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In the context of the need to reduce the dependence of agricultural systems on the use of plant protection products, the identification of factors affecting the capacity of farmers to reduce the use of pesticides is a central issue. It has now been shown that, in certain production contexts, this reduction is possible without economic loss for the farms, by modifying the cropping systems. It can be hypothesised that this capacity to reduce pesticides will depend on local pest pressure, which is itself potentially affected by the regional and local landscape context of cropping systems. In this thesis, we quantified the effects of landscape context on pest pressure and pesticide use levels in field crops, at different scales and spatial resolutions, by mobilising two national databases, AgroSyst, which describes the cropping systems implemented on the 2000 farms of the national DEPHY-Ferme network, and Epiphyt, which gathers data from the national pest monitoring network and cartographic databases to characterise the agricultural and landscape context of the pest observation points and cropping systems of the DEPHY-Ferme network. . In the first chapter, we quantified at the national level the inter-regional variability of biotic pressures observed in 2018 in 181 small agricultural regions. This variability is explained by meteorological differences between regions but also by the major agricultural and landscape characteristics of each small agricultural region, with pressures inversely related to the proportion of grassland in the region. In the second chapter, we analysed the effects of regional pressure and landscape characteristics of the commune on the level of insecticides in different types of cropping systems. We show that insecticide use increases with regional pest pressure but decreases with increasing heterogeneity of the surrounding landscape. This landscape effect fades when pest pressure is high and differs according to the type of cropping system studied. The third chapter asks the same question in the specific case of insecticide use in oilseed rape, by integrating the effect of agricultural practices into the analysis. The results confirm the fact that insecticide use decreases when landscape heterogeneity increases but the effect of regional pest pressure is no longer detected. In addition, a higher insecticide use in oilseed rape was observed in cropping systems with tillage. The results obtained in this thesis support the hypothesis that the regional and/or local landscape context affects pest pressure and insecticide use levels. It therefore seems important to integrate these territorial levers in the strategies implemented to reduce pesticide dependency., Dans le contexte d’une nécessaire réduction de la dépendance des systèmes agricoles à l’utilisation de produits phytosanitaires, l’identification des facteurs affectant la capacité des exploitants à réduire l’utilisation de pesticides est un enjeu central. Il est aujourd’hui démontré que, dans certains contextes de production, cette réduction est possible sans perte économique pour les exploitations, en modifiant les systèmes de culture. On peut faire l’hypothèse que cette capacité à réduire les pesticides va dépendre de la pression locale en bioagresseurs, elle-même étant potentiellement affectée par le contexte paysager régional et local des systèmes de cultures. Dans cette thèse, nous avons quantifié des effets du contexte paysager sur la pression en ravageurs et sur les niveaux d’utilisation de pesticides en grandes cultures, à différentes échelles et résolutions spatiales, en mobilisant deux bases de données nationales, AgroSyst qui décrit les systèmes de cultures mis en place sur les 2000 fermes du réseau national DEPHY-Ferme, et Epiphyt, qui rassemble les données du réseau national de surveillance des bioagresseurs et de bases de données cartographiques pour caractériser le contexte agricole et paysager des points d’observation des bioagresseurs et des systèmes de culture du réseau DEPHY-Ferme.. Dans le premier chapitre, nous avons quantifié à l’échelle nationale la variabilité inter-régionale des pressions biotiques observées en 2018 dans 181 petites régions agricoles. Cette variabilité s’explique par des différences météorologiques entre régions mais aussi par les grandes caractéristiques agricoles et paysagères de chaque petite région agricole, avec des pressions inversement liées à la proportion de prairies dans la région. Dans le second chapitre, nous avons analysé les effets de la pression régionale et des caractéristiques du paysage de la commune sur le niveau d’insecticides dans différents types de système de culture. Nous montrons que l’usage d’insecticides augmente avec la pression régionale de bioagresseurs mais décroit quand l’hétérogénéité du paysage environnant augmente. Cet effet paysager s’estompe quand la pression en bioagresseurs est élevée et il diffère en fonction du type de système de culture étudié. Le troisième chapitre pose la même question dans le cas précis de l’utilisation d’insecticide en colza, en intégrant l’effet de pratiques agricoles dans l’analyse. Les résultats confortent le fait que l’utilisation d’insecticides décroit quand l’hétérogénéité du paysage augmente mais l’effet de la pression régionale en bioagresseurs n’est plus détecté. De plus, on note une utilisation plus importante d’insecticides en colza dans les systèmes de cultures avec un travail du sol. Les résultats acquis dans cette thèse confortent ainsi l’hypothèse que le contexte paysager régional et/ou local affecte la pression en ravageurs et les niveaux d’utilisation d’insecticides. Il semble donc important d’intégrer ces leviers territoriaux dans les stratégies mises en place pour réduire la dépendance aux pesticides.

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At the beginning of the 21 st century, agriculture must change its paradigm. It is reasonable that it limits, or even in the longer term, abandons the use of artificial pesticides but also that it adapts to global warming. These pesticides have made it possible to produce food products efficiently and in quantity, but at the cost of impacts on health and the environment Agroecology, among others, by promoting favorable natural interactions in the rhizosphere, offers interesting perspectives for changing the type of agriculture. Strigolactones, the latest class of phytohormones to be discovered, are also chemical mediators in the rhizosphere. They are particularly interesting molecules to study in this context. Striga, Phelipanche and Orobanche parasitic plants cause significant yield losses in Africa and in the Mediterranean basin. SLs activate the seed germination mechanisms of these parasitic plants. Targeting their receptors is therefore essential to control these parasites., Dans ce début de XXIe siècle, l’agriculture doit changer de paradigme. Il est raisonnable qu’elle limite, voire à plus long terme, abandonne l’usage des pesticides artificiels mais aussi qu’elle s’adapte au réchauffement climatique. Ces pesticides ont permis de produire efficacement et en quantité les produits alimentaires mais au prix d’impacts sur la santé et l’environnement. L’agroécologie, entre autres, en favorisant les interactions naturelles favorables dans la rhizosphère, offre des perspectives intéressantes pour changer de type d’agriculture. Les strigolactones (SL), dernière classe d’hormone végétale à avoir été découverte, sont aussi des médiateurs chimiques dans la rhizosphère. Ce sont des molécules particulièrement intéressantes à étudier dans ce contexte. Les plantes parasites de type Striga, Phelipanche et Orobanche provoquent des pertes importantes de rendement en Afrique et dans le bassin méditerranéen. Les SL activent les mécanismes de germination des graines de ces plantes parasites. Le ciblage de leurs récepteurs est donc primordial pour lutter contre ces parasites.

In eukaryotes, general mRNA decay requires the decapping complex. The activity of this complex depends on its catalytic subunit, DECAPPING2 (DCP2), and its interaction with decapping enhancers, including its main partner DECAPPING1 (DCP1). Here, we report that in Arabidopsis thaliana, DCP1 also interacts with a NYN domain endoribonuclease, hence named DCP1-ASSOCIATED NYN ENDORIBONUCLEASE 1 (DNE1). Interestingly, we found DNE1 predominantly associated with DCP1, but not with DCP2, and reciprocally, suggesting the existence of two distinct protein complexes. We also showed that the catalytic residues of DNE1 are required to repress the expression of mRNAs in planta upon transient expression. The overexpression of DNE1 in transgenic lines led to growth defects and a similar gene deregulation signature than inactivation of the decapping complex. Finally, the combination of dne1 and dcp2 mutations revealed a functional redundancy between DNE1 and DCP2 in controlling phyllotactic pattern formation. Our work identifies DNE1, a hitherto unknown DCP1 protein partner highly conserved in the plant kingdom and identifies its importance for developmental robustness.

International audience; Axillary bud outgrowth is a major process allowing the plant to adapt its architecture to environmental constraints. Indeed, the dormant buds formed at each leaf axil contain meristems, which depending on the environment, remain quiescent or resume activity leading to bud outgrowth and the development of a new axis [1]. Studies on apical dominance, i.e. the inhibition of buds by the growing apical zone, have highlighted the opposite roles of auxin and sugar, which is involved in a signaling and trophic regulation of bud activity [2-4]. However, understanding the interaction between the environment and the mechanisms of apical dominance is a major issue [3]. Our study tests the long-standing hypothesis that sugar availability is involved in the mediation of light effect on bud outgrowth at plant-level. We combined experimental studies and computer simulations, using rose as a plant model. First, using buds grown in vitro, high sugar availability was demonstrated to reduce auxin repressing effect on bud outgrowth, indicating that it could reduce the auxin-related apical dominance in planta. Sugar effect was highlighted to be due to a repression of a pathway downstream of auxin by testing different possible scenarios in a model [5]. Then, we demonstrated the ability of sugar availability to modulate bud outgrowth rate and to explain, at least partly, light effect in planta. Plants were grown under comfort light conditions, or under permanent or temporary light limitation. Physiological and morphological analyses showed a positive relationship between bud outgrowth rate and sugar contents in stems. Moreover, the exogenous supply of sugar stimulated bud outgrowth under unfavorable light conditions. Calculating photosynthesis and carbohydrate (C) demand highlighted that, compared to high light, continuous and temporary low light altered sugar contents through a predominant effect on photosynthesis and on C demand, respectively. These results highlight that light, by controlling C sources and sinks, modulates the availability of sugar for buds and thus the repressive effect of auxin on axillary bud activity. They pave the way for a better consideration of the mechanisms controlling the control of lateral meristems in plant models.

International audience; Diazotrophic bacteria isolated from the rhizosphere of a wild wheat ancestor, grown from its refuge area in the Fertile Crescent, were found to be efficient Plant Growth-Promoting Rhizobacteria (PGPR), upon interaction with an elite wheat cultivar. In nitrogen-starved plants, they increased the amount of nitrogen in the seed crop (per plant) by about twofold. A bacterial growth medium was developed to investigate the effects of bacterial exudates on root development in the elite cultivar, and to analyze the exo-metabolomes and exo-proteomes. Altered root development was observed, with distinct responses depending on the strain, for instance, with respect to root hair development. A first conclusion from these results is that the ability of wheat to establish effective beneficial interactions with PGPRs does not appear to have undergone systematic deep reprogramming during domestication. Exo-metabolome analysis revealed a complex set of secondary metabolites, including nutrient ion chelators, cyclopeptides that could act as phytohormone mimetics, and quorum sensing molecules having inter-kingdom signaling properties. The exo-proteome-comprised strain-specific enzymes, and structural proteins belonging to outer-membrane vesicles, are likely to sequester metabolites in their lumen. Thus, the methodological processes we have developed to collect and analyze bacterial exudates have revealed that PGPRs constitutively exude a highly complex set of metabolites; this is likely to allow numerous mechanisms to simultaneously contribute to plant growth promotion, and thereby to also broaden the spectra of plant genotypes (species and accessions/cultivars) with which beneficial interactions can occur.

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Ensuring balanced distribution of chromosomes in gametes, meiotic recombination is essential for fertility in most sexually reproducing organisms. The repair of the programmed DNA double strand breaks that initiate meiotic recombination requires two DNA strand-exchange proteins, RAD51 and DMC1, to search for and invade an intact DNA molecule on the homologous chromosome. DMC1 is meiosis-specific, while RAD51 is essential for both mitotic and meiotic homologous recombination. DMC1 is the main catalytically active strand-exchange protein during meiosis, while this activity of RAD51 is downregulated. RAD51 is however an essential cofactor in meiosis, supporting the function of DMC1. This work presents a study of the mechanism(s) involved in this and our results point to DMC1 being, at least, a major actor in the meiotic suppression of the RAD51 strand-exchange activity in plants. Ectopic expression of DMC1 in somatic cells renders plants hypersensitive to DNA damage and specifically impairs RAD51-dependent homologous recombination. DNA damage-induced RAD51 focus formation in somatic cells is not however suppressed by ectopic expression of DMC1. Interestingly, DMC1 also forms damage-induced foci in these cells and we further show that the ability of DMC1 to prevent RAD51-mediated recombination is associated with local assembly of DMC1 at DNA breaks. In support of our hypothesis, expression of a dominant negative DMC1 protein in meiosis impairs RAD51-mediated DSB repair. We propose that DMC1 acts to prevent RAD51-mediated recombination in Arabidopsis and that this down-regulation requires local assembly of DMC1 nucleofilaments.Author SummaryEssential for fertility and responsible for a major part of genetic variation in sexually reproducing species, meiotic recombination establishes the physical linkages between homologous chromosomes which ensure their balanced segregation in the production of gametes. These linkages, or chiasmata, result from DNA strand exchange catalyzed by the RAD51 and DMC1 recombinases and their numbers and distribution are tightly regulated. Essential for maintaining chromosomal integrity in mitotic cells, the strand-exchange activity of RAD51 is downregulated in meiosis, where it plays a supporting role to the activity of DMC1. Notwithstanding considerable attention from the genetics community, precisely why this is done and the mechanisms involved are far from being fully understood. We show here in the plant Arabidopsis that DMC1 can downregulate RAD51 strand-exchange activity and propose that this may be a general mechanism for suppression of RAD51-mediated recombination in meiosis.

International audience; Frost hardiness is the main factor affecting plant species distribution at high latitudes and altitudes. The main effects of freeze-thaw cycles on trees are damages to living cells, as well as the formation of gas embolism in xylem vessels. Frost effect on trees is also quantified through changes in branch diameter.In order to resorb embolism, some species (walnut, maple, birch, etc.) exhibit an increase in xylem sap pressure during successive freeze-thaw cycles. The modelling of such phenomenon is very challenging due to its multi-physics and multi-scale nature. In this work, we present a numerical model coupling heat transfer, phase change, water and osmotic fluxes, taking into consideration different cell types within walnut branch tissues. We show how diameter and pressure variations are inter-related, and we validate the model against experimental results from the literature. We eventually show how this work can be adapted in order to explore inter-species differences.

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Given their well-known antifungal abilities, species of the genus Trichoderma are of significant interest in modern agriculture. Recent studies have shown that Trichoderma species can induce plant resistance against different phytopathogens. To further extend this line of investigation, we investigate herein the transcriptomic response of grapevine trunk to Vintec®, which is a Trichoderma atroviride SC1-based commercial formulation for biological control of grapevine trunk diseases and which reduces wood colonization. The aim of the study is to understand whether the biocontrol agent Vintec® modifies the trunk response to Phaeoacremonium minimum and Phaeomoniella chlamydospora, which are two esca-associated fungal pathogens. An analysis of transcriptional regulation identifies clusters of co-regulated genes whose transcriptomic reprogramming in response to infection depends on the absence or presence of Vintec®. On one hand, the results show that Vintec® differentially modulates the expression of putative genes involved in hormonal signaling, especially those involved in auxin signaling. On the other hand, most significant gene expression modifications occur among secondary-metabolism-related genes, especially regarding phenylpropanoid metabolism and stilbene biosynthesis. Taken together, these results suggest that the biocontrol agent Vintec® induces wood responses that counteract disease development.

Phytoremediation is an ecological method based on the use of tolerant and (hyper)accumulator plants to rehabilitate sites polluted by heavy metals. For a better use of these plants, a deep understanding of the mechanisms that control metal tolerance and accumulation is needed. The Brassicaceae Hirschfeldia incana grows naturally in contaminated sites. Under these conditions, it exhibits significant biomass and a high capacity for lead tolerance and accumulation (1; 2). To optimize its use in Pb phytoremediation processes, we analyzed the variation of metabolomic profile by GC-MS in H.incana plants treated with Pb for 3 and 15 days. The metabolomic analysis of the organic fraction of H.incana’s aerial part showed an increase in the concentration of organic acids since the first days of treatment and a decrease in the concentration of membrane lipids and steroids, thus revealing signs of toxicity in form of lipid peroxidation. On the other hand, after 15 days of treatment, an increase in the total concentration of lipids and steroids was reported, indicating a sort of adaptation of H.incana to Pb stress. A comparison of enzyme activities and MDA content between Pb-treated and untreated plants showed a decrease in peroxidase activity and a slight increase in catalase activity after 15 days of treatment. MDA content decreased after 3 days of treatment and then increased after 15 days of treatment. Our results suggest that the plant compensates lipid peroxidation by activating other lipid biosynthetic pathways which explain the augmentation of lipid amount in 15 days treated plants., La phytoremédiation est une méthode écologique basée sur l’utilisation des plantes tolérantes et (hyper)accumulatrices pour la réhabilitation des sites miniers pollués par les métaux lourds. Pour une meilleure utilisation de ces plantes, une connaissance approfondie des mécanismes qui contrôlent la tolérance et l’accumulation des métaux demeure nécessaire. La Brassicacée Hirschfeldia incana pousse naturellement dans les sites contaminés. Dans ces conditions, elle présente une biomasse importante et une forte capacité de tolérance et d’accumulation du plomb (1, 2). Afin d’optimiser son utilisation dans des procédés de phytoremédiation du plomb, nous avons analysé les variations du profil métabolomique par GC-MS des plantes d’H.incana traitées par le Pb pendant 3 et 15 jours. L’analyse métabolomique de la fraction organique de la partie aérienne d’H.incana a montré une augmentation de la concentration des acides organiques dès le début du traitement et une diminution de la concentration des lipides membranaires et des stéroïdes révélant ainsi des signes de toxicité. En revanche, la concentration des lipides et des stéroïdes a augmenté après 15 jours du traitement. Une comparaison des activités enzymatiques et de la teneur en MDA entre des plantes traitées et non traitées a montré une diminution de l’activité de peroxydase et une augmentation de l’activité de catalase après 15 jours du traitement. La teneur en MDA a diminué chez les plantes traitées pendant 3 jours et a augmenté après 15 jours du traitement. Ces résultats suggèrent que probablement la plante compense la dégradation des lipides par activation d’autres voies de biosynthèses des lipides.

International audience; Nature reviews | Molecular cell Biology H1 hinders access of DNA methyltransferases to heterochromatin and … DDM1 overcomes this physical barrier

In angiosperms, dark-grown seedlings are etiolated and non photosynthetic, containing only etioplasts. Upon light exposure, the photoreceptor phytochrome B (PHYB) is activated and eventually triggers in the nucleus photomorphogenesis that ends up with chloroplast biogenesis. At the molecular level, the transition from etioplast to chloroplast is accompanied by the reorganization of the plastid-encoded RNA polymerase (PEP) that interacts with twelve nuclear-encoded PEP-Associated Proteins (PAPs). Mutations in any PAP genes lead to chloroplasts deficiency: the plants remain albino and dye rapidly unless supplemented with a carbon source. PAP8 has a functional Nuclear Localization Signal (NLS), and is thus bi-localized both in chloroplasts and the nucleus. Moreover, PHYB signaling pathway is altered in pap8-1. First data from uncoupled localization of PAP8 show that the presence of PAP8 in the nucleus is necessary for the timing of chloroplast biogenesis during plant development. We therefore hypothesize that PAP8 may coordinate chloroplast biogenesis during plant development through a retrograde movement from plastid to nucleus. To investigate the question, we do complementation test with KOs plants with two mono-localized versions of PAP8, that are thus unable to shuffle between both organelles. The possible associated defects in the nucleus will be assessed by epi-fluorescence of PHYB-GFP tagged proteins and by the expression of photomorphogenetic genes in various mutants of PAP8....................................................................................................................................................................................................................................................................., Chez les Angiospermes, les plantes germées à l'obscurité sont étiolées et non photosynthétiques. Une fois mises à la lumière, le photorécepteur phytochrome B (PHYB) s'active et enclenche dans le noyau le programme de développement à la lumière - la photomophogenèse, qui conduit à la biogenèse des chloroplastes depuis des étioplastes accumulés à l'obscurité. A l'échelle moléculaire, cette transition est accompagnée par la réorganisation de la PEP (Plastid-Encoded-RNA-Polymerase) qui interagit alors avec douze PAPs (PEP-Associated-Proteins), codées dans le noyau. Quand l'une de ces PAPs est mutée, les chloroplastes ne se forment pas et les plantules présentent un syndrome d'albinisme sévère. PAP8 possède un signal de localisation nucléaire fonctionnel lui permettant d’être localisée à la fois dans le noyau et dans le chloroplaste. De plus, chez le mutant pap8-1, la voie de signalisation PHYB est altérée. Aussi, les travaux de découplage de la localisation de PAP8 montrent que l’absence de PAP8 dans le noyau aboutit à un retard de verdissement et de développement de la plante. Nous émettons donc l'hypothèse que PAP8 pourrait coordonner le verdissement de la plante lors de la photomorphogenèse dans un mouvement rétrograde. Pour répondre à cette question, nous complémenterons un mutant pap8-1 avec deux versions mono-localisées de PAP8, et donc incapables de faire la navette entre ces deux organelles. Les possibles défauts associés dans le noyau concernant la photomorphogenèse seront observés par épifluorescence de protéines étiquetées PHYB-GFP, ainsi que par l'expression des gènes photomorphogénétiques chez nos différents mutants de PAP8.....................................................................................................................................................................................................................................................................

International audience; Here we describe Bulbophyllum mascarenense sp. nov., a new endemic species from the Mascarenes, and assess its conservation status. This taxon has previously been confused with B. nutans var. nutans and has also been erroneously identified in the Mascarenes as B. minutum auct. non Thouars, the latter a Malagasy endemic. Bulbophyllum mascarenense is known from tropical humid native vegetation between 400 and 1200 m elevation, being abundant on the island of Réunion, but less so on Mauritius. Using the Red List Categories and Criteria of the International Union for Conservation of Nature, this new species should be considered as “Least Concern”.

We present a simple and generic model, based on mechanistic hypotheses, to represent the longitudinal variations of the diameter of individual roots and the associated diversity of growth patterns., In a given root system, individual roots usually exhibit a rather homogeneous tip structure although highly different diameters and growth patterns, and this diversity is of prime importance in the definition of the whole root system architecture and foraging characteristics. In order to represent and predict this diversity, we built a simple and generic model at root tip level combining structural and functional knowledge on root elongation. The tip diameter, reflecting meristem size, is used as a driving variable of elongation. It varies, in response to the fluctuations of photo-assimilate availability, between two limits (minimal and maximal diameter). The elongation rate is assumed to be dependent on the transient value of the diameter. Elongation stops when the tip reaches the minimal diameter. The model could satisfactorily reproduce patterns of root elongation and tip diameter changes observed in various species at different scales. Although continuous, the model could generate divergent root classes as classically observed within populations of lateral roots. This model should help interpret the large plasticity of root elongation patterns which can be obtained in response to different combinations of endogenous and exogenous factors. The parameters could be used in phenotyping the root system.

International audience; No abstract available

International audience; Influence des conditions climatiques sur la qualité des fruits. Des modèles pour anticiper l’effet des conditions climatiques sur la qualité du fruit. Des modèles de simulation des interactions « génotype × environnement × mode cultural ». Comment maintenir la qualité des productions fruitières avec le changement climatique ? Approfondir les connaissances sur la qualité des fruits et améliorer les modèles.

Vegetal proteins are of high interest for their many positive aspects, but their ‘beany’ off-flavor is still limiting the consumer’s acceptance. The aim of this work was to investigate the conservation of pea protein isolate (PPI) during time and especially the evolution of their organoleptic quality under two storage conditions. The evolution of the volatile compounds, the odor and the color of a PPI has been investigated during one year of storage. PPI was exposed to two treatments mimicking a lack of control of storage conditions: treatment A with light exposition at ambient temperature (A—Light 20 °C) and treatment B in the dark but with a higher temperature (B—Dark 30 °C). For each sampling time (0, 3, 6, 9, 12 months), the volatile compounds were determined using HS-SPME-GC-MS, the odor using direct sniffing, and the color using the measurement of L*, a*, b* parameters. Treatment A was the most deteriorating and led to a strong increase in the total volatile compounds amount, an odor deterioration, and a color change. Furthermore, a tentative correlation between instrumental data on volatile compounds and the perceived odor was proposed. By the representation of volatile compounds sorted by their sensory descriptor, it could be possible to predict an odor change with analytical data.

Bacterial wilt (BW), caused by the bacteria Ralstonia solanacearum species complex (RSSC), is considered as one of the most devastating diseases on solanaceous crops in Madagascar and the South-West Indian Ocean (SOOI) composed of La Réunion, Mauritius, Rodrigues, Seychelles, Comoros, and Mayotte. To manage BW, it is essential to analyze the epidemiological situation of RSSC in Madagascar and the South-West Indian Ocean (SWIO). Firstly, we developed a genotyping scheme specific to phylotype I strains. Then, we analyzed the diversity and genetic structure of the Malagasy strains. The epidemiological pattern of RSSC in Madagascar is contrasted to that observed in the SWIO (high prevalence of phylotype I sequevar 31). Indeed, only two strains of this genetic lineage have been identified while phylotype I sequevar 18 represented the vast majority of the Malagasy samples. This surprising result prompted us to explore the influence of bacteriocin, an antimicrobial substance, in the prevalence of I-18 in Madagascar and I-31 in the SWIO. We also studied the bacteriocin activity of various RSSC strains. Sequevars I-18 and I-31 produce bacteriocins active against a broad spectrum of strains encountered in Madagascar and the SWIO. In addition, I-18 Malagasy strains produce bacteriocins highly active against sequevar I-31. Nevertheless, the results obtained do not fully explain the epidemiology of RSSC in the region and other mechanisms and factors should be explored. Another major result of this thesis was the identification of two strains belonging to IIA-36 that produce bacteriocins highly active against the vast majority of strains tested. In view of the need to control this devastating plant pathogen, which is considered as the second most damaging phytobacteria in the world and due to the lack of effective control methods, a biocontrol strategy based on bacteriocins merits to be explored., Le flétrissement bactérien, causé par les bactéries du complexe d'espèces Ralstonia solanacearum (ceRs), est considéré comme l'une des maladies les plus dévastatrices sur les cultures de solanacées à Madagascar et dans le Sud-ouest de l'océan indien (SOOI) composé de La Réunion, Maurice, Rodrigues, Seychelles, Comores, Mayotte. Afin de lutter contre cette maladie et pour gérer les épidémies rencontrées dans la zone, une mise en lumière et la compréhension de la situation épidémiologique du ceRs à Madagascar et dans le Sud-ouest de l'océan indien (SOOI) s'avèrent nécessaires. Notre première démarche a alors été de mettre au point un schéma de génotypage spécifique aux souches du phylotype I. Ensuite, nous avons analysé la diversité et la structure génétique du ceRs malgache. La situation épidémiologique observée à Madagascar est contrastée de celle observée dans le SOOI où l'on rencontre une forte prévalence du phylotype I sequevar 31. En effet, seules deux souches de celui-ci y ont été identifiées tandis que le phylotype I sequevar 18 représentait la grande majorité des échantillons malgaches typés. Ce résultat étonnant nous a poussé à explorer en particulier l'influence de la bactériocine, une substance antimicrobienne, dans la prévalence des deux lignées génétiques à Madagascar - SOOI et en général à étudier la capacité de production de bactériocine des souches du ceRs. Les sequevars I-18 et I-31 produisent de la bactériocine active contre un large spectre de souches rencontrées à Madagascar et dans le SOOI. De plus, les souches du sequevar I-18 malgaches produisent des bactériocines très actives contre les souches du sequevar I-31. Néanmoins, les résultats obtenus ne permettent pas d'expliquer entièrement les situations épidémiologiques observées dans la région et d'autres pistes devront encore être explorées. Un autre résultat majeur de cette thèse a été l'identification de deux souches appartenant à la lignée génétique IIA-36 qui produisent des bactériocines fortement actives contre la très grande majorité de souches testées. Vu l'importance économique des pertes causées par le ceRs qui est considéré comme étant la deuxième phytobactériose la plus nuisible au monde et le manque de moyen de lutte efficace contre cette bactérie, une stratégie de biocontrôle via les bactériocines mérite d'être explorée.

International audience; Due to the consequences of human activities, maintaining biodiversity has recently become a major concern, especially among western countries. Maintaining biodiversity means protecting natural habitats, but also facilitating biodiversity circulation since human activities impede biodiversity circulation in fragmented habitats (Foley et al., 2005; Newbold et al., 2015). Habitat restoration is one of the major responses put forward to mitigate the ongoing biodiversity crisis, but is also presented as a means to alleviate the growing climatic stresses caused by climate change. Concerning plant communities, restoration can be achieved through two mediums : soil seedbank and seed dispersal.Agroecosystems are interesting zones for restoration projects because they represent an major land use which grows every year, and because they are often surrounding or in contact to natural habitats. Increasing the biodiversity inside agroecosystems has recently gained interest thanks to the growing literature describing the ecosystem services it can provide (Petit et al., 2010; Wezel et al., 2014 ; Gaba et al., 2017 ; Garcia et al., 2018).By studying seedbank dynamics and seed dispersal by water in vineyards located in the south of France, we aim to assess the potential benefits of keeping the inter-rows vegetated around the year, and to this extent we want to caracterize plant communities inside and outside our vineyards, as well as build a frame of reference concerning biodiversity circulation inside and between Mediterranean vineyards.

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Proteostasis is defined as the processes required maintaining the equilibrium between protein synthesis and degradation. Tight regulations from gene transcription to post-translational proteins modifications of these processes are required in cell cycle and survival to balance cellular development and environmental stresses. It has been shown repeatedly that the abundance of proteins only moderately correlates with that of transcripts. While the determination of protein turnover using pulsed SILAC metabolic labelling is popular for large scale proteomics investigations. Although used with small mammals (e.g. mice), such approach remains difficult with whole organisms and almost impossible with autotroph species like plants. Alternatively, it has been proposed to use inorganic sources of 15N isotopes that could be metabolically incorporated to de novo synthetized amino acids but full 15N protein labelling is almost impossible due to the high amino acid recycling rate in plant. Instead of reaching complete 14N/15N exchange as previously done by Millar et al. 1,2 , we decide to perform a 15N metabolic pulse at very low incorporation yield (around 5 % 15N enrichment). This limited incorporation rate offers some advantages of which a limited increase of mass spectrometry signal complexity. Indeed, the 15N-labelled products moderately modify the peptide natural isotopic distribution and both labelled and unlabelled product appears as an overlapping isotopic distribution. Then, the recorded signal is extensively processed to filter out the outliers. Finally, the filtered signal is finally used to first perform label free protein quantitation which provide the "Protein Fold Change" (PFC) evolution over time. Second, the experimental peptide isotopic distribution is used to determine the apparent 15N labelling rate and the evolution of the 15N "Labelled Protein Fraction" (LPF) over the labelling time. Thanks to our local bioinformatics developments including i2MassChroQ, MassChroQ and the MCQR package, we propose an approach of MS signal processing that make it possible to determine the fold change in protein (FCP) and the labelled protein fraction (LPF). Both values (FCP & LPF) are key elements and are required to estimate the turnover rate individually for each protein 3 at the proteomic scale. Furthermore, this presentation highlights that accurate isotopic distribution measurement is possible and could be used from ordinary largescale proteomics LC-MS/MS instruments to provide an interesting alternative to determine protein turnover determination at the proteome scale

National audience

The mineral nutrition of cultivated plants affects indirectly those of humans and in a context of climate change while the world population increase, numerous abiotic stress may disturb the quantity and the quality of harvested products. In order to better understand and optimize plant mineral nutrition, we assessed the effects of 18 unique deficiencies on the uptake and content variations of 20 elements within the functional ionome of rapeseed and wheat. This study thus revealed 71 common interactions for which the lack of a single element led to an increase (31) or a decrease (40) in the absorption of the other elements and resulted in a typical variation of leaf content allowing the identification of specific ionomic signatures of N, P, S, K, Ca, Mn, Fe, Zn, Na, Si, or Se deficiencies in both studied species as well as Mg, Cl, Cu or Mo in wheat. These effects can be explained, among other things, by a variation of the expression of genes encoding ion transporters which led to nutritional interactions already described in the literature, or new ones which remain to be explored. The effects of another major abiotic constraint, the water deficit, on the mineral nutrition of rapeseed and wheat were also determined and overall resulted in an early (before reduction of growth) and massive reduction of uptake and leaf content of almost all mineral elements. In rapeseed leaves, the water deficit also led to a down regulation of a large number of genes encoding ion transporters well before other previously described adaptation (ABA, proline and glutathion synthesis). Surprisingly, the decrease of the leaf element concentration was perceived at the transcriptomic level differently from a deficiency response. Consequently, these results suggest that the reduction of uptake and the modification of the ionome observed during a water stress cannot be attributed to the only decrease in evapotranspiration, the main driving force of mass flow., La nutrition minérale des plantes cultivées impacte indirectement celles des Hommes et dans un contexte de changement climatique et d'accroissement de la population mondiale, de nombreuses contraintes abiotiques sont susceptibles d'altérer la quantité et la qualité des produits récoltés. Afin de comprendre et d'optimiser la nutrition minérale des plantes, nous avons évalué les effets de 18 carences nutritionnelles uniques sur l'absorption et les variations de teneurs de 20 éléments au sein du ionome fonctionnel du colza et du blé. Cette étude a ainsi révélé 71 interactions communes pour lesquels l'absence d'un seul élément, a entrainé une augmentation (31) ou une diminution (40) de l'absorption des autres éléments avec pour conséquence, des variations typiques des teneurs foliaires qui ont permis de mettre en évidence des signatures ionomiques spécifiques des carences en N, P, S, K, Ca, Mn, Fe, Zn, Na, Si ou Se chez les deux espèces étudiées et Mg, Cl, Cu ou Mo chez le blé. Ces effets s'expliquent, entre autres, par une modulation de l'expression de gènes codants des transporteurs d'ions à l'origine d'interactions nutritionnelles déjà décrites dans la littérature, ou nouvelles qui restent à explorer. Les effets d'un déficit hydrique, autre contrainte abiotique majeure, sur la nutrition minérale du colza et du blé ont également été déterminés et se traduisent par une diminution, précoce (avant une réduction de la croissance) et massive, de l'absorption et des teneurs foliaires des éléments minéraux. Au sein des feuilles de colza, le déficit hydrique se traduit également par une réduction de l’expression d'un grand nombre de gènes codant des transporteurs d'ions, précédant d’autres adaptations déjà décrites (synthèse d’ABA, de proline ou de glutathion). De façon surprenante, cette baisse des teneurs qui pourrait être perçue comme une carence par la plante, ne se traduit pas, au niveau transcriptomique, par une réponse comparable. Par conséquent, ces résultats suggèrent que la réduction d'absorption des éléments et la modification des teneurs constatée lors d'un stress hydrique ne peuvent être attribuées à la seule diminution de l'évapotranspiration, principale force motrice du flux de masse.

Characterizing the genomic diversity of species is critical to understand the molecular origin of phenotypic variations. Whole genome sequence assemblies at the chromosome scale with low amount of missing data are critical resources for answering such questions. Our aim is to explore combination of technologies to answer those questions, and to find the best one. Using a specific Maize line, we have tested different sequencing applications to build a "high quality genome" and identify a large collection of genome variants. Here we demonstrate that the use of HIFI reads combined with Hi-C and Linked-reads generate a chromosome-scale genome assembly with a better contiguity than the reference genome B73. Moreover we show, that PacBio CLR reads allow a wide detection of structural variants of the genomes.

NMR metabolomics is a booming discipline with many applications ranging from the study of plants to human health. Food sciences have strongly benefited from this trend, in particular for authenticity guarantee or qualitative studies. Because of its high added value and in a context of worldwide economic loss due to counterfeiting, wine is one of the main subjects of study. The guarantee of the authenticity of wines is one of the major objectives of the International Organisation of Vine and Wine. Wine being the result of multiple physicochemical reactions involving many biosynthetic pathways, NMR metabolomics is a particularly suitable tool for its study. This work is part of the continuation of the VRAI (Vin Recherche Authenticité Identité) platform and was carried out in partnership with BARON PHILIPPE DE ROTHSCHILD SA. This thesis work aims to determine how NMR metabolomics can be integrated as a wine analysis tool. During this work, targeted and non-targeted approaches combined with multivariate statistical analysis were developed for wine analysis. The first part of this thesis focused on the development of the use of NMR metabolomics to guarantee the authenticity of wines. This work was carried out on still and sparkling wines. The elaboration of a wine is a complex process from the crushing of the grapes to their maturation. The second part of this thesis concerns the interest of using NMR metabolomics for oenological monitoring. Different oenological processes have been analyzed from the harvest to the maturation in barrels. These works have allowed to highlight the interest of NMR metabolomics to guarantee the authenticity and the quality of wines., La métabolomique par RMN est une discipline en plein essor qui possède de nombreuses applications allant de l’étude des plantes à la santé humaine. Les sciences alimentaires ont fortement bénéficié de cet engouement, notamment pour la garantie de l’authenticité ou encore pour des études qualitatives. De par sa forte valeur ajoutée et dans un contexte de perte économique mondiale liée aux contrefaçons, le vin figure parmi les sujets d’étude phare. La garantie de l'authenticité des vins est un des objectifs majeurs de l'Organisation Internationale de la vigne et du vin. Le vin étant le fruit de multiples réactions physico-chimiques faisant intervenir de nombreuses voies de biosynthèse, la métabolomique par RMN s’avère être un outil particulièrement propice à son l’étude. Ce travail s'inscrit dans la poursuite des travaux de la plateforme VRAI (Vin Recherche Authenticité Identité) et a été réalisé en partenariat avec la société BARON PHILIPPE DE ROTHSCHILD SA. Ces travaux de thèse visent à déterminer comment la métabolomique par RMN peut s’intégrer en tant qu’outil d’analyses des vins. Au cours de ces travaux, des approches ciblées et non ciblées combinées à des analyses statistiques multivariées ont été développées pour l’analyse des vins. Le premier volet de cette thèse a porté sur le développement de l’utilisation de la métabolomique par RMN pour la garantie de l’authenticité des vins. Ces travaux ont été réalisés sur des vins tranquilles et sur des vins pétillants. L’élaboration d’un vin est un processus complexe allant du foulage de la vendange jusqu’à sa maturation. Le second volet de cette thèse concerne l’intérêt d’utiliser la métabolomique par RMN pour le suivi œnologique. Différents procédés œnologiques ont été analysés depuis la vendange jusqu’à l’élevage en barriques. Ces travaux ont permis de mettre en évidence l’intérêt de la métabolomique par RMN pour garantir l’authenticité et la qualité des vins.

Nitrogen fertilization of crops has long been based on a statistical analysis of the response of their yield to increasing doses of fertilizers. This prognosis has led to an insurance practice applying excessive doses of nitrogen so as not to penalize yields. A method for predicting the nitrogen balance of a crop has been developed to correct this trend but remains too highly imprecise. Diagnosis of the nitrogen nutrition status of a crop has recently emerged, reducing the uncertainty linked to the variability of local conditions. This diagnosis, integrated into decision support algorithms, makes it possible to apply fertilizers only “where” and “when” the nutritional status of the crops requires it. This precision must make it possible to achieve the targeted yields while minimizing the environmental impacts, La fertilisation azotée des cultures a longtemps été fondée sur une analyse statistique de la réponse de leur rendement à des doses croissantes de fertilisants. Ce pronostic a conduit à une pratique d’assurance où l’on applique des doses d’azote excessives, afin de ne pas pénaliser les rendements. Une méthode prévisionnelle du bilan d’azote d’une culture a été mise au point pour corriger cette tendance, mais elle reste très imparfaite. Le diagnostic de l’état de nutrition azotée d’une culture a récemment émergé, résorbant l’incertitude liée à la variabilité des conditions locales. Ce diagnostic, intégré dans des algorithmes d’aide à la décision, permet d’effectuer les apports de fertilisants seulement « là » et « quand » l’état nutritionnel des cultures le nécessite. Cette précision doit permettre d’atteindre les rendements fixés en minimisant les impacts environnementaux..

Ce texte est né de la découverte d'images, successives et indépendantes, donnant au végétal un statut particulier et proposant des types de liens que les humains peuvent établir avec lui, tout aussi singuliers.Ces images peuvent être rapprochées de la notion de "services écosystémiques", très largement utilisée, notamment dans les milieux de la recherche en biologie et en écologie.Comment définir ces "services écosystémiques" ? Un service est une action qui vise à apporter son aide, à être utile, et il est le résultat de cette action. Le service est ici appliqué au niveau écosystémique, une unité écologique constituée d'un milieu naturel et de l'ensemble des organismes qui y vivent (CNRTL et GDT). Les "services" inscrivent dans une attente toute humaine un ensemble d'éléments naturels présents dans les écosystèmes dont les humains, malgré une certaine artificialisation de leurs vies, sont toujours dépendants. L'espèce homo sapiens maintenant présente dans presque tous les écosystèmes terrestres a démontré son pouvoir d'exploitation, transformant de nombreux éléments non-vivants et vivants en "ressources" [Ressource : terme défini dans ses différentes acceptions comme un moyen, c'est à dire ce qui permet de réaliser le but que l'on vise] (y compris "humaines").Notre hypothèse est que l'exploitation et la découpe des vivants – des plantes en l’occurrence –, est accompagnée de la disparition des approches sensibles, et conduit à leur invisibilisation, à leur anonymat, à leur oubli. L'une des conséquences est de rendre mettre en péril la considération que nous pourrions avoir de ces organismes vivants pour "eux-mêmes", et donc pour leur réelle défense et celle des milieux dont ils font partie.

It has been suggested the composition of the ionome (i.e. macro, micro and beneficial elements) of plant tissues resulting from multiple interactions between nutrients and affected more globally by plant environment, can reveal the physiological status of plants. The aims of this study were to highlight the ionomic modification, potential interactions between elements and ionomic signatures resulting from different mineral deficiencies in Brassica napus (a dicot) and Triticum aestivum (a monocot). Thus, plants were subjected to 18 individual element deficiencies (N, Mg, P, S, K, Ca, B, Cl, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Mo, Na, Si, Co, and Se) and harvested before growth reduction. The main objectives were i) to analyze the ionomic signatures of plant tissues and to compare the response of both species to different mineral deficiencies, ii) to identify some potential metabolic pathways, iii) to characterize in Brassica napus, the molecular responses (transcriptomic and metabolomics) to each macronutrient deficiency, focusing to the roots, the first tissue facing the macronutrient deficiencies.In both species, the main results revealed numerous elemental interactions, some being already described in the literature, such as a strong increase of Mo and Se uptake under S deprivation, a strong increase of Na uptake under K deficiency or of divalent cations under Fe deprivation. These ionomic modifications could be the consequence of the up-regulation of non-specific root transporters, thus increasing the uptake of other elements available in nutrient solutions. Our study also identified original interactions, such as the increase of vanadium uptake in S-deficient plants, probably resulting from an overexpression of root sulfate transporters, confirmed in particular by the ionomic analysis of Arabidopsis knockout lines Sultr1;1 and Sultr1;2. Another original, but negative interaction between N and Na has been shown and suggests that Na transport could be functionally linked to N uptake. This hypothesis was supported by ionomic analysis of Arabidopsis knockout lines for genes encoding nitrate transporters (nrt1.1 and nrt2.1). These interactions between elements led to the identification of potentially specific ionomic signatures of each deficiency, that were then compared between Brassica napus and Triticum aestivum. Finally, in macronutrient-deficient rapeseed roots, specific and common molecular processes were identified using broad transcriptomic and metabolomic approaches. We were then able to identify a set of differentially expressed genes and metabolomic profiles that were specific to each macronutrient deficiency, which could be used for early diagnosis of each nutritional deficiency., La composition du ionome (i.e. macro, micro et éléments bénéfiques) des tissus végétaux résultant de multiples interactions entre éléments mais plus globalement avec l’environnement, est à même de révéler l'état physiologique des plantes. Cette étude vise à mettre en évidence les modifications ionomiques, les interactions potentielles entre éléments et les signatures ionomiques résultant de différentes carences minérales chez Brassica napus (une dicotylédone) et Triticum aestivum (une monocotylédone). Ainsi, les plantes ont été soumises à 18 carences nutritionnelles individuelles (N, Mg, P, S, K, Ca, B, Cl, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Mo, Na, Si, Co et Se) et récoltées avant la réduction de leur croissance. Les principaux objectifs étaient i) d'analyser les signatures ionomiques des tissus végétaux et de comparer la réponse des deux espèces aux différentes carences minérales, ii) d'identifier certaines voies métaboliques sous-jacentes et enfin iii) de caractériser chez Brassica napus, les réponses moléculaires (transcriptomiques et métabolomiques) à chaque carence en macroéléments en se focalisant au niveau des racines, le premier organe exposé à l’absence de disponibilité en macroéléments.Chez ces deux espèces, les principaux résultats ont révélé des interactions élémentaires dont certaines sont décrites dans la littérature, telles qu'une forte augmentation de l'absorption du Mo et du Se lors d'une carence en S, une absorption accrue de Na lors d’une privation en K ou des cations divalents en cas de carence en Fe. Ces modifications ionomiques pourraient être la conséquence de la surexpression de transporteurs racinaires non spécifiques, augmentant ainsi l'absorption d'autres éléments disponibles dans les solutions nutritives. Notre étude a également montré d’autres interactions plus originales et notamment l’augmentation de l'absorption du vanadium chez les plantes soumises à une carence en S, résultant probablement d'une surexpression des transporteurs racinaires de sulfate, confirmée notamment par l'analyse ionomique de lignées d'Arabidopsis knock-out sultr1;1 et sultr1;2. Une autre interaction originale, mais négative, entre N et Na a été démontrée suggérant que le transport de Na pourrait être fonctionnellement lié à l'absorption de N. Cette hypothèse a été soutenue par l’analyse ionomique des lignées d'Arabidopsis knock-out pour les gènes codant les transporteurs de nitrate (nrt1.1 et nrt2.1). Ces interactions entre éléments ont conduit à l’identification des signatures ionomiques potentiellement spécifiques de chaque carence, qui ont été comparées entre les deux espèces végétales considérées. Enfin, dans les racines de colzas carencés en macroéléments, des processus moléculaires spécifiques et communs ont été identifiés en utilisant des approches transcriptomiques et métabolomiques. Ces approches ont également permis d’établir des listes de gènes différentiellement exprimés et des profils métabolomiques spécifiques de chaque privation en macroéléments, susceptibles d’être utilisés afin de diagnostiquer précocement chaque carence nutritionnelle.

Maintaining biodiversity of spontaneous species in agricultural landscapes is a major challenge regarding the bundle of ecosystem services provided by them, such as preservation of water and soil resources. It is possible to increase landscape’s resilience to climate change through their renaturalization with agroecological measures, especially maintenance practices of vegetation cover in agroecological infrastructures.In the Mediterranean environment, those infrastructures such as ditches, plot borders or even interrows of perennial crops concentrate both biodiversity and flow of matter (water, pollutants, particles), making these landscape elements particularly susceptible to intense rainfall events that contribute to exchange of biodiversity across landscapes. Managing vegetation of these elements is a significant lever for biodiversity maintenance considering impacts of plants on flows of matters, such as water and seeds. Promoting exchanges requires knowledge of the relative importance of the main types of plant dispersal i.e. hydrochory, anemochory and zoochory that affects seed exchange between landscape elements, by making the hypothesis that the hydrochoric dispersion, i.e. by water, is particularly important in the Mediterranean environment.To establish the potential of hydrochory to rehabilitate Mediterranean vineyard environments, we proposed a conceptual model of seed exchanges at landscape scale incorporating the levers available to stakeholders (vegetation maintenance in inter-rows, drainage ditches and plot borders), as well as climatic variables and the specific characteristics of each seed present. We will present the first results of seed dispersal experiments after a rainy event on a vineyard plot, as well as manipulations to determine the seed bank, allow us to make a first estimate of seed transport and the rehabilitationpotential of Mediterranean vineyard environments. At the end of the experiments, the knowledge obtained will be integrated into a spatially explicit model based on the source-sink principle to simulate the dispersion of seeds by water, this model being considered as a virtual laboratory to co-construct landscape arrangements with stakeholders for maintaining biodiversity

Submerged macrophytes stabilize the clear-water status in shallow lakes, supporting many ecosystem services. Shallow lakes are exposed to agricultural runoff (ARO) containing pesticides and nutrients, which can affect macrophytes and threaten the clear-water state. Recent studies show that nitrate may affect macrophyte growth and species richness. Pesticides can also affect macrophytes directly or indirectly by disrupting biotic interactions. Climate warming is an additional stress to shallow lakes. lncreased temperatures may promote phytoplankton growth and nutrient release or can modify top-down control. The combined stressors may have additive, synergistic or reversed effects, and these effects are difficult to predict. The objectives of this thesis were to investigate (1) the individual and combined effects of nitrate, pesticides and climate warming on macrophytes (2) whether upscaling from micro- to mesocosms would preserve the response of macrophytes; and (3) whether the stressor effects could be detected in the macrophyte physiology. Several experiments integrating different functional groups (macrophytes, phytoplankton, periphyton and their respective consumers) were performed under controlled conditions (laboratory microcosms). These ecosystem models were exposed for several weeks to a simplified cocktail simulating an ARO (nitrates alone or mixed with 4 pesticides) at two temperatures (ambient and +4°C). Following this, more realistic ecosystems were studied using outdoor mesocosms exposed to ARO and simulating the same type of heating (semi-controlled conditions). ln all these experiments, the response of the macrophytes was documented by measuring their growth (biomass, size) and physiology (photosynthetic pigments, phenolic compounds, anthocyanins, elemental stoichiometry). Results from the microcosms showed that all functional groups were affected directly or indirectly by the tested stress factors. Pesticides alone but not nitrate reduced macrophyte biomass. Nitrate and pesticides in combination acted synergistically reducing the resilience of the macrophyte-dominated state. Warming marginally promoted macrophyte growth but together with ARO reduced macrophyte growth (objective 1). Results from the mesocosms showed that the strong negative effect of ARO on the growth of macrophytes was preserved in the outdoor mesocosms but only at ambient temperature. Warming enhanced macrophyte growth, similar to the microcosms, but also significantly buffered the ARO effect, highlighting different responses compared with the microcosms (objective 2). Complex biotic interactions along with invasions of invertebrate larvae may have reversed responses to the stressors. Besides their effects on growth, ARO and warming had a significant effect on the content of carotenoids, phenolic compounds and stoichiometry. These results need to be confirmed to determine their relevance as early warning signals of stress (objective 3). This thesis shows that the exposure of shallow lakes to ARO can induce regime shifts by tipping the system towards a degraded state dominated by phytoplankton. ln particular, the role of nitrate, which is much less studied compared to phosphorus, is clearly highlighted. Despite the positive effects of warming on macrophyte growth, the three stressors combined (pesticides, nitrates and warming) reversed the expected effect and led to a sharp decline in macrophyte biomass. The change in scale achieved confirms the need to better take into account the complexity of biotic interactions for a more reliable assessment of the environmental risks to which aquatic ecosystems are exposed., Les macrophytes immergés stabilisent les lacs peu profonds dans un état d'eau claire, leur permettant ainsi de fournir de nombreux services écosystémiques. Ce régime écologique ordinairement stable est menacé par l'apport d'eaux de ruissellement agricole (RA) contenant des pesticides et des nutriments pouvant affecter les macrophytes directement ou indirectement en perturbant les interactions biotiques. Combinés à une augmentation de la température de l'eau sous l'effet du changement climatique, les effets de ces facteurs de stress sur les écosystèmes aquatiques sont difficiles à prédire. Dans ce contexte, les objectifs de cette thèse étaient de développer une approche expérimentale pour 1) étudier les effets individuels et combinés des nitrates, des pesticides et du réchauffement climatique sur la réponse des macrophytes ; 2) comparer ces réponses dans le cadre d'expérimentations de complexité croissante (changement d'échelle) et 3) identifier des biomarqueurs physiologiques témoin de ces effets. Pour ce faire, plusieurs expérimentations intégrant différents groupes fonctionnels (macrophytes, phytoplancton, périphyton et leur consommateurs respectifs) ont été réalisées en conditions contrôlées (microcosmes au laboratoire). Ces écosystèmes simplifiés ont été exposés plusieurs semaines à un cocktail simplifié simulant un RA (nitrates seuls ou en mélange avec 4 pesticides), à deux température (ambiante et +4°C). Puis des écosystèmes plus réalistes ont été étudiés en utilisant des mésocosmes placés en extérieur qui ont été exposés au RA tout en simulant le même type de réchauffement (conditions semi­ contrôlées). Dans toutes ces expériences, la réponse des macrophytes a pu être documentée du point de vue de leur croissance (biomasse, taille) et de leur physiologie (pigments photosynthétiques, composés phénoliques, anthocyanes, composition élémentaire). Nos résultats obtenus en microcosmes montrent que tous les groupes fonctionnels ont été affectés par les facteurs de stress testés. Les pesticides seuls ont affecté la biomasse des macrophytes, et de manière plus forte en présente en présence de nitrates (effets synergiques), tandis que les nitrates seuls n'ont pas eu d'effet significatif. La croissance des macrophytes a été marginalement favorisée par le réchauffement en l'absence de RA, tandis que l'effet inverse a été observé en présence de RA, mettant ainsi en évidence ainsi des effets indirects liées aux interactions biotiques entre groupes fonctionnels (objectif 1). Nos résultats obtenus en mésocosmes montrent un fort effet négatif du RA sur la croissance des macrophytes, mais uniquement à température ambiante. À température plus élevée, cet effet négatif a été compensée par un effet positif du réchauffement (effets antagonistes), mettant ainsi en évidence des réponses différentes par rapport à ceux obtenus dans des conditions plus simples (objectif 2). Outre leurs effets sur la croissance, le RA et le réchauffement ont eu un effet significatif sur le contenu en caroténoïdes, en composés phénoliques ainsi que sur la stœchiométrie. Ces résultats nécessitent d'être confirmés pour déterminer leur pertinence en tant que signaux d'alerte précoce de stress (objectif 3). Cette thèse confirme que l'exposition des lacs peu profonds aux RA peut induire un changement de régime en faisant basculer le système vers un état dégradé dominé par le phytoplancton. En particulier, le rôle du nitrate, jusqu'ici peu étudié par rapport au phosphore, est clairement mis en évidence. Malgré les effets positifs du réchauffement sur la croissance des macrophytes, les trois facteurs de stress combinés (pesticides, nitrates et réchauffement) ont inversé l'effet attendu et entraîné une forte baisse de la biomasse des macrophytes. Le changement d'échelle réalisé confirme la nécessité de mieux prendre en compte la complexité des interactions biotiques pour une évaluation plus fiable des risques environnementaux auxquels les écosystèmes aquatiques sont soumis.

International audience

Climate change and rising atmospheric carbon dioxide concentration are a concern for agriculture, including viticulture. Studies on elevated carbon dioxide have already been conducted on grapevines, mainly taking place in greenhouses using potted plants or using field grown vines under instant and higher CO2 enrichment, i.e., > 650 ppm. The VineyardFACE, located at Hochschule Geisenheim University, is an open field Free Air CO2 Enrichment (FACE) experimental set-up designed to study the effects of elevated carbon dioxide using adapted, field-grown vines (Vitis vinifera L. cv. Cabernet-Sauvignon). As the carbon dioxide fumigation started in 2014, the long-term effects of elevated carbon dioxide treatment can be investigated on berry ripening parameters and fruit metabolic composition. The present study investigates the effect on fruit composition under a moderate increase (+20 %; eCO2) of carbon dioxide concentration, as predicted for 2050 on Cabernet-Sauvignon. Berry growth, ripening dynamics and composition were determined and primary (sugars, organic acids, amino acids) and secondary metabolites (anthocyanins) were analysed. Compared to previous results of the early adaptive phase of the vines (Wohlfahrt et al., 2020), our results show little effects of eCO2 treatment on primary metabolites composition in berries. However, total anthocyanins concentration in berry skin was lower for eCO2 treatment in the hot and dry season of 2020, although the ratio between anthocyanins derivatives did not differ.

Permanent and temporary grasslands represent nearly 44 % of the French UAA. This vast area is rich in a very wide range of flora, from hillside meadows with subterranean clover to flooded meadows and marshes with Baldingere, not forgetting sown meadows which, over the years, can host numerous spontaneous species. The method of prairie diagnosis is based on a botanical approach to the prairie with the objective of qualifying the forage aptitudes of the cover. The diagnosis of a meadow is only of interest and relevance if it is integrated into a forage system consistent with the strategies of a farmer. It is based on the premise that the flora of a meadow is the result of the interaction of "environmental" factors and "practices". A set of indicators derived from the "botanical reading" of the meadow (indicator species, number of species, relative abundance, meadow background) provides the user with information on the state of the plant cover, its forage value and the possibilities of evolution of the plant community., Les prairies permanentes et temporaires représentent près de 44 % de la SAU française. Ce vaste espace est riche d’une très grande diversité floristique qui va de la prairie de coteau à trèfle souterrain aux prairies inondables et marais à Baldingère en passant par les prairies semées qui, au fil des années, peuvent accueillir de nombreuses espèces spontanées. La méthode du diagnostic prairial est fondée sur une approche botanique de la prairie dans l’objectif de qualifier les aptitudes fourragères du couvert. Le diagnostic d’une prairie ne trouve son intérêt et sa pertinence que s’il s’intègre à un système fourrager en cohérence avec les stratégies d’un éleveur. Il prend appui sur le postulat que la flore d’une prairie est la résultante de l’interaction des facteurs du « milieu » et des « pratiques ». Un ensemble d’indicateurs issus de la « lecture botanique » de la prairie (espèces indicatrices, nombre d’espèces, abondance relative, fonds prairial) renseigne l’utilisateur sur l’état du couvert végétal, sa valeur fourragère et sur les possibilités d’évolution de la communauté végétale.

Water stress is recognized as the most severe abiotic stress for agricultural productivity. Root traits play a key role in tolerance to water stress but have largely been neglected in selection schemes. In order to identify the maize genetic bases of the root adaptive responses to water deficit (WD), we used a MAGIC mapping population of 400 lines based on the intercrossing of 16 genotypes. The fine phenotyping of the different genotypes was performed under contrasting water supply on the French root phenotyping platform (4PMI). On the 16 founder genotypes, in addition of phenotyping, we sampled different root tissues daily over 7 days after irrigation arrest and performed RNAseq. On the basis of these 448 transcriptomes, we identified 6945 differentially expressed genes between axial and lateral roots and in response to WD and inferred a regulatory gene network to identify transcription factors (TF). Using a hierarchical clustering, we split the network in 35 clusters homogeneous in their expression pattern. Fine analysis of individual cluster pointed out, without prior knowledge, already known FTs responding to WD and identified new candidates. Functional validation of Arabidopisis orthologues has been initiated and many genotypes have an altered root developmental response to in vitro osmotic stress. In parallel, the phenotyping and a transcriptomic analysis by RNAseq of the genotypes of the mapping population under optimal conditions and water deficit enabled a GWAS and an eQTL analysis. Both approaches identified polymorphisms in genes of interest and identified SNPs colocating near transcription factors also identified by the gene network approach. Taken together all the data identified candidate genes and alleles potentially controlling adaptive root development that can be interesting target for breeding. This work was supported by the European Research Council (ERC) (HyArchi to CM; grant agreement No 788553)

Global climate change and the extreme events it induces have become one of the major issues of this century. Understanding the microclimate in urban areas has received increasing attention from researchers in recent years, due to the overheating phenomena observed in cities and the population density that makes them a sensitive environment for heat waves. Several studies have shown that vegetation can reduce air temperature in cities, but these benefits depend on the built environment, and on many variables often not controlled in cities, such as water availability for plants. In this context, this thesis aims to analyze and quantify the climatic services provided in a canyon street by well-watered trees. It is based on a double approach combining experimentation and modeling. Field campaigns were carried out on a tree model at scale (1/5) installed in an outdoor environment on the site of the Institut Agro, in Angers, France. On the numerical approach, 2D simulations of the distributed climate in unsteady regime were performed using a CFD approach. Among other results, the work of this thesis showed that the canyon street creates overheating of up to 2.8 °C during the night, and up to 2.4 °C during the day, and that trees can reduce the air temperature in the street by 2.7 °C during the day, and improve human thermal comfort by reducing mid-day UTCI values by up to 8 °C. This work provides quantification elements that can help decision makers in their planning policies., Le changement climatique global et les épisodes extrêmes qu’il induit sont devenus l’un des enjeux majeurs de ce siècle. La compréhension du microclimat en milieu urbain suscite une attention croissante de la part des chercheurs depuis quelques années, en raison des phénomènes de surchauffe observés en ville et de la densité de population qui en font un environnement sensible aux vagues de chaleur. De nombreuses études ont montré que la végétation peut réduire la température de l’air en ville, mais ces bénéfices dépendent de l'environnement construit, et de nombreuses variables souvent non maitrisées en ville, comme la disponibilité de l'eau pour les végétaux. Dans ce contexte, ce travail de thèse vise à analyser et quantifier les services climatiques rendus dans une rue canyon par des arbres en confort hydrique. Elle s’appuie sur une double approche associant expérimentation et modélisation. Des campagnes de terrain ont été réalisées sur une maquette arborée à l’échelle (1/5) installée en milieu extérieur sur le site de l’Institut Agro, à Angers, France. Sur le plan numérique, des simulations 2D du climat distribué en régime instationnaire ont été réalisés selon une approche de type CFD. Entre autres résultats, les travaux de cette thèse ont montré que la rue canyon crée une surchauffe pouvant aller jusqu’à 2.8 °C pendant la nuit, et jusqu'à 2.4°C pendant la journée, et que les arbres peuvent réduire la température de l'air dans la rue de 2.7 °C pendant la journée et améliorer le confort humain thermique en réduisant jusqu’à 8 °C les valeurs de l’UTCI à la mi-journée. Ce travail fournit des éléments de quantification qui pourront aider les décideurs dans leur politique d’aménagement.

The TOR (Target Of Rapamycin) protein kinase is conserved in eukaryotes. It forms two complexes, TORC1 and TORC2 in animals and yeast, but only the TORC1 complex has been identified in photosynthetic organisms. The TORC1 pathway is essential for the development of organisms because it allows a precise regulation of many biological processes (mRNA translation, cell divisions, metabolism) in response to various endogenous or exogenous factors (nutrients, hormones, stress). The TORC1 pathway is particularly involved in the perception of nitrogen nutrients in yeast and animals, but this aspect is poorly studied in photosynthetic organisms. Given the importance of nitrogen nutrition in plants, the first part of my thesis project focused on the regulation of nitrogen metabolism by the TORC1 complex in the model plant Arabidopsis thaliana. I have shown that the activity of TOR responds to variations in the nitrogen supply. Inhibition of TOR decreases ammonium uptake by the plant in non-limiting conditions, suggesting that the TORC1 pathway regulates low affinity ammonium transporters. In yeast and mammals, glutamine has a predominant role in the activation of TORC1. I then studied the connections between TORC1 and glutamine metabolism by using Glufosinate-Ammonium (GA), the active component of herbicides targeting Glutamine Synthetase (GS). It appears that mutants of the TORC1 complex (lst8 and raptor) are resistant to inhibition of GS at the root level. Metabolomic analyses have shown that inhibition of TOR leads to an accumulation of glutamine in plant tissues, which appears to be GS-dependent. In addition, I conducted a study at the Institut Necker des Enfants Malades (INEM), in collaboration with Dr Ganna Panasyuk and Dr Mario Pende. In cancer, the glutamine metabolism can be deregulated. The goal of this collaboration was to study the effect of GA on the TOR pathways in different cancer lines. GA appears to have an effect on the mTORC2 pathway in particular for hepatic cancerous cell lines. The last objective of my thesis was to characterize a new component of the TOR pathway in plants, which had been identified by a genetic screen. This mutant has a different sensitivity to AZD, a TOR inhibitor, and exhibits ectopic cell clusters on its aerial part. These cell clusters are dependent on the inhibition of TOR and the presence of sugar. The causal gene mutation responsible for this phenotype was identified by sequencing. It encodes a protein which exact function is not known but an orthologous protein in yeast is known to be involved in the regulation of the vacuolar V-ATPase. My work consisted in characterizing this mutant called loki (LOcalised proliferation depending on TOR Kinase Inhibition) and the nature of the ectopic cell clusters. Histological observations showed that these clusters are dense and composed of swollen and disorganized cells. Their localization in vascular tissue suggests that the nutrient supply of these cell clusters may be similar to the angiogenesis seen in cancerous processes. Metabolomic and transcriptomic analyses were performed to understand this phenotype and determine the precise origin of these cells. Further analyses also revealed defects in the composition of the cell wall leading to defects in cell adhesion. By comparing loki to known mutants, I demonstrated that a mutant affected in V-ATPase also exhibits ectopic clusters when TOR is inhibited, thus suggesting a link between the TOR pathway and V-ATPases in plants., La protéine kinase TOR (Target Of Rapamycin) est conservée au sein des eucaryotes. Elle forme deux complexes, TORC1 et TORC2 chez les animaux et la Levure mais seul le complexe TORC1 a été identifié chez les organismes photosynthétiques. La voie TORC1 est essentielle au développement des organismes puisqu’elle permet de réguler finement de nombreux processus biologiques (traductions des ARNm, divisions cellulaires, métabolisme) en fonction de facteurs endogènes ou exogènes variés (nutriments, hormones, stress). La voie TORC1 est notamment impliquée dans la perception de l’environnement nutritionnel azoté chez la Levure et les animaux mais cet aspect est peu étudié chez les organismes photosynthétiques. Compte tenu de l’importance du métabolisme azoté chez les plantes, la première partie de mon projet de thèse a porté sur les régulations du métabolisme azoté par le complexe TORC1 chez la plante modèle Arabidopsis thaliana. J’ai ainsi montré que l’activité de TOR répond aux variations de l’alimentation azotée. L’inhibition de TOR diminue le prélèvement d’ammonium par la plante pour des conditions non limitantes, suggérant que la voie TORC1 régulerait les transporteurs d’ammonium à faible affinité. Chez la Levure et les mammifères, la glutamine a un rôle prédominant dans l’activation de TORC1. J’ai ensuite étudié les connexions entre TORC1 et le métabolisme de la glutamine, en utilisant du Glufosinate d’Ammonium (GA), composant actif d’herbicide ciblant la Glutamine Synthétase (GS). Il en ressort que les mutants du complexe TORC1 (lst8 et raptor) sont résistants à l’inhibition de la GS au niveau racinaire. Des analyses métabolomiques ont montré que l’inhibition de TOR conduit à une accumulation de glutamine dans les tissus de la plante, qui semble être GS-dépendante. En complément de cette première partie, j’ai mené une étude à l’Institut Necker des Enfants Malades (INEM), en collaboration avec le Dr Ganna Panasyuk et le Dr Mario Pende. Lors de cancer, le métabolisme de la glutamine peut être dérégulé. L’objectif de cette collaboration était d’étudier l’effet du GA sur les voies TOR dans différentes lignées cancéreuses. Le GA semble avoir un effet sur la voie mTORC2 pour certaines lignées cancéreuses, notamment hépatiques. Le dernier objectif de ma thèse consistait à caractériser un nouveau composant de la voie TOR chez les plantes, qui avait été identifié par un crible génétique. Ce mutant a une sensibilité différente à l’AZD, un inhibiteur de TOR, et présente des amas cellulaires ectopiques au niveau de sa partie aérienne. Ces amas sont dépendants de l’inhibition de TOR et de la présence de sucre. Le gène muté responsable de ce phénotype a été identifié par séquençage et code pour une protéine dont la fonction n’est pas connue mais dont l’orthologue chez la Levure serait impliqué dans la régulation de l’ATPase vacuolaire V-ATPase. Mon travail a consisté à caractériser ce mutant appelé loki (LOcalised proliferation depending on TOR Kinase Inhibition) et ses amas. Des observations histologiques montrent que ces amas sont denses et composés de cellules gonflées et désorganisées. Leur localisation au niveau des tissus vasculaires suggère que l’apport en nutriment de ces amas pourrait être similaire à l’angiogenèse observée dans les processus cancéreux. Des analyses métabolomiques et transcriptomiques ont été réalisées pour comprendre ce phénotype et déterminer l’origine précise de ces cellules. Des analyses pariétales démontrent également des défauts de la composition de la paroi cellulaire, notamment en cellulose, conduisant à des défauts d’adhésion cellulaire chez ce mutant. En comparant loki à des mutants connus, j’ai mis en évidence qu’un mutant affecté dans la V-ATPase présente aussi des amas ectopiques lorsque TOR est inhibé, suggérant donc un lien entre la voie TOR et les V-ATPases chez les plantes.