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Trees are organisms that build upon themselves over time. As a result, they often keep in their structure the trace of their past growth dynamics (e.g. rings in the wood) or scars of parts that have disappeared (e.g. leaves or branches). These morpho-anatomical markers can be used to reconstruct retrospectively the past development dynamics of the tree, if we are able to associate a temporality to them. This can be difficult in the tropics where seasonality is less pronounced than the one in temperate environments. This work focuses on the growth trajectory of Cerberiopsis candelabra, a monocarpic species endemic to New Caledonia. Our objective is to make hypotheses about the phenology of primary and secondary growth processes based on structural regularities observed in the wood, in the fluctuations of internodes length and in the arrangement of branches along the trunk. We highlight growth rings in wood marked by (i) a band of tangential parenchyma, (ii) variations in fiber wall thickness, but most importantly (iii) the alternation of "normal" and gelatinous layer wood. Our results suggest that these rings are annual and that primary growth is polycyclic with two elongation phases per year. The presence of reaction wood suggests an adaptive response to cyclones, which are very common in the region.; Les arbres sont des organismes qui se construisent sur eux-mêmes au cours du temps. Ils gardent ainsi souvent au sein de leur structure la trace de leur dynamique de croissance passée (p. ex. les cernes dans le bois) ou des cicatrices des parties qui ont disparu (p. ex. les feuilles ou les branches). Ces marqueurs morpho-anatomiques peuvent être utilisés pour reconstruire a posteriori le développement de l’arbre, si l’on est capable de leur associer une temporalité. Cet exercice peut s’avérer difficile sous les tropiques où la saisonnalité est moins marquée qu’en milieu tempéré. Ce travail porte sur la trajectoire de croissance de Cerberiopsis candelabra, une espèce monocarpique endémique de Nouvelle-Calédonie. Notre objectif est de poser des hypothèses sur la phénologie des processus de croissance primaire et secondaire à partir de régularités structurelles observées dans le bois, dans les fluctuations de longueur d’entre-nœuds et dans la disposition des branches le long du tronc. Nous mettons en évidence des cernes de croissance dans le bois marqués par (i) une bande de parenchyme tangentiel, (ii) des variations de l’épaisseur des parois des fibres, mais surtout (iii) l’alternance de bois « normal » et de bois à couche gélatineuse. Nos résultats suggèrent que ces cernes sont annuels et que la croissance primaire est polycyclique avec deux phases d’allongement par an. La présence de bois de réaction évoque une réponse adaptative aux cyclones, très fréquents dans la région.

International audience

Tension wood is a tissue developed by angiosperms to upright or maintain their vertical position. This tissue generates a strong tensile stress able to curve the stem upwards. In the literature, tension wood anatomy is characterized by the presence of an unlignified gelatinous layer (G-layer) in the fibre cell wall. The aims of this thesis are to study the anatomical diversity of tension wood as well as the associated mechanisms of tensile stress generation and eventual variations of uprighting efficiency in order to understand how trees upright. This thesis relies on anatomical observations of 291 tropical species, on estimations of maturation strain on adult trees and on estimations of maturation strain on artificially tilted young trees tied to a pole in a greenhouse. Our results show that the G-layer is present in the majority of the species, although it is mainly hidden by lignin. The G-layer is absent in tension wood of a few number of species. In these species, the mechanism of tensile stress generation involves the interaction of wood and bark. Although tensile stress is generated in separated tissues (wood and/or bark), these two mechanism of tensile stress generation show a similar efficiency of uprighting in juvenile trees. Results of this study open new prospects of research, including on functional role of lignin in the G-layer.; Le bois de tension est un tissu développé par les angiospermes afin de redresser ou de maintenir leur position verticale. Ce tissu génère de fortes contraintes de tension capables de courber un tronc vers le haut. Dans la littérature, l’anatomie du bois de tension est caractérisée par la présence d’une couche gélatineuse (couche G) non lignifiée dans la paroi des fibres. Cette thèse vise à étudier la diversité anatomique du bois de tension ainsi que les mécanismes de génération des contraintes de tension associés et les éventuelles variations de l’efficience du redressement, afin de comprendre comment les arbres se redressent. Elle s’appuie sur des observations anatomiques sur 291 espèces tropicales, sur des estimations de contraintes de maturation sur arbres adultes ainsi que sur une nouvelle méthode d’estimation des contraintes de maturation sur des individus juvéniles artificiellement inclinés et tuteurés en serre. Nos résultats montrent que la couche G est présente dans la majorité des espèces, bien qu’elle soit majoritairement masquée par de la lignine. Dans un faible nombre d’espèces, la couche G est absente du bois de tension. Dans ces espèces, le mécanisme de génération des contraintes de tension implique l’interaction du bois avec l’écorce. Bien que la contrainte de tension soit générée dans des compartiments distincts (le bois et/ou l’écorce), ces deux mécanismes de génération des contraintes de tension ont une efficience de redressement similaire dans le stade juvénile. Les résultats de cette étude ouvrent de nouvelles perspectives de recherche, notamment sur le rôle fonctionnel de la lignine dans la couche G.

Takeuchi M, Guedes FTP, Laurans F, Lesage-Descauses MC, Boizot N, Lainé-Prade V, Secerovic A, Leplé JC, Déjardin A, Pilate G (2017) Characterization of a poplar GM tree with strong alterations in growth and wood anatomy: transgene expression level vs insertion site effects? IUFRO TREE BIOTECHNOLOGY ‘More Sustainable and Productive Forest’, Concepción (Chile) 4-9 June 2017, communication orale.; Characterization of a poplar GM tree with strong alterations in growth and wood anatomy: transgene expression level vs insertion site effects?. IUFRO Tree Biotech 2017

RG-I and AGP, but not XG, are associated to the building of the peculiar mechanical properties of tension wood. Hardwood trees produce tension wood (TW) with specific mechanical properties to cope with environmental cues. Poplar TW fibers have an additional cell wall layer, the G-layer responsible for TW mechanical properties. We investigated, in two poplar hybrid species, the molecules potentially involved in the building of TW mechanical properties. First, we evaluated the distribution of the different classes of non-cellulosic polysaccharides during xylem fiber differentiation, using immunolocalization. In parallel, G-layers were isolated and their polysaccharide composition determined. These complementary approaches provided information on the occurrence of non-cellulosic polysaccharides during G-fiber differentiation. We found no evidence of the presence of xyloglucan (XG) in poplar G-layers, whereas arabinogalactan proteins (AGP) and rhamnogalacturonan type I pectins (RG-I) were abundant, with an apparent progressive loss of RG-I side chains during G-layer maturation. Similarly, the intensity of immunolabeling signals specific for glucomannans and glucuronoxylans varies during G-layer maturation. RG-I and AGP are best candidate matrix components to be responsible for TW mechanical properties.

International audience; Mechanical tests on micro-samples were performed in the three material directions in normal, opposite, and tension wood collected from a poplar tree. Two custom micro-devices were designed and built in the laboratory to test samples under pure tension in the transverse direction and under 4-point bending conditions in the longitudinal direction. Both devices were designed to handle samples with a small transverse section (a few square mm), which allowed to select zones with homogenous anatomical features. The results indicate a very high longitudinal stiffness in tension wood (up to 35 GPa compared to an average of 18 GPa for normal wood). Considering wood density, the value represents a specific modulus that is nearly 70 % crystalline cellulose. However, tension wood is slightly less stiff in the tangential and radial directions (1,150 vs. 1,500 MPa for normal wood in the radial direction and 430 vs. 530 MPa in the tangential direction).

The lignification process in poplar tension wood lignified cell wall layers, specifically the S(1) and S(2) layers and the compound middle lamella (CML), was analysed using ultraviolet (UV) and transmission electron microscopy (TEM). Variations in the thickness of the gelatinous layer (G-layer) were also measured to clarify whether the lignified cell wall layers had completed their lignification before the deposition of G-layers, or, on the contrary, if lignification of these layers was still active during G-layer formation. Observations using UV microscopy and TEM indicated that both UV absorbance and the degree of potassium permanganate staining increased in the CML and S(1) and S(2) layers during G-layer formation, suggesting that the lignification of these lignified layers is still in progress during G-layer formation. In the context of the cell-autonomous monolignol synthesis hypothesis, our observations suggest that monolignols must go through the developing G-layer during the lignification of CML and the S(1) and S(2) layers. The alternative hypothesis of external synthesis (in the rays) does not require that monolignols go through the G-layer before being deposited in the CML, or the S(1) and S(2) layers. Interestingly, the previous observation of lignin in the poplar G-layer was not confirmed with the microscopy techniques used in the present study.

Angiosperm trees are able to reorient their axes thanks to their capacities to differentiate tension wood on the upper side of stems and branches. In poplar, tension wood fibres develop an extra cell wall layer, named G-layer, responsible for the peculiar mechanical properties of tension wood. G-layer is composed of highly crystalline cellulose microfibrils embedded in a polysaccharide/glycoprotein matrix devoid of lignin. During the G-layer deposition, cellulose microfibrils get oriented parallel to the fibre axis and placed under the state of high tensile stress. Chitinase-like proteins (CTL) have been proposed to play different roles in plant growth and development. Genes encoding CTL have been associated to cellulose synthesis and their mutation causes ectopic deposition of lignin. Transcripts of CTL2 gene were shown to be highly abundant in differentiating tension wood (Déjardin et al., 2004). Its homologue in Arabidopsis is specifically expressed in stems and co-expressed with the CesA genes involved in cellulose synthesis in secondary cell walls (Persson et al., 2005). In our study, we investigated potential function of CTL2 in the formation and mechanical properties of tension wood. Expression of CTL2 was quantified in different tissues and the effects of CTL2 down-regulation have been characterized in GM poplar trees. CTL2 gene appeared highly expressed in xylem with no difference in expression between tension and opposite wood. Downregulation of CTL2 did not seem to impact growth and development of trees in greenhouse conditions. However, stems appeared to be highly breakable in the transverse direction. Anatomical observations of xylem showed altered formation of Glayers in vessel-surrounding fibres in transgenic poplars. Further analyses indicated a substantial increase in wood lignin content. Cellulose crystallinity, microfibril angle and stem mechanical properties are currently assessed. Results will be presented and discussed in the light of present hypothesis regarding CTL2 function in plant development.

International audience; In Eukaryotes, LIM proteins act as developmental regulators in basic cellular processes such as regulating the transcription or organizing the cytoskeleton. The LIM domain protein family in plants has mainly been studied in sunflower and tobacco plants, where several of its members exhibit a specific pattern of expression in pollen. In this paper, we finely characterized in poplar six transcripts encoding these proteins. In Populus trichocarpa genome, the 12 LIM gene models identified all appear to be duplicated genes. In addition, we describe several new LIM domain proteins deduced from Arabidopsis and rice genomes, raising the number of LIM gene models to six for both species. Plant LIM genes have a core structure of four introns with highly conserved coding regions. We also identified new LIM domain proteins in several other species, and a phylogenetic analysis of plant LIM proteins reveals that they have undergone one or several duplication events during the evolution. We gathered several LIM protein members within new monophyletic groups. We propose to classify the plant LIM proteins into four groups: aLIM1, bLIM1, gLIM2, and dLIM2, subdivided according to their specificity to a taxonomic class and/or to their tissue-specific expression. Our investigation of the structure of the LIM domain proteins revealed that they contain many conserved motifs potentially involved in their function.

International audience

En 2011, cinq (5) cultivars de saules ont été sélectionnés pour leur rendement en biomasse. Ils ont été plantés sur quatre sites de la province du Québec et ont été maintenus selon le protocole de la culture intensive sur courtes rotations (CICR) afin de déterminer leur potentiel pour la bioénergie dans des environnements contrastés. La composition et l’anatomie du bois de ces cultivars ont été caractérisées et comparés en fonction des conditions environnementales caractéristiques de chaque site. La hauteur et le diamètre à la base des plantes diffèrent selon les sites. Ainsi, les cultivars répondent de façon spécifique aux conditions pédoclimatiques dans lesquelles ils sont cultivés. L’effet de l’environnement n’a pas été mis en évidence sur la teneur en lignine des cultivars. Cependant, un effet génotypique a pu être constaté soulignant l’importance de la sélectivité des cultivars. La densité du bois a étonnamment conservé la même hiérarchie génotypique entre les sites. À l’opposé, l’anatomie du bois présente des différences notamment au niveau des caractéristiques des fibres et des vaisseaux. Une forte teneur en polyphénols ainsi que des fibres moins larges et des vaisseaux plus nombreux ont été observés sur le site dont le bois est le plus dense supposant l’effet probable d’un stress abiotique. De plus, deux fois plus de fibres gélatineuses, fibres riches en cellulose, ont été identifiées sur ce site montrant un intérêt pour la production de bioéthanol., In 2011, five (5) willow cultivars were selected for biomass yield. They were planted according to SRC (Short Rotation Coppice) protocol on four sites in Quebec (Canada) to determine their bioenergy potential in contrasting environments. Wood composition and anatomical traits were characterized and compared between both genotypes and environmental growing conditions. Tree height and stem diameter differed between sites, and pedoclimatic conditions more favorable for willow growth were identified. However, each cultivar showed a specific response to its environment. While no significant variation in lignin content was observed between sites, a clonal effect confirms the importance of cultivar selection. Surprisingly, the pattern of genotype variability in stem density was the same on all sites. Wood anatomy differed on fiber and vessel traits between high and low wood density sites, which suggests a probable effect of an abiotic stress. Furthermore, twice as many cellulose-rich G fibers were also found at the most dense site, evidence of potential for use in bioethanol production.

In order to face environmental constraints, trees are able to re-orient their axes by controlling the stress level in the newly formed wood layers. Angiosperms and gymnosperms evolved into two distinct mechanisms: the former produce a wood with large tension pre-stress on the upper side of the tilted axis, while the latter produce a wood with large compression pre-stress on the lower side. In both cases, the difference between this stress level and that of the opposite side, in light tension, generates the bending of the axis. However, light values of compression were sometimes measured in the opposite side of angiosperms. By analysing old data on chestnut and mani and new data on poplar, this study shows that these values were not measurement artefacts. This reveals that generating light compression stress in opposite wood contributes to improve the performance of the re-orientation mechanism., Pour s'adapter à l'environnement, les arbres sont capables de contrôler l'état de contraintes des nouvelles couches de bois formé pour réorienter leurs axes. Angiospermes et gymnospermes ont évolué vers deux stratégies différentes : les premiers produisent un bois à forte précontrainte de tension sur la face supérieure de l'axe incliné alors que les derniers mettent en place un bois en précontrainte de compression sur la face inférieure. La différence de contrainte avec la face opposée constituée de bois en légère tension produit un même résultat, la flexion de l'axe. Pourtant, au hasard des expérimentations, des valeurs de compression ont plusieurs fois été observées dans le bois opposé des angiospermes. Cette étude reprend des donnés anciennes sur le châtaignier et le manil et les complète avec des données sur peuplier pour mettre en évidence qu'il ne s'agit par d'erreurs de mesure mais réellement d'une stratégie de ces arbres consistant à produire du bois en légère précontrainte de compression pour une meilleure efficacité du redressement.

Trees can control their shape and resist gravity thanks to their ability to produce wood under tensile stress at their periphery. This prestress is known to be produced during the maturation of wood fibres but its generation mechanism remains unclear. This study focuses on the wood formation process at two levels: i) at the tissue level, the process and timing of tension wood, opposite wood and normal wood formation were investigated on field grown poplar trees and ii) at the cell wall level, the formation of the secondary wall in tension wood was studied in artificially tilted poplar saplings. Results showed that the number of cambial cells at early growing season, and thus the total number of cells produced in the end, on the tension wood side of bent trees increased compared to opposite and normal wood. The total number of opposite wood cells produced obviously decreased as a result of a lower cambial activity on this side. Consequently, one can observe pith eccentricity in the bent trees. The lignification phase starts latter in opposite wood than in tension and normal wood, however no obvious differences were observed between tension and normal wood. The so-called G-layer (gelatinous layer) formed soon after the start of the lignification in tension wood. Although the total number of cells produced on tension wood side was more important than the averaged one produced in upright trees, the total number of cells produced in the whole growth ring of bent trees was similar to the one produced in upright trees. This was the result of a huge reduction in the number of cells produced on the opposite wood side of bent trees. Tilting also had obvious effect on the wall thickening of young poplar. The thickness of the secondary wall layer and G-layer were measured, from cambium to mature wood, in several trees sampled at different times after tilting. Measurements on wood fibres produced before tilting show the usual progressive increase of secondary wall thickness during the growing season. After the tilting date, the secondary layer thickness decreased markedly from normal wood to tension wood while the total thickness increased, compared to normal wood, with the development of a thick G-layer. However, even after the G-layer formation, the secondary layer thickness continues to increase during the growing season. G-layer thickening was observed to be faster than secondary layer thickening. The development of the unlignified GL is proposed to be a low cost but efficient strategy for a fast generation of high tensile stress in hardwood trees.; Les arbres sont capables de contrôler leur forme et de résister à la gravité grâce à leur aptitude à produire du bois sous tension en périphérie. Il est connu que cette précontrainte se développe durant la phase de maturation des fibres de bois mais le mécanisme sous jacent de génération de cette contrainte n'est pas encore clairement identifié et compris. Cette étude se focalise sur la formation du bois à deux échelles : i) à l'échelle du tissus, le processus et la chronologie de la formation du bois de tension, du bois opposé et du bois normal ont été étudiés sur des peupliers élevés en pleine terre et ii) à l'échelle de la paroi, la formation de la couche secondaire dans le bois de tension a été étudiée sur de jeunes peupliers inclinés artificiellement. Les résultats montrent que, du coté du bois de tension d'arbres fléchis, le nombre de cellules cambiales au début de la saison de croissance, et ainsi le nombre total de cellules produites au final, augmente comparé au bois opposé et normal. Le nombre de cellules produites du coté du bois opposé est clairement réduit suite à une baisse de l'activité cambiale de ce coté. En conséquence, les arbres fléchis présentent une croissance excentrique. La phase de lignification commence plus tard dans le bois opposé comparé au bois normal et de tension, mais aucune différence significative n'est constatée entre le bois normal et le bois de tension. Le développement de la couche dite G dans le bois de tension commence peu de temps après le début de la lignification. Bien que le nombre total de cellules produites du coté du bois de tension des arbres fléchis est en moyenne plus important que pour les arbres droits, le nombre total de cellules produites globalement dans un cerne de croissance des arbres fléchis est comparable à celui des arbres droits. Ceci est une conséquence directe de la forte réduction du nombre total de cellules produites du coté du bois opposé pour les arbres fléchis. L'inclinaison a aussi un effet évident sur l'épaississement de la couche cellulaire des jeunes peupliers. L'évolution de l'épaisseur de la couche secondaire et de la couche G a été mesurée, du cambium au bois mature, dans des échantillons, prélevés à différentes dates après inclinaison, issus de plusieurs arbres. Les mesures sur des fibres de bois produites avant inclinaison montrent l'épaississement progressif habituellement observé de la paroi secondaire au cours de la saison de croissance. Après la date d'inclinaison, l'épaisseur de la paroi secondaire diminue de façon marquée du bois normal vers le bois de tension alors que l'épaisseur total de la paroi augmente, comparé au bois normal, avec le développement d'une couche G épaisse. Néanmoins, même après la formation de la couche G, l'épaisseur de la couche secondaire continue d'augmenter au cours de la saison de croissance. L'observation montre que l'épaississement de la couche G est plus rapide que celui de la couche secondaire. Le développement de la couche G non lignifiée pourrait être une stratégie économe, mais efficace, pour la production rapide de contrainte de croissance importante chez les feuillus.

National audience; Les arbres angiospermes sont capables d’orienter ou de réorienter leurs axes grâce à la formation d’un bois particulier, le bois de tension, présentant de très fortes contraintes de maturation, et qui se caractérise, chez le peuplier, par la mise en place dans la paroi secondaire des fibres, d’une couche surnuméraire, la couche G. Cette couche est très riche en microfibrilles de cellulose (MFC) orientées parallèlement à l’axe de la fibre. Il a été récemment montré que les fortes contraintes du bois de tension sont supportées par les MFC de cette couche ( Clair et al. 2011), mais il reste à déterminer quel(s) acteur(s) moléculaire(s) est/sont responsable(s) de leur mise en tension. Récemment, la présence d’un gel de très grande porosité a été mise en évidence dans la couche G (Clair et al. 2008) tandis que des expériences en immunolocalisation ont détecté des pectines de type RGI dans cette même couche (Guedes et al. submited). La comparaison des marquages obtenus avec des anticorps soit spécifiques du squelette RGI, soit spécifiques des chaines latérales en β 1-4 galactane, suggère que ces chaînes latérales sont hydrolysées au cours de la maturation de la couche G, comme ce qui est observé dans les fibres périphloémiennes de lin ( Roach et al. 2011), des fibres très similaires aux fibres G du bois de tension. Ainsi, notre hypothèse est que les RGI hydrolysés par une galactosidase formeraient le gel observé et que ce gel est à l’origine de la mise en tension des MFC. Dans cette perspective, nous nous sommes intéressés à déterminer le niveau d’expression de l’ensemble des 23 gènes β-GAL présents sur le génome de Populus trichocarpa, dans le bois de tension et le bois opposé de peuplier (Populus tremula x Populus alba). Seul le gène β-GAL 7 montre une expression spécifique dans le bois de tension chez tous les individus évalués; de façon intéressante, la séquence de β-GAL 7 est l’orthologue de la β-GAL (Luβ-GAL40) identifiée dans les fibres de lin. Cette analyse d’expression est actuellement complétée par une étude plus large sur le niveau d’expression des 23 β-GAL dans différents tissus de peupliers (bourgeon apical, feuilles, racines, graines notamment). De même, nous avons introduit une partie spécifique de la séquence de β-GAL 7 dans le vecteur pHellsgate8 afin de créer des peupliers transgéniques sous-exprimant cette β-GAL 7 par stratégie RNAi et de les évaluer finement pour leur capacité à fabriquer un bois de tension efficace.

National audience; Le bois dans l’arbre est un tissu multifonctionnel qui assure diverses fonctions métaboliques (stockage, défense, réparation…) tout en constituant à la fois un système vasculaire (permettant le transport de sève), un système squelettique (fournissant rigidité et résistance à la tige) et un système « musculaire » (lui permettant de contrôler sa forme et son orientation). Cette dernière fonction, qui est sans doute la moins connue et la moins étudiée, a une importance fondamentale pour permettre aux arbres de croître en hauteur. En effet, compte tenu de l’élancement des tiges, leur croissance en hauteur dans le champ de pesanteur est un phénomène intrinsèquement instable, qui résulterait invariablement en un port pleureur si un mécanisme actif de contrôle de l’orientation (gravitropisme) n’était pas en place (Moulia et Fournier 2009). Ce mécanisme est assuré par la différenciation de bois de réaction (bois de tension pour les feuillus, bois de compression pour les résineux) d’un côté de la tige, qui lui permet de changer localement sa courbure, et donc de modifier de façon dynamique sa forme et son orientation. Le mécanisme à l’échelle de la tige est bien compris : les cellules de bois de réaction, lors de leur formation, développent dans leur paroi de fortes contraintes mécaniques (dites contraintes de maturation), et la distribution asymétrique de ces contraintes autour de la tige induit un moment fléchissant qui est à l’origine des variations de courbure (Alméras et Fournier 2009). Cependant, à l’échelle microscopique, les mécanismes restent largement méconnus : qu’est-ce qui, lors de la maturation des parois cellulaires de bois de réaction, génère des contraintes de forte intensité ?Pour le bois de compression, des modèles existent qui permettent de rendre compte de la relation entre fonction et microstructure des parois cellulaires (Alméras et al. 2005). Mais la question reste ouverte pour les bois de tension à couche G, pour lesquels la relation entre la fonction (se contracter dans la direction de la fibre) et les caractéristiques microstructurales (cellulose abondante, très cristalline et orientée parallèlement à l’axe de la fibre) semblent au premier abord paradoxales. Cette présentation a pour objet de faire le point sur cette question, en confrontant les différentes hypothèses formulées dans la littérature à un ensemble d’observations expérimentales (e.g. Clair et al. 2011) et de considération mécaniques, puis de proposer un modèle qui semble compatible avec les résultats les plus récents sur la question.

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Thèse réalisée en partie dans le cadre de l'ANR "Stress in Trees" (ANR-12- BS09-0004); Trees are long-living organisms which develop in a variable environment. During theirformation, they generate a tensile mechanical stress called maturation stress to fulfil essentialbiomechanical functions. In angiosperm species, trees adapt the mechanical state byproducing tension wood with high tensile stresses on the upper side of the leaning stem.Despite considerable research in this field during a number of years, the current knowledge onthe mechanism of the active stress generation in tension wood is still incomplete and needsimprovement.The first part of this study was to advance the understanding on the composition andorganisation of polymers within the secondary cell wall, as well as its orientation during thematuration of tension wood cell wall. Measurements performed on FTIR microscopyindicated that already before G-layer formation, a more ordered structure of carbohydrates atan angle more parallel to the fibre axis exists in tension wood. This was clearly different tothe behaviour of opposite wood. In tension wood, the lignin was more highly oriented in theS2 layer than in opposite wood. With the formation of the S2 layer in opposite wood and theG-layer in tension wood, the orientation signals from the amorphous carbohydrates likehemicelluloses and pectins were different between opposite wood and tension wood. Fortension wood, the orientation for these bands remains the same all along the cell wallmaturation process, probably reflecting a continued deposition of xyloglucan or xylan, withan orientation different to that in the S2 wall, throughout the whole process.The second part of this study was to improve the current knowledge on the matrix behaviourby studying the mesoporosity and its evolution during the building and maturation of tensionwood cell wall. Results on two kinds of tension wood suggested that mesoporosity can alwaysbe detected near cambium zone for both tension and opposite wood. The high porositydecreased gradually with the lignification in the developing cell wall, with an exception intension wood with G-layer. The typical ink-bottle pore and the increase of median pore sizeare observed in both kinds of tension wood, indicating non-G-layer species may share thesame mechanism of tensile stress generation as in tension wood with G-layer.This study aims to contribute an increased understanding on the maturation stress generationin trees and may allow to improve the modelling of matrix behaviour during cell wallmaturation.; Les arbres sont des organismes de grande longévité qui se développent dans unenvironnement variable. Au cours de leur formation, ils génèrent une tension appeléecontrainte de maturation pour remplir des fonctions biomécaniques essentielles. Chez lesangiospermes, les arbres adaptent leur état mécanique par la production de bois de tensionavec de fortes contraintes de traction sur la face supérieure de la tige penchée. Malgré lesrecherches considérables dans ce domaine durant de nombreuses années, les connaissancesactuelles sur le mécanisme de la génération active de contrainte dans le bois de tension sontencore incomplètes et doivent être améliorées.La première partie de cette étude était de faire progresser la compréhension de la compositionet de l'organisation des polymères de la paroi cellulaire secondaire, ainsi que leur orientationau cours de la maturation de la paroi cellulaire du bois de tension. Les mesures effectuées surla microscopie FTIR ont indiqué qu’avant même la formation de la couche G, il existait unestructure d’hydrates de carbone ordonnée à un angle plus parallèle à l’axe de la fibre dans lebois de tension. Ces résultats étaient clairement différents du comportement du bois opposé.Dans le bois de tension, la lignine était plus fortement orientée dans la couche S2 que dans lebois opposé. Avec la formation de la couche S2 dans le bois opposé et de la couche G dans lebois de tension, les signaux d'orientation des hydrates de carbone amorphes tels que leshémicelluloses et les pectines sont différents entre le bois de tension et le bois qui lui estopposé. Pour les bois de tension, l'orientation de ces bandes est la même tout au long duprocessus de maturation de la paroi cellulaire, ce qui reflète probablement un dépôt continu dexyloglucane ou de xylane, avec une orientation différente de celle de la paroi S2 pendant toutle processus.La seconde partie de ce travail était d’améliorer les connaissances actuelles sur lecomportement de la matrice par l'étude de la mésoporosité et de son évolution lors de laconstruction et de la maturation de la paroi cellulaire du bois de tension. Les résultats surdeux types de bois de tension suggèrent que la mésoporosité peut toujours être détectée prèsde la zone de cambium autant pour le bois de tension que pour le bois opposé. La forteporosité diminue progressivement avec la lignification dans la paroi cellulaire endéveloppement, avec une exception pour le bois de tension à couche G. La porosité de typebouteille d’encre et l'augmentation de la taille médiane des pores sont observées dans les deuxtypes de bois de tension, indiquant que les espèces de bois de tension avec et sans couches Gpeuvent partager le même mécanisme de génération de contrainte de traction.Cette étude contribue à une meilleure compréhension de la génération de contraintes dematuration dans les arbres et peut servir de base pour l'amélioration de la modélisation ducomportement de la matrice au cours de la maturation de la paroi cellulaire.

absent

This work aimed at characterizing the composition in polysaccharides of poplar tension wood fibres and a possible correlation with mechanisms for creating tension. Firstly, we isolated G-layers from tension wood formed in young poplars which grows in a greenhouse under controlled conditions and determine its polysaccharides composition and the structure of these polysaccharides. Therefore, we investigate the polysaccharide distribution during tension and opposite wood fibres differentiation by using 178 antibodies raised against the major wall polysaccharides. The distribution and function of two fasciclin-like arabinogalactan proteins were studied using two antibodies produced to this end and the function of one of the proteins were studied by reverse genetics. This work show an evolution in the polysaccharides composition of G-layer through its differentiation and also differences concerning S2 layer composition between tension and opposite wood fibres. No evidences for the presence of xyloglucans in the G-layer. However, this work shows the presence of a high quantity of RG-I type pectin which may be implicated in a gel-like structure formation which swelling could be responsible for tension creation in cellulose microfibrils. Our results suggest an implication of fasciclin-like arabinogalactan proteins in G-layer construction. Further, this work opens up new perspectives towards identification of molecular basis of tension creation in tension wood., Cette thèse visait à caractériser la composition en polysaccharides des fibres de bois de tension chez le peuplier et établir de possibles corrélations avec les mécanismes de création de la tension. A cette fin, nous avons étudié le bois de jeunes peupliers qui ont poussé sous conditions contrôlées. Nous avons pu déterminer la composition en polysaccharides des couches G isolées ainsi que la structure de ces polysaccharides. L’évolution de cette composition au long de la différentiation du bois de tension et du bois opposé a été évaluée à l’aide de 178 anticorps dirigés contre les principaux polysaccharides pariétales. La fonction de deux protéines à arabinogalactanes avec domaine fascicline-like a été également étudiée à l’aide des anticorps produits à cet effet. La génétique inverse a été également utilisée pour compléter l’étude de la fonction d’une de ces protéines dans la formation du bois de tension. Les résultats obtenus ont mis en évidence une évolution de la composition de la couche G au cours de la différenciation. Des différences entre la composition de la couche S2 des fibres du bois de tension et du bois opposé ont aussi été détectées. Une grande quantité de pectines de type RG-I a été décelé dans la couche G, molécules qui pourraient participer à la formation d’un gel. Le gonflement de ce gel serait responsable de la mise en tension des microfibrilles de cellulose. Cependant, nos travaux ne montrent aucune évidence pour la présence de xyloglucanes dans la couche G. Des indices en faveur de l’implication des FLAs dans la construction de la couche G ont été également trouvés dans cette étude. Ce travail de thèse ouvre des perspectives pour l’identification du déterminisme moléculaire à l’origine de la création de la tension dans le bois de tension.

National audience

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Cette thèse visait à caractériser la composition en polysaccharides des fibres de bois de tension chez le peuplier et établir de possibles corrélations avec les mécanismes de création de la tension. A cette fin, nous avons étudié le bois de jeunes peupliers qui ont poussé sous conditions contrôlées. Nous avons pu déterminer la composition en polysaccharides des couches G isolées ainsi que la structure de ces polysaccharides. L’évolution de cette composition au long de la différentiation du bois de tension et du bois opposé a été évaluée à l’aide de 178 anticorps dirigés contre les principaux polysaccharides pariétales. La fonction de deux protéines à arabinogalactanes avec domaine fascicline-like a été également étudiée à l’aide des anticorps produits à cet effet. La génétique inverse a été également utilisée pour compléter l’étude de la fonction d’une de ces protéines dans la formation du bois de tension. Les résultats obtenus ont mis en évidence une évolution de la composition de la couche G au cours de la différenciation. Des différences entre la composition de la couche S2 des fibres du bois de tension et du bois opposé ont aussi été détectées. Une grande quantité de pectines de type RG-I a été décelé dans la couche G, molécules qui pourraient participer à la formation d’un gel. Le gonflement de ce gel serait responsable de la mise en tension des microfibrilles de cellulose. Cependant, nos travaux ne montrent aucune évidence pour la présence de xyloglucanes dans la couche G. Des indices en faveur de l’implication des FLAs dans la construction de la couche G ont été également trouvés dans cette étude. Ce travail de thèse ouvre des perspectives pour l’identification du déterminisme moléculaire à l’origine de la création de la tension dans le bois de tension., This work aimed at characterizing the composition in polysaccharides of poplar tension wood fibres and a possible correlation with mechanisms for creating tension. Firstly, we isolated G-layers from tension wood formed in young poplars which grows in a greenhouse under controlled conditions and determine its polysaccharides composition and the structure of these polysaccharides. Therefore, we investigate the polysaccharide distribution during tension and opposite wood fibres differentiation by using 178 antibodies raised against the major wall polysaccharides. The distribution and function of two fasciclin-like arabinogalactan proteins were studied using two antibodies produced to this end and the function of one of the proteins were studied by reverse genetics. This work show an evolution in the polysaccharides composition of G-layer through its differentiation and also differences concerning S2 layer composition between tension and opposite wood fibres. No evidences for the presence of xyloglucans in the G-layer. However, this work shows the presence of a high quantity of RG-I type pectin which may be implicated in a gel-like structure formation which swelling could be responsible for tension creation in cellulose microfibrils. Our results suggest an implication of fasciclin-like arabinogalactan proteins in G-layer construction. Further, this work opens up new perspectives towards identification of molecular basis of tension creation in tension wood.

National audience

Trees are able to modify the orientation of their trunk and branches by asymmetrical production of prestressed wood. Biomechanical models designed to simulate these movements exist, but they cannot fit the righting-up movement (also called gravitropism) of young poplar trees at the intra-annual scale. The lack of knowledge of green wood maturation and mechanical properties is suspected to be responsible for this discrepancy. The aims of this study are to characterize mechanical properties of green wood during the maturation process, and to develop a biomechanical model that simulates quantitatively the gravitropism of young poplars. Nonlinear mechanical behavior is observed in cyclic tensile tests performed on thin lamellas of green wood. A relationship between stiffness and strain enables the characterization of this behavior. The intra-ring evolution of modulus of elasticity is measured using 3-points bending tests on small boards. Both of these experimental campaigns show that wood stiffness increases then decreases while cells are maturating. Creep tests show that green wood viscoelastic behaviour is described by a Burgers’ model. As a result, green wood viscoelastic properties are determined. These mechanical properties are used in a new biomechanical model designed for considering spatio-temporal evolutions of wood properties. Then the gravitropic movements of young poplars are simulated by considering viscoelastic behaviour of green wood, continuous maturation of cells, and variation of maturation strains along the growing season., Les arbres sont capables de modifier l’orientation de leurs branches et de leur tronc par la production asymétrique de bois précontraint. Il existe des modèles biomécaniques développés pour simuler ces mouvements, mais ils ne simulent pas correctement le redressement (ou mouvement gravitropique) de jeunes arbres à l’échelle de temps intra-annuelle. La méconnaissance de la cinétique de maturation et des propriétés mécaniques du bois vert est responsable de ces résultats. Les travaux présentés dans ce mémoire ont pour objectifs de caractériser le comportement mécanique du bois vert au cours de sa maturation, et de développer un modèle biomécanique qui puisse simuler quantitativement le gravitropisme de jeunes peupliers. Des comportements mécaniques non-linéaires sont révélés par des essais de traction cycliques sur de fines lamelles de bois vert. Ils sont quantifiés par une grandeur mécanique liant rigidité et déformation. Des essais de flexion réalisés sur des planchettes renseignent quant à eux sur l’évolution intra-cerne du module élastique. Ces campagnes d’essais montrent une augmentation puis une diminution du module au cours de la maturation des cellules. Des essais de fluage indiquent que le comportement viscoélastique du bois vert se modélise par un modèle de Burgers. Les propriétés viscoélastiques du bois vert sont ainsi déterminées. Les propriétés mécaniques obtenues sont utilisées dans un modèle biomécanique développé pour modéliser l’évolution spatio-temporelle des propriétés. Le gravitropisme de jeunes peupliers est alors modélisé grâce à la prise en compte du comportement viscoélastique du bois vert, de la maturation continue des cellules, et de la variation des déformations de maturation au cours de la saison de végétation.

Trees are able to modify the orientation of their trunk and branches by asymmetrical production of prestressed wood. Biomechanical models designed to simulate these movements exist, but they cannot fit the righting-up movement (also called gravitropism) of young poplar trees at the intra-annual scale. The lack of knowledge of green wood maturation and mechanical properties is suspected to be responsible for this discrepancy. The aims of this study are to characterize mechanical properties of green wood during the maturation process, and to develop a biomechanical model that simulates quantitatively the gravitropism of young poplars. Nonlinear mechanical behavior is observed in cyclic tensile tests performed on thin lamellas of green wood. A relationship between stiffness and strain enables the characterization of this behavior. The intra-ring evolution of modulus of elasticity is measured using 3-points bending tests on small boards. Both of these experimental campaigns show that wood stiffness increases then decreases while cells are maturating. Creep tests show that green wood viscoelastic behaviour is described by a Burgers’ model. As a result, green wood viscoelastic properties are determined. These mechanical properties are used in a new biomechanical model designed for considering spatio-temporal evolutions of wood properties. Then the gravitropic movements of young poplars are simulated by considering viscoelastic behaviour of green wood, continuous maturation of cells, and variation of maturation strains along the growing season.; Les arbres sont capables de modifier l’orientation de leurs branches et de leur tronc par la production asymétrique de bois précontraint. Il existe des modèles biomécaniques développés pour simuler ces mouvements, mais ils ne simulent pas correctement le redressement (ou mouvement gravitropique) de jeunes arbres à l’échelle de temps intra-annuelle. La méconnaissance de la cinétique de maturation et des propriétés mécaniques du bois vert est responsable de ces résultats. Les travaux présentés dans ce mémoire ont pour objectifs de caractériser le comportement mécanique du bois vert au cours de sa maturation, et de développer un modèle biomécanique qui puisse simuler quantitativement le gravitropisme de jeunes peupliers. Des comportements mécaniques non-linéaires sont révélés par des essais de traction cycliques sur de fines lamelles de bois vert. Ils sont quantifiés par une grandeur mécanique liant rigidité et déformation. Des essais de flexion réalisés sur des planchettes renseignent quant à eux sur l’évolution intra-cerne du module élastique. Ces campagnes d’essais montrent une augmentation puis une diminution du module au cours de la maturation des cellules. Des essais de fluage indiquent que le comportement viscoélastique du bois vert se modélise par un modèle de Burgers. Les propriétés viscoélastiques du bois vert sont ainsi déterminées. Les propriétés mécaniques obtenues sont utilisées dans un modèle biomécanique développé pour modéliser l’évolution spatio-temporelle des propriétés. Le gravitropisme de jeunes peupliers est alors modélisé grâce à la prise en compte du comportement viscoélastique du bois vert, de la maturation continue des cellules, et de la variation des déformations de maturation au cours de la saison de végétation.

International audience; In hardwood trees, tension wood formation is a remarkable adaptive mechanism that makes possible for the tree to reorient its axis. Tension wood differs from normal wood by anatomical, chemical and physical characteristics: it is less lignified, and contains more cellulose of higher crystallinity, with longitudinally oriented microfibrils. In poplar, tension wood fibers harbor an extra cell wall layer, named G-layer, responsible for the peculiar mechanical properties of tension wood (1). We propose that differences between tension and normal wood mechanical properties are linked to the polysaccharide composition of the G-layer. In order to investigate the nature of these links, we realized immunolocalisation studies with light microscope observation. 158 monoclonal antibodies (from CCRC, LM, JIM and MAC series) raised against various epitopes specific to different families of plant cell wall polysaccharides were tested. For each antibody tested, we analyzed where labeling was present, not only between tension and opposite wood (that is completely devoid of G-fibres), but also according to cell type, cell wall layer, and this along the gradient of xylem cell differentiation. Most antibodies directed against xyloglucans, fucosylated or not, specifically labeled the primary wall / middle lamella in both tension and opposite wood fibers. This was also the case for several antibodies specific to rhamnogalacturonans I. Some other antibodies labeled only the S2 layer, such as most antibodies directed against xylans, whereas, unexpectedly, a few other xylan-specific antibodies exhibited a wider range of labeling. None of the antibody tested was able to specifically label opposite wood cell walls. On the contrary, among all the antibodies directed against rhamnogalacturonan I or arabinogalactan epitopes that were tested, eighteen of them specifically labeled the G-layer in tension wood fibers and, for some of them, the labeling was restricted to newly formed G-layers. Overall, from the signals obtained with each of the antibody tested, differences between tension and opposite wood fibers when observed were only detected at the level of the G-layer whose composition appears to evolve throughout its maturation. Furthermore, our study strongly suggests the involvement of specific arabinogalactan-proteins and pectins during G-layer construction. Finally, we optimized a procedure for G-layer isolation in order to analyze the polysaccharide composition of purified G-layers by mass spectrometry. In the presentation, we will discuss more in details all the results obtained using these two complementary approaches.

International audience; Context and aim : This study aimed to examine the effect of the tension wood G‐layer on the viscoelastic properties of wood. Methods : Tension wood and opposite wood samples were obtained from six French Guianese tropical rainforest species (Sextonia rubra, Ocotea guyanensis, Inga alba, Tachigali melinoni, Iyranthera sagotiana and Virola michelii); the tension wood of the former three of these species had a Glayer, whilst the tension wood from the latter three had no Glayer. Tensile dynamic mechanical analysis (DMA) was performed on green never dried wood samples in the longitudinal direction with samples submerged in a water bath at a temperature (30°C) and frequency (1 Hz) representative of the conditions experienced by wood within a living tree. Then, DMA was repeated with samples conditioned to an air-dried state. Finally, samples were oven-dried to measure longitudinal shrinkage. Results : Tension wood did not always have a higher longitudinal storage (elastic) modulus than opposite wood from the same tree regardless of the presence or absence of a G‐layer. For the species containing a G‐layer, tension wood had a higher damping coefficient and experienced a greater longitudinal shrinkage upon drying than opposite wood from the same species. No difference was found in damping coefficients between tension wood and opposite wood for the species that had no G‐layer. Conclusion : It is proposed that the different molecular composition of the G-layer matrix has an influence on the viscoelasticity of wood, even if a biomechanical gain is not yet clear. This study shows that rheological properties and longitudinal shrinkage can be used to detect the presence of a G‐layer in tension wood.

Plant LIM domain proteins may act as transcriptional activators of lignin biosynthesis and/or as actin binding and bundling proteins. Plant LIM genes have evolved in phylogenetic subgroups differing in their expression profiles: in the whole plant or specifically in pollen. However, several poplar PtLIM genes belong to uncharacterized monophyletic subgroups and the expression patterns of the LIM gene family in a woody plant have not been studied., In this work, the expression pattern of the twelve duplicated poplar PtLIM genes has been investigated by semi quantitative RT-PCR in different vegetative and reproductive tissues. As in other plant species, poplar PtLIM genes were widely expressed in the tree or in particular tissues. Especially, PtXLIM1a, PtXLIM1b and PtWLIM1b genes were preferentially expressed in the secondary xylem, suggesting a specific function in wood formation. Moreover, the expression of these genes and of the PtPLIM2a gene was increased in tension wood. Western-blot analysis confirmed the preferential expression of PtXLIM1a protein during xylem differentiation and tension wood formation. Genes classified within the pollen specific PLIM2 and PLIM2-like subgroups were all strongly expressed in pollen but also in cottony hairs. Interestingly, pairs of duplicated PtLIM genes exhibited different expression patterns indicating subfunctionalisations in specific tissues., The strong expression of several LIM genes in cottony hairs and germinating pollen, as well as in xylem fibers suggests an involvement of plant LIM domain proteins in the control of cell expansion. Comparisons of expression profiles of poplar LIM genes with the published functions of closely related plant LIM genes suggest conserved functions in the areas of lignin biosynthesis, pollen tube growth and mechanical stress response. Based on these results, we propose a novel nomenclature of poplar LIM domain proteins.

Wood is a complex, heterogeneous and anisotropic material. Its mechanical properties are highly variable according to the species and scale considered. In order to better understand the behaviour of wood in relation to its structure, this PhD work proposes an experimental study at the tissue scale. This work is performed on several types of wood: poplar, including tension wood and spruce. Considering the small dimensions of the tested samples, a "non-contact" method is used to limit perturbations, therefore ensuring the measurement precision.The first series of measurements were realised in the three zones (tension, normal, opposite) and for the three material directions (longitudinal, radial and tangential) of an inclined poplar tree. The results obtained allowed us to compare the mechanical properties of poplar wood in all zones in relation to their microscopic features.The second series of tests were performed in the chamber of an ESEM (Environmental Scanning Electron Microscope) on hardwood (poplar) and softwood (spruce). With the images obtained during the test, from the elastic zone to the densification, the response of each type of wood to the same solicitation is presented and commented.Finally, some numerical modelling by the MPM (Material Point Method) is proposed as prospects of the present work. It will allow the mechanical behaviour of wood in large deformation to be predicted., Le bois est un matériau complexe, hétérogène et anisotrope. Ses propriétés mécaniques varient fortement en fonction de l'essence et de l'échelle considérées. Pour mieux comprendre le comportement du bois en fonction de sa structure, nous proposons dans le cadre de cette thèse une étude expérimentale à l'échelle des tissus qui est réalisée sur plusieurs types de bois : bois de peuplier, y compris bois de tension et bois d'épicéa. Compte tenu des faibles dimensions des échantillons testés, les mesures de déformation sont effectuées " sans contact " afin de s'assurer de ne pas perturber l'échantillon en cours de l'essai.Les premières séries de mesures sont réalisées sur les trois zones (tendue, normale, opposée) et selon les 3 directions matérielles (longitudinale, radiale et tangentielle) d'une tige de peuplier inclinée. Les résultats obtenus permettent de comparer des comportements mécaniques du bois de peuplier dans toutes les zones considérées en fonction de ses propriétés microscopiques.Les deuxièmes séries de mesures sont réalisées en compression, grandes déformations, dans la chambre d'un ESEM (Microscope électronique à balayage environnemental) sur du bois feuillu (peuplier) et sur du bois résineux (épicéa). Grâce aux images obtenues en période d'essai, du domaine élastique jusqu'à la densification, la réponse de chaque type du bois à la même sollicitation est illustrée.Enfin, une partie de la modélisation numérique par la MPM (Materiel Point Method) est proposée dans notre projet envisagé comme prolongement de ce travail. Il permettra de simuler le comportement mécanique du bois en grande déformation.

National audience; Lorsqu’un arbre feuillu est incliné en raison d’une contrainte gravitationnelle ou mécanique (vent, sol en pente), il met en place sur la partie supérieure des tiges inclinées, un bois de réaction, appelé bois de tension permettant aux tiges de retrouver une position d’équilibre (bien souvent verticale). Au niveau anatomique, le bois de tension se caractérise par la présence de fibres particulières aux parois très épaisses, appelées fibres G. La paroi des fibres G présente une couche surnuméraire, pauvre en lignines, très riche en cellulose dont les microfibrilles sont orientées quasi parallèlement à l’axe de la fibre. Le bois de tension représente un bon système biologique pour décrypter certains mécanismes importants de la formation du bois. Les facteurs de transcription (FT) jouent un rôle central dans la régulation de ces mécanismes. L’objectif de ces travaux est d’identifier les séquences d’ADN cibles de certains FT choisis (Myb1, Myb21, VND7), potentiellement importants pour la formation du bois. Pour cela, la technique ChIP-SEQ (Immunoprécipitation de chromatine suivie par un séquençage à très haut-débit) a été développée afin d’identifier in vivo ces ADN cibles. Cette technique, bien que souvent employée en biologie animal [1] [2], est encore peu utilisée en biologie végétal. Suite à la ChIP, une analyse qPCR permet de mesurer l’enrichissement des cibles connues afin de vérifier l’efficacité de l’immunoprécipitation, avant de séquencer les échantillons. Actuellement les premiers essais de ChIP, analysés en qPCR, ont permis de valider la méthode, et ont mis en évidence l’enrichissement en un promoteur cible connu pour un des FT choisis. L’avancée des résultats sera présentée lors du congrès.

The industrial development led to an increase in the concentration of atmospheric carbon dioxide but also resulted in an increase of tropospheric ozone concentrations. Ozone has been suggested to cause the greatest amount of damage to vegetation as compared to other gaseous pollutants. On the opposite, elevated carbon dioxide is usually observed to enhance tree photosynthesis and growth. We investigated the effects of elevated carbon dioxide and/or ozone on wood formation in young poplars. Trees were bent in order to induce tension wood formation on the upper side of the stem and opposite wood on the lower side. Under ozone, lignin and cellulose biosynthesis decreased probably due to lower availability in carbon skeletons. Cellulose was more affected than lignin resulting in a reduction of cellulose to lignin ratio in wood. Wood anatomy and density was also modified by ozone. Tension wood was generally more altered than opposite wood. All these results showed a strong impact of ozone on wood formation and wood quality and suggested a coordinated regulation of lignin and cellulose synthesis. Elevated carbon dioxide had a low impact on wood formation but the combination with ozone resulted in an attenuation of ozone effects.

Rapport de M1 sous forme d'un poster

Ce document reprend la structure de mon dossier de candidature au CNRS avec une réflexion sur le contexte et les enjeux de mes recherches suivi d'un aperçu rapide de mes activités de recherche. Ensuite, j'ai voulu montrer l'enchainement logique des travaux qui nous ont conduit à résoudre l'énigme du retrait paradoxal du bois de tension. Cette question qui depuis le début, il y a 10 ans, est présente dans mes recherches trouve aujourd'hui des éléments de réponse. Enfin, mon curriculum vitae donne une idée de ma production scientifique, de mes activités de formation et d'encadrement, de mon implication dans la vie de la recherche localement, au niveau national et international.

Master; In response to environmental stimuli such as wind, snow, slope or asymmetric crown shape, leaning woody plants form a special tissue, named reaction wood, which allows tree axis reorientation. In angiosperm trees, this reaction wood is associated with tensile strains and consequently has been named tension wood (TW). In poplar, TW is mainly characterized by xylem fibres which are poorly lignified and have an extra thick gelatinous secondary layer, named G layer, in the secondary cell wall. This G layer contains almost completely pure crystalline cellulose with microfibrils oriented nearly parallel to the axis of the fibre. The aim of this experiment is to investigate genome-wide expression patterns in tension wood in response to nyctemeral variation. For this purpose, samples were collected from a kinetic experiment every 6 hours over a period of 24h from young stems inclined. Expression data of the genome-wide were obtained using the poplar Affymetrix array, Using bioinformatics tools, the transcriptomic analysis have identified proteins involved in the regulation of the daily biological rhythm. The level of expression of these candidate genes was verified by RT-PCR semi-quantitative.; En réponse aux stimuli environnementaux, comme le vent, la neige ou la pente, les plantes ligneuses inclinées forment un tissu spécial, nommé le bois de réaction, qui permet à l'arbre de réorienter son axe. Dans les angiospermes, ce bois de réaction est associé à des contraintes de tension et, par conséquent, a été nommé le bois de tension (BT). Chez le peuplier, le BT est principalement caractérisé par les fibres de xylème qui sont mal lignifiées et possèdent une épaisse couche secondaire gélatineuse, appelée couche G, dans la paroi cellulaire secondaire. Cette couche G contient principalement de la cellulose cristalline avec des microfibrilles orientées parallèlement à l'axe de la fibre. L'objectif de ce travail est d'étudier les profils d'expression du génome complet dans le bois de tension dans la réponse à la variation nyctéméral. Pour cela, à partir de jeunes tiges inclinées, des échantillons ont été prélevés en cinétique toutes les 6 heures sur 24 heures. Des données d'expression du génome entier ont été recueillies grâce aux expériences sur puce de peuplier Affymetrix. En utilisant des outils de bioinformatique, ces analyses transcriptomiques ont notamment permis d'identifier des protéines impliquées dans la régulation du rythme biologique journalier. Le niveau d'expression de ces gènes candidats a été vérifié en RT-PCR semi quantitative.

Les gènes LIM de plantes sont exprimés dans tous les tissus ou spécifiquement dans le pollen. Les protéines à domaine LIM de plantes auraient une double fonction cellulaire agissant comme facteur de transcription activant la synthèse de la lignine ou comme protéine liant et empaquetant les filaments d’actines. Ce travail de thèse présente la première étude de la famille de protéines à domaine LIM chez le peuplier. Six paires de gènes LIM ont été identifiées dans le génome séquencé de Populus trichocarpa, et la comparaison avec les modèles de gènes LIM d’Arabidopsis et de riz révèle une structure génomique très conservée. L’analyse de 155 unigènes LIM additionnels chez les plantes a permis de définir quatre groupes phylogénétiques distincts divisés en plusieurs sous-groupes monophylétiques différant par des spécificités d’expression tissulaires et/ou par des spécificités taxonomiques. L’analyse de l’expression de ces gènes par RT-PCR semi quantitative dans différents tissus et organes de peuplier montre que certains gènes sont préférentiellement exprimés dans les tissus vasculaires, alors que d’autres sont fortement exprimés dans le pollen ou dans les fibres de coton. La protéine PtaGLIM1a qui définit un nouveau sous-groupe FLIM1, est fortement exprimée dans le bois de tension. De plus, cette protéine subirait des modifications posttraductionnelles particulières dans le bois. Enfin, ces résultats suggèrent un rôle des protéines LIM de plantes dans certains aspects de l’expansion cellulaire., Plant LIM genes are expressed either in the whole plant or specifically in pollen. Plant LIM domain proteins may have a dual function as transcription factor activating lignin biosynthesis and/or as an actin binding and bundling protein. This PhD thesis work presents the first study on the LIM domain protein family in poplar. Six pairs of LIM genes have been identified in the sequenced Populus trichocarpa genome, and comparison with the gene models from Arabidopsis and rice show a highly conserved genomic structure. The analysis of 155 additional LIM unigenes from plants allows us to define four distinct phylogenetic groups divided into several monophyletic subgroups that differ by their tissue expression specificities and/or their taxonomic specificities. The semi quantitative RT-PCR expression analysis of these genes in different poplar tissues reveals that several genes are preferentially expressed in vascular tissues whereas others are highly expressed in pollen or in cotton fibers. The PtaGLIM1a protein that defines a new FLIM1 subgroup is highly expressed in tension wood. Moreover, this protein could undergo specific post-translational modifications in wood. Finally, these results suggest that plant LIM domain proteins may control some aspects of cell expansion.

On 10 trees from 10 species of French Guyana tropical rainforest in a clear active process of restoring verticality growth strains were measured in situ in order to determine the occurrence of tension wood within samples. Wood specimens were cut in the vicinity of the growth strains measurements in order to measure some mechanical and physical properties. As suspected, tensile growth strains was very much higher in tension wood zone, because longitudinal modulus of elasticity was slightly higher. Longitudinal shrinkage was also much higher in tension wood than in opposite wood., Des mesures de contraintes de croissance ont été réalisées sur 10 arbres en cours de redressement actif appartenant à 10 espèces de la forêt tropicale humide de Guyane Française afin de s'assurer de la présence de bois de tension. Des échantillons de bois, prélevés au voisinage des mesures de contraintes de croissance, ont permis de mesurer un certains nombres de propriétés physiques et mécaniques. Comme présumé les contraintes de croissance sont beaucoup plus élevées au niveau du secteur de bois de tension, car le module d'élasticité est légèrement plus élevé. Le retrait longitudinal est aussi plus élevé dans le bois de tension que dans le bois opposé.

International audience; The main wood quality problem affecting poplar trees is tension wood occurrence associated to end-splits after felling, distortions of products, woolly wood, etc. The objective of this study was to estimate the occurrence of tension wood by using the external shape of the stem and the 3D distribution of annual growth rings. This paper is the first of two papers and presents the inter-clonal and intra-tree tension wood variability. A clear clonal-effect was observed on tension wood area percentage (I-MC>I214>Luisa Avanzo). The clone with the best tree morphology (I-MC) showed the highest percentage of tension wood (15.3%). Concerning the intra-tree variability, tension wood extent increased significantly at the tree base (< 30-50 cm). In the radial direction of the stem, the percentage of tension wood showed an U-shape distribution. The first peak, close to the pith, corresponds to the "establishment growth period" during the open growth and the second peak, close to the bark corresponds to the "competition growth period"; Le principal problème de qualité affectant les peupliers est la présence de bois de tension associée aux fentes à l'abattage, aux déformations des sciages, ou au bois pelucheux... L'objectif principal de ce travail est d'estimer la distribution du bois de tension à partir de la forme détaillée de l'arbre et de son empilement de cernes en 3D. Cet article est le premier d'une série de deux, où nous présentons la variabilité inter-clonale et intra-arbre du bois de tension. L'analyse de la variabilité du pourcentage surfacique de bois de tension met en évidence un fort effet clone (I-MC>I214>Luisa Avanzo) et montre aussi que le clone avec la meilleure conformation morphologique (I-MC) présente la proportion de bois de tension plus élevée (15.3 %). En ce qui concerne la variabilité intra-arbre, la proportion de bois de tension présente une augmentation significative à la base de l'arbre (< 30-50 cm). Dans la direction radiale, la distribution du bois de tension présente une structure bi-modale en forme de « U ». Le premier mode du côté de la moelle correspondrait à une phase de croissance libre, dite phase « d'établissement » et le second du côté de l'écorce à une phase de recherche de la lumière dite « phase de compétition »

The shiny appearance of poplar tension wood was tested in order to detect and to quantify the amount of tension wood in nine cross-cut discs. These carefully sawn discs came from different poplar clones: I214, Melone Carlo (I-MC) and Luisa Avanzo, exhibiting different patterns of tension wood distribution. The relevancy of the results was verified by means of 80 thin sections, 15 $\mu$m thick and double stained with safranine and astra blue. Digital images of the discs and microscopic cuts were processed by image analysis to quantify the comparison. There was good agreement between both methods despite very different scales of observation. Eighty percent of the tension wood spots were detected by both methods and differences were mainly explained by human factors or inaccuracies in the macroscopic detection of small areas., Évaluation de la détection du bois de tension basée sur son aspect nacré pour trois variétés de peuplier. L'apparence nacrée du bois de tension de peuplier est testée pour détecter et quantifier la quantité de bois de tension dans neuf rondelles. Ces rondelles sciées avec précaution proviennent de plusieurs clones de peuplier : 1214, Melone-Carlo (I-MC) et Luisa Avanzo, présentant des motifs différents de distribution du bois de tension. La pertinence du résultat est vérifiée, sur 80 coupes microscopiques, au moyen d'un double coloration safranine/bleu astra. Des images numériques des rondelles et des coupes microscopiques ont été traitées par analyse d'image pour quantifier la comparaison. Il y a une bonne concordance entre les deux méthodes malgré des échelles d'observation très différentes. Quatre-vingts pour cent des zones de bois de tension ont été détectées par les deux méthodes, et les différences s'expliquent principalement par les imprécisions dues aux facteurs humains dans la détection macroscopique de petites zones.

International audience; Effect of gravitational stimulus duration on tension wood formation in young stems of poplar (P. euramericana cv 'Ghoy'). Young shoots of Poplar Ghoy have been inclined artificially during increasing periods to induce the formation of tension and opposite wood tissues as reaction to the gravitational stimulus. The shoots are able to react to an extremely short stimulus according to the scale of the normal growing season. After a presentation time of only 6 hours, the whole of the shoots present an opposite wood arc. However, on the upper face, it takes between 24 and 48 hours, for the shoots to feel the modification of their equilibrium state and start producing tension wood. After 48 hours of latent period, formation of gelatinous fibres can be observed on the upper face of the stem. The increase duration of the stimulus influences the quantity of gelatinous fibres and the arc angle of the tension wood. On the lower face, the opposite wood fibres are produced at a slower rate, causing a pith eccentricity. The shoots will return to the stand-up position after being submitted to a stimulus of approximately 4 to 8 days.; De jeunes pousses de Peuplier Ghoy ont été maintenues artificiellement inclinées pendant des durées croissantes, afin d'induire la formation de tissus de bois de tension et de bois opposé en réaction au stimulus gravitationnel. Il apparaît que ces pousses sont susceptibles de percevoir et de réagir à un stimulus extrêmement bref à l'échelle d'une période de végétation. Après un temps de présentation de 6 heures, l'ensemble des pousses ont formé un arc de bois opposé. Toutefois, sur la face supérieure, un temps compris entre 24 et 48 heures est nécessaire pour qu'elles perçoivent la modification de leur état d'équilibre et se mettent à former du bois de tension. Après un temps de latence de 48 heures, la formation de fibres gélatineuses est déjà observée sur la face supérieure des tiges. L'augmentation de la durée du stimulus a des répercussions sur le nombre de fibres gélatineuses et sur l'angle d'ouverture de l'arc de bois de tension. Sur la face inférieure, les fibres de bois opposé se forment à un rythme moins soutenu, conduisant à une excentricité de la moelle dans la section de la tige. Le redressement des pousses est effectif après une durée de stimulus comprise entre 4 et 8 jours.

Diplôme : Dr. Ing.