes of parasitoids reared on a different aphid host and host plant (head: 648 and 1,524 transcripts; body: 566 and 428 transcripts). We found several differentially expressed odorant binding proteins and olfactory receptor proteins in particular, when we compared parasitoids from different host species. Additionally, we found differentially expressed genes involved in neuronal growth and development as well as signaling pathways. These results point towards a significant rewiring of the transcriptome ofA. ervidepending on aphid-plant complex where parasitoids develop, even if different biotypes of a certain aphid host species (A. pisum) are reared on the same host plant. This difference seems to persist even after the different wasp populations were reared on the same aphid host in the laboratory for more than 50 generations. This indicates that either the imprinting process is very persistent or there is enough genetic/allelic variation betweenA. ervipopulations. The role of distinct molecular mechanisms is discussed in terms of the formation of host fidelity.

Epigenetic variations are involved in the control of plant developmental processes and participate in shaping phenotypic plasticity to the environment. Intense breeding has eroded genetic diversity, and epigenetic diversity now emerge as a new source of phenotypic variations to improve adaptation to changing environments and ensure the yield and quality of crops. Here, we review how the characterization of the stability and heritability of epigenetic variations is required to drive breeding strategies, which can be assisted by process-based models. We propose future directions to hasten the elucidation of complex epigenetic regulatory networks that should help crop modelers to take epigenetic modifications into account and assist breeding strategies for specific agronomical traits.

Tree height-diameter allometry, the link between tree height and trunk diameter, reflects the evolutionary response of a particular species’ allocation patterns to above and belowground resources. As a result, it differs among and within species due to both local adaptation and phenotypic plasticity. These phenotypic variations in tree height-diameter allometry determine tree productivity, resistance and resilience to climate variation and, ultimately, the success of plant material used in restoration projects. We tested the effect of climate change and population origin on the phenotypic variation of tree allometry in four pine species at an early stage of development (ca. 11 years old) based upon data originated from multi-site provenance tests and planted along a wide climatic range in south-western Europe. For a representative sample of populations from each species, we used already-developed species-specific height-diameter allometric models to assess changes in allometry between present and future climatic conditions. We found that Pinus halepensis and Pinus pinaster were the most plastic species, while Pinus sylvestris and Pinus nigra showed negligible plastic responses. In addition, our models stressed that pine tree height-diameter allometry will change and phenotypic variation could increase, except in P. sylvestris, under future environmental conditions. For some of the species, this might allow the selection of phenotypes better suited to novel climatic conditions. These foreseeable changes in tree height-diameter allometry (among and within-species) could entail eco-evolutionary effects on the early forest plantation dynamics. Therefore, restoration and reforestation plans should consider these effects, as they may interfere with production and/or environmental goals. © 2016, Springer Science+Business Media Dordrecht.