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Light is a major environmental factor that modifies plant development and growth. Previously, the effects of light have been well described for the study of plant adaptation to shade. It is also known for some species the important effect of light on the bud break of vegetative and reproductive buds. These studies underline that depending on the species, the effects of the quantity and quality of light can be dissociated or not. The light environment within the mango canopy is well described, and the effects of this environment on bud break identified. However, at this stage, there is no dissociation and evaluation between the effects that are due to the quality of light and those due to the quantity. Effects of the light environment on the vegetative budbreak of mango were first identified under uncontrolled conditions. Then, a second trial was set up to dissociate the effects of the quality of light from those of the quantity on the vegetative budding of the mango tree through different light treatments modifying the quality and/or the quantity of light. During this internship, the analysis of data from a first experimental trial in the canopy of adult mango trees allowed to highlight the relationship between the light environment of the vegetative organ units and bud break. In order to determine if the effects of the quantity and quality of light on vegetative budbreak are dissociated, a second experimental set-up was set up in the field. This second trial consisted in completely modifying the light environment of young mango trees using specific colored filters and describing the budding behavior of mango trees in response to light.; La lumière est un facteur environnemental majeur qui modifie le développement et la croissance des végétaux. Précédemment, les effets de la lumière ont été bien décrits tout comme l’adaptation des plantes à l’ombrage. On connait aussi pour certaines espèces l’effet important de la lumière sur le débourrement des bourgeons végétatifs et reproducteurs. Ces études soulignent que, selon l’espèce, les effets de la quantité et de la qualité de la lumière peuvent être ou non dissociés. L’environnement lumineux au sein de la canopée du manguier est bien décrit, et les effets de cet environnement sur le débourrement, identifiés. En revanche, il n’y a à ce stade aucune dissociation entre les effets qui sont dus à la qualité de la lumière de ceux dus à la quantité. Dans ce stage, les effets de l’environnement lumineux sur le débourrement végétatif du manguier ont d’abord été identifiés en conditions non contrôlées grâce à l’analyse des données issues d’un premier essai expérimental dans la canopée de manguiers adultes qui a permis de mettre en évidence la relation entre l’environnement lumineux des organes végétatifs et le débourrement. Afin de déterminer si les effets de la quantité et de la qualité de lumière sur le débourrement végétatif sont dissociés, un second dispositif expérimental a été mis en place au champ. Ce second essai a consisté à modifier entièrement l’environnement lumineux de jeunes manguiers à l’aide de filtres colorés spécifiques et à décrire le comportement de débourrement des arbres en réponse à la lumière.

Branching is a crop yield variable whose sensitivity to environmental conditions is of major agronomic interest. We are interested here in the regulation of axillary bud outgrowth by light intensity in bush roses. Several studies have highlighted the sensitivity of this phase to the light intensity experienced by the plant before or during the usual bud outgrowth period. Recently, the role of CKs in the response of bud outgrowth to the light intensity perceived during the branching phase has been demonstrated. However, the role of sugars in stimulating bud outgrowth by light intensity is still unclear. In this work, we explored the role of sugars, in interaction with hormones, in the bud outgrowth response to different light intensity treatments. By quantifying the sugar status of plants subjected to a temporary light restriction applied before the bud outgrowth period, we demonstrated that a lower competition for sugars explained the stimulation of bud outgrowth in this case. We then showed, for in vitro and in planta bud bearing nodes, that the response of bud outgrowth to light intensity is explained by a modulation of the quantitative equilibrium in hormones (auxin, cytokinins, strigolactones) and sugars contents in the vicinity of the bud. These results pave the way for the design of a generic model of bud outgrowth at the plant scale in response to light intensity.; La ramification est une variable du rendement des cultures dont la sensibilité aux conditions environnementales et dont le contrôle revêt un intérêt agronomique majeur. Nous nous intéressons ici à la régulation du débourrement des bourgeons axillaires par l’intensité lumineuse chez le rosier buisson. Plusieurs études ont souligné la sensibilité de cette phase à l’intensité de la lumière expérimentée par la plante avant ou pendant la période habituelle de débourrement. Récemment, le rôle des CKs dans la réponse du débourrement à l’intensité lumineuse perçue pendant la phase de ramification a été démontré. Cependant, le rôle des sucres dans la stimulation du débourrement par l’intensité lumineuse n’est pas bien défini. Dans ce travail, nous avons exploré le rôle que jouaient les sucres, en interactions avec les hormones régulatrices du débourrement, dans la réponse du bourgeon à différents traitements d’intensité lumineuse. Par la quantification du statut en sucres des plantes soumises à une restriction temporaire de lumière appliquée avant la période de débourrement, nous avons montré que la diminution de la compétition pour les sucres expliquait la stimulation du débourrement dans ce cas. Nous avons ensuite montré, in vitro et in planta, que la réponse du débourrement à l’intensité lumineuse pouvait être expliquée par une modulation de l’équilibre quantitatif en hormones (auxine, cytokinines, strigolactones) et en sucres au voisinage du bourgeon. Ces résultats ouvrent la voie pour la conception d’un modèle générique de débourrement à l’échelle de la plante en réponse à l’intensité lumineuse.

Ce rapport présente les actions entreprises en 2019 par INRAE, l'ONF et le CNPF dans le cadre du programme d'évaluation des variétés forestières améliorées issues des vergers à graines de l'Etat. Elles concernent le Douglas et les mélèzes. Pour le Douglas, les actions visent à caractériser les produits des huit vergers français en s’appuyant sur un réseau de plantations comparatives, installé de 2008 à 2016, et explorant une grande diversité de contextes stationnels. De nouveaux résultats ont été obtenus à l’âge de 8 ans, pour la hauteur et la circonférence - les résultats ne remettent pas en cause la hiérarchie établie à 5 ans -, ainsi que pour deux caractères de branchaison qui ont fait l’objet d’une analyse en réseau. Des différences inter-provenances significatives ont été mises en évidence pour l’angle d’insertion des branches mais les écarts sont faibles en valeur absolue ; leur impact économique mériterait d’être quantifié. De plus, a été réalisée une synthèse des résultats obtenus pour la phénologie du débourrement végétatif et l’état sanitaire, dans la perspective d’un article destiné aux propriétaires et gestionnaires. Enfin, des démarches ont été initiées pour mieux caractériser les sites d’essai (climat, sol) et étudier d’éventuelles différences de stratégie entre variétés en conditions de stress hydrique. Pour le mélèze hybride, les actions entreprises ont eu pour effet d’améliorer la qualité génétique et le potentiel fructifère du verger Les Barres-F2 via une éclaircie génétique et d’informer les propriétaires forestiers de ses performances. Enfin, des données inédites ont été obtenues sur la sensibilité au chancre, après inoculation artificielle, des clones de la population d’amélioration de mélèze d’Europe Sudetica d’INRAE. Elles seront mobilisées dans le cadre d’une éclaircie génétique programmée prochainement dans le verger à graines Sudètes-Le Theil.

Bud outgrowth is a key process for plant development, which is controlled by endogenous and exogenous cues. At the bud level, the transcription factor BRANCHED1 (BRC1) is one of the main hub for the signaling pathways of these factors. Based on previous studies, the transcription level of RhBRC1 (a homologous BRC1 gene in Rosa hybrida) is controlled by sugar and auxin. However, the molecular mechanisms involved in this regulation remain unknown. Here, we have shown that the antagonistic effect of sucrose and auxin can influence the transcription level of several sugar metabolism— related enzymes, including glycolysis / TCA cycle and oxidative pathway of pentose phosphates (OPPP). This regulation of sugar metabolism has been shown to be central in their antagonistic effect on both RhBRC1 expression and bud growthIndeed, glycolysis/TCA cycle and OPPP promote budoutgrowth and have a negative effect on the transcription of RhBRC1. In addition, the promoter sequence of RhBRC1 is the convergence site of the antagonistic effect of auxin and sugar, mediated by glycolysis / TCA cycle and OPPP. Two regions of RhBRC1 promoter have been identified for their involvement in this transcriptional regulation. On the other hand, this antagonistic effect of auxin and sugar also involves a post-transcriptional regulation of RhBRC1 through its 3'UTR sequence. À PUF protein, RhPUF4, has been identified and the results suggest its potential ability to bind to the 3'UTR of RhBRC1 and to regulate its expression. In conclusion, the antagonistic effect of auxin and sugar, two major factors controlling shoot branching, is mediated by glycolysis and OPPP-emanating signals and involves transcriptional and post-transcriptional regulation of RhBRC1., Le débourrement du bourgeon axillaire est un processus clef au cours du développement de la plante, qui est contrôlé par des facteurs endogènes et exogènes. Au niveau du bourgeon, le facteur de transcription BRANCHED1 (BRC1) est l'un des principaux intégrateurs des voies de signalisations de ces facteurs. Sur la base des études précédentes, le niveau de transcription de RhBRC1 (un gène homologue de BRC1 chez Rosa hybrida) est contrôlé par le sucre et l’auxine.Cependant, les mécanismes moléculaires impliqués dans cette régulation restent à ce jour inconnus.Dans cette étude, nous avons montré que l'effet antagoniste entre le saccharose et l'auxine peut influencer le niveau de transcription de plusieurs enzymes du métabolisme de sucre, notamment la glycolyse / le cycle de Krebs et la voie oxydative des pentoses phosphates (OPPP). Cette régulation du métabolisme du sucre s'est avérée centrale dans leur effet antagoniste sur l'expression de RhBRC1 et le débourrement des bourgeons végétatifs.Par ailleurs, la région promotrice de RhBRC1 serait le site de convergence de l'effet antagoniste de l’auxine et de sucre, médié par la glycolyse/cycle de Krebs et l'OPPP. Deux zones du promoteur RhBRC1 ont étéidentifiées pour leur implication dans cette régulation transcriptionnelle. D'autre part, cet effet antagoniste de l'auxine et du sucre implique aussi une régulation post-transcriptionnelle de RhBRC1 à travers sa séquence 3'UTR. Une protéine de type PUF, RhPUF4, a été identifiée et les résultats obtenus suggèrent sa capacité à se lier au 3'UTR de RhBRC1 et régule son expression. En conclusion, l'effet antagoniste de l'auxine et de sucre, deux facteurs majeurs contrôlant la ramification chez les plantes, est en partie médié par des signaux émanant de la glycolyse et de l'OPPP et implique une régulation transcriptionnelle et post-transcriptionnelle du gène intégrateur RhBRC1.

Key message Bud burst disruption, carbon depletion and tree dieback in spring were experimentally linked to N shortage the previous autumn. Dieback occurred despite tree N concentrations were compatible with plant survival: their N stores being blocked in the roots and woody axes. Context Tree dieback is generally linked to hydraulic failure or carbon (C) starvation but seldom to poor nitrogen (N) resources. Aim We provide here an experimental evidence linking autumn N shortage, C depletion and tree dieback in spring. Methods Young peach trees were either N deprived or fertilised in autumn, and then fed in excess in spring. Spring supplies were 15 N-labelled. The effects of the deprivation on tree development, N uptake and C status were then assessed by coupling in situ measurements of shoot development with organ biochemical and isotopic determinations. Results All deprived trees died within 3 months after burst. Bud burst was severely disrupted, and vegetative growth lim ited to the expansion of a few leaves. The dead trees absorbed between 39 and 117mg 15N in spring, and their roots and axes contained 758 mg more nitrogen than the fertilised trees, suggesting that they did not mobilise their N reserves in spring. They also had lower non-structural carbohydrate concentrations (15.4 % DW), which were below the threshold accepted for plant survival. Conclusion Two possible causes of total non-structural carbon (or TNC) depletion are discussed: insufficient storage due to advanced leaf senescence or increase in the C costs regarding winter embolism recovery

La métabolomique est un outil analytique permettant la caractérisation de la réponse métabolomique d’un organisme donné à un ou plusieurs facteurs de stress. Cette étude illustre deux applications de l’approche métabolomique employant un couplage des deux techniques LC-MS et RMN: i) La première a pour objectif l’identification de biomarqueurs caractéristiques de la réponse à l’apport de l’azote minéral avant le débourrement dans la sève xylémique chez le peuplier (Populus tremula x alba). Les analyses statistiques multivariées ont permis de retenir dans un premier temps 21 modèles et ont montré un effet « temps » qui n’était pas attendu. ii) La seconde s’intéresse aux abeilles et a pour objectif d’identifier les voies métaboliques impliquées dans la réponse du modèle biologique Apis mellifera à une infection par la microsporidie N. ceranae et/ou une intoxication par l’insecticide fipronil à deux doses différentes. L’étude de trois modalités statistiques intéressantes (CvsN, NvsFvsNF et NvsF+vsNF+) a permis l’identification de 24 voies métaboliques qui pourraient être affectés par l’un ou l’autre facteur de stress.

Research focus. Branching is an important process for productivity (number of productive branches) and for visual quality of ornamental plants (branches spatial arrangement). But branching behaviour is difficult to predict due to the lack of knowledge on the all mechanisms regulating the plasticity of the burst of axillary buds. Auxin has an inhibitory action on bud burst and interacts with cytokinins (CKs) and strigolactones (SLs) [1]. Our study focuses on understanding and modelling how a newly - identified player, sugars [2,3], interact with the hormonal network to control bud burst . Methods. Experiments consisted in cultivating nodal stem segments of rosebush in vitro with different sucrose and auxin levels, and in quantifying bud elongation, CK level, and the expression of genes involve in SL biosynthesis and signalling. From these data, we designed and calibrated a computational model accounting for sucrose modulation of bud inhibition by auxin. Results. We observed that increasing sucrose level decreased the inhibition of bud elongation by auxin, so that buds fed with high sucrose level were less inhibited by a given amount of auxin than those fed with low sucrose level. In accordance with literature, auxin repressed CKs and stimulated the expression of SLs biosynthesis genes. We demonstrate that the main effect of sucrose was to repress SL signalling. The model developed from these results reproduced the combined action of sucrose and auxin on bud burst. We validated it for its capacity to predict the effect of external CK supply for different sucrose levels. Conclusions. Our study proposes for the first time a physiological model of the effect of sucrose on bud regulation by auxin at the scale of the bud. Initially observed for rosebush, our results were also validated in pea, demonstrating model genericity. Next step is to understand the role of sugars, together with hormones, in the spatio-temporal regulation of bud burst at the scale of the plant. For that, we will use the computational tool, by coupling our bud model to models simulating sugar and hormone fluxes within a plant architecture. (Texte intégral)

UMR AGAP - équipe AFEF - Architecture et fonctionnement des espèces fruitièresUMR AGAP - équipe AFEF - Architecture et fonctionnement des espèces fruitières; Pour améliorer les modélisations de la phénologie, nous avons besoin de dates de débourrement et de floraison mais aussi de dates de levée de dormance, sur un grand nombre d’espèces. On est à la recherche de méthodes alternatives aux tests classiques, peu onéreuses et permettant de s’approcher du haut débit. Une approche en spectrométrie proche infrarouge montre une bonne corrélation entre NIRS et paramètre classique de dormance (DMD) sur poudre de bourgeons végétatifs et floraux. Une autre approche concernant la visualisation de callose au niveau de la zone méristématique, considérée comme un marqueur d’état dormant, a été entreprise.

La phénologie de la feuille, comme celle de toute structure labile, se caractérisé par un cycle défini par une date de formation (débourrement), une date de sénescence, délimitant ensemble la durée de fonction de la structure (saison de croissance). Bien que la variation de chacun de ces traits puisse contenir une composante adaptative forte, ils se trouvent généralement analysés séparément dans le cas des arbres. Cela conduit à négliger le rôle des contraintes génétiques ainsi que de potentiels scénarios de sélection multivariée. Cette étude propose une approche de génétique quantitative intégrée pour comprendre l’évolution du cycle phénologique foliaire chez une métapopulation de chênes distribuée le long d’un gradient altitudinal dans les Pyrénées. Ce système témoigne d’une forte divergence adaptative de la date de débourrement foliaire (Alberto et al. 2011). A partir d’un modèle simple dérivé de l’équation de Lande (1979), nous montrons qu’une approche de génétique quantitative appliquée à l’ensemble du cycle phénologique s’avère informative pour comprendre la nature des processus sélectifs présidant à la divergence adaptative en relation avec le climat.

National audience

International audience

Photosynthesis, flavonoid biosynthesis, tricarboxylic acid cycle, and ribosome biogenesis genes were significantly regulated during apple bud dormancy progression. PRE1-like and FLC-like genes are master candidates for control of bud phenology.Apple production depends on the fulfilment of a chilling requirement for bud dormancy release. Insufficient winter chilling results in irregular and suboptimal bud break in the spring, with negative impacts on apple yield. Trees from apple cultivars with contrasting chilling requirements for bud break were used to investigate the expression of the entire set of apple genes in response to chilling accumulation in the field and controlled conditions. Total RNA was analysed on the AryANE v.1.0 oligonucleotide microarray chip representing 57 000 apple genes. The data were tested for functional enrichment, and differential expression was confirmed by real-time PCR. The largest number of differentially expressed genes was found in samples treated with cold temperatures. Cold exposure mostly repressed expression of transcripts related to photosynthesis, and long-term cold exposure repressed flavonoid biosynthesis genes. Among the differentially expressed selected candidates, we identified genes whose annotations were related to the circadian clock, hormonal signalling, regulation of growth, and flower development. Two genes, annotated as FLOWERING LOCUS C-like and MADS AFFECTING FLOWERING, showed strong differential expression in several comparisons. One of these two genes was upregulated in most comparisons involving dormancy release, and this gene's chromosomal position co-localized with the confidence interval of a major quantitative trait locus for the timing of bud break. These results indicate that photosynthesis and auxin transport are major regulatory nodes of apple dormancy and unveil strong candidates for the control of bud dormancy.

Seasonal patterns of total organic nitrogen (N) and total non-structural carbohydrate (TNC) concentrations in relation to the leaf-fruit ratio (source-sink) were measured over three years at different grapevine phenological stages in one- and two-year-old canes, trunks and roots of the cultivar 'Chasselas' (Vitis vinifera L.). The highest N and TNC concentrations were observed during the period from dormancy until budbreak. A decrease in the N and TNC reserves was measured in the different organs (canes, trunks and roots) from budbreak, reaching minimum values around flowering, except for the N concentration in the roots, which was lowest during the period between bunch closure and veraison. N storage was highest in the roots and occurred from veraison until leaf fall. The N concentration in the trunks and canes represented approximately half of that measured in the roots. TNCs accumulated preferentially in the roots and also in the trunks and canes during the growing season. The leaf area per vine (or canopy height) and yield both influenced the N concentration in the roots. High yield and low leaf area per vine decreased the N concentration in the roots. The leaf-fruit ratio, expressed as the "light-exposed leaf area per kg fruit", substantially influenced the N and TNC concentrations in the roots at harvest. The highest N and TNC concentrations in the roots were obtained when the leaf-fruit ratio approached 2.0 m2 of light-exposed leaf area per kg fruit., VITIS - Journal of Grapevine Research, Vol. 54 No. 4 (2015): Vitis

National audience; Les changements climatiques impactent fortement les processus phénologiques (débourrement et sénescence). Concernant certaines espèces comme le Hêtre, il existe de nombreuses incertitudes quant aux mécanismes impliqués dans le débourrement et à la façon dont on peut les modéliser. Or si les différents modèles donnent des résultats similaires concernant les simulations passées, ils divergent en ce qui concerne les prédictions futures. Le Hêtre est une des essences pour laquelle nous avons le plus d'incertitude, quant aux rôles respectifs du froid et de la photopériode durant la période d'endodormance et des températures durant la période d'écodormance. Nous synthétisons ici les leçons issues de suivis de débourrement et d'expérimentation de levée de dormance sur trois gradients altitudinaux (Pyrénées, Ventoux, Massif central) sur le Hêtre. Nous avons montré que la levée de dormance n'était pas un évènement, mais un processus dont la rapidité dépend de la photopériode et dont le niveau conditionne la façon d'accumuler de la chaleur durant l'écodormance.

En soumettant de jeunes plants de pin sylvestre à des doses progressives de froid au cours de la phase de repos, nous avons mis en évidence la réalité du besoin de froid, le quantifier et visualiser les conséquences d’une exposition insuffisante sur le développement des bourgeons. Une estimation des besoins de chaleur a aussi été réalisée. Une approche de modélisation du débourrement a ensuite été entreprise. Un effet éclairement existe qui n’est pas un effet photopériode.

Plant phenology represents a serious ecological and evolutionary trade-off between survival and growth. Besides, it is responsive to global warming, especially spring bud flush that is predominantly controlled by temperature. The aim of this study was to improve the knowledge on the bud flush dynamics focusing on the influence of temperature on this process. A protocol was developed for black poplar (Populus nigra) to dissect the bud burst spring phenology in different stages, from the swelling of the buds to complete leaf formation, passing through three intermediate phases. A P. nigra full-sib family originating from a controlled cross between parental genotypes from contrasting climate was studied at the same location and in two different growing seasons. Cumulative average temperature above 10°C (CAT10) and cumulative minimum temperature below 5°C (CMT5) were used to describe phenotypic and genetic variance of the bud flush stages. Both growing seasons showed similar CAT10 values for the initial stage of bud flush, despite seven days of difference observed between the years. Southern parent was more sensible to temperature variation than the northern parent. Greater fluctuations in temperatures increased the extent of phenotypic variance among genotypes during the process than stable temperatures. Moderate to low values of heritability (H2

Budburst phenology is a major adaptive trait of trees to the environment in temperateclimate. Our aim was to characterize the biotic (powdery mildew) and abiotic (winter and springtemperatures / spring frost) constraints acting on budburst in view to explain the patterns of intra and interpopulations’ phenological variation observed in sessile oak (Quercus petraea) along an elevation gradient.We based our approach on in situ monitoring, experimentation and modeling. Our results highlight that theavoidance of late spring frosts is a major adaptive trait along the elevation gradient. The lateness inbudburst might be due to higher requirements in forcing temperatures. Otherwise, the fungus is not locallyadapted to its host phenology so oak individuals and populations are unequally exposed to the disease.With increasing elevation, oaks are more and more exposed to the fungus, but the environmental factorsare unfavorable to higher infection. At low elevation, powdery mildew and late spring frosts favor oppositephonological phenotypes (early-flushing vs. late-flushing trees, respectively); the combination of the twopressures may thus contribute to the maintenance of the observed high phenological diversity. We alsoshowed that powdery mildew infection induced an increased polycyclism during the growing season in oakseedlings, which made them less resistant to winter frosts. Predictive phenological models will have toinclude the chilling phase which conditions dormancy breaking. Although the lack of chilling is not yet alimiting factor, the current trend in increasingly advanced budburst will certainly be slowed or even reversedin the middle of the century at low elevation, in the southern margin of the distribution area of Q. petraea., La phénologie du débourrement est un caractère majeur d’adaptation des arbres à leurenvironnement en milieu tempéré. Notre objectif a été de caractériser les contraintes biotiques (oïdium) etabiotiques (températures hivernales et printanières / gels tardifs) s’exerçant sur le débourrement afind’expliquer les patrons de variation phénologique intra et inter populationnelle observés chez le chêne(Quercus petraea) le long d’un gradient altitudinal. Nous avons utilisé une approche combinantobservations in situ, expérimentation, et modélisation. Nous avons mis en évidence que l’évitement desgels tardifs printaniers est un caractère adaptatif majeur le long du gradient altitudinal. La tardiveté dudébourrement pourrait être due à des besoins plus importants en température de forcing. Par ailleurs, lechampignon n’est pas adapté localement à la phénologie de son hôte et les individus et les populationssont alors inégalement exposés à la maladie. En montant en altitude, les chênes sont de plus en plusexposés au champignon, mais les facteurs environnementaux sont défavorables à une plus forte infection.A basse altitude, l’oïdium et les gels tardifs favorisent des phénotypes phénologiques opposés(respectivement précoces vs. tardifs) ; la combinaison des deux contraintes pourrait donc contribuer aumaintien de la forte diversité phénologique observée. D’autre part, nous avons observé que l’infection parl’oïdium engendre une augmentation du polycyclisme chez les semis de chêne au cours de la saison decroissance, ce qui les rend moins résistants aux gels hivernaux. Nous montrons qu’il est important que lesmodèles phénologiques à visée prédictive intègrent la phase de chilling aboutissant à la levée dedormance. Le manque de chilling ne semble pas encore un facteur limitant, mais la tendance actuelle à undébourrement de plus en plus précoce sera probablement freinée voire inversée au milieu du siècle enbasse altitude, dans la marge sud de distribution de Q. petraea.

One challenge of evolutionary ecology is to predict the rate and mechanisms of population adaptation to environmental variations. The variations in most life-history traits are shaped both by individual genotypic and environmental variation. Forest trees exhibit high levels of genetic diversity, large population sizes, and gene flow, and they also show a high level of plasticity for life-history traits. We developed a new Physio-Demo-Genetics model (denoted PDG) coupling (1) a physiological module simulating individual tree responses to the environment; (2) a demographic module simulating tree survival, reproduction and pollen and seed dispersal; and (3) a quantitative genetics module controlling the heritability of key life history traits. We used this model to investigate the plastic and genetic components of the variations of the timing of budburst along an elevational gradient of Fagus sylvatica (the European beech). We used a repeated five years climatic sequence to show that five generations of natural selection were sufficient to develop non-monotonic genetic differentiation in the timing of budburst along the local climatic gradient but also that plastic variation among different elevations and years was higher than genetic variation. PDG complements theoretical models and provides testable predictions to understand the adaptive potential of tree populations

National audience; Objectifs de l’étude: •Association de méthodes de lutte à effets partiels –mélange variétal: •variété résistante à la tavelure (Vf) •variété peu sensible •sur le rang –pratiques culturales : prophylaxie •Etudier un complexe de bioagresseurs •Travailler en verger bio

National audience; Shoot branching is a developmental process by which axillary buds are released from dormancy and develop into new axes. Bud outgrowth is largely affected by a number of environmental factors such as temperature, air and soil humidity, gravitropism and light, confering thus plasticity to the plant development. Control of bud outgrowth is thereby a key mechanism in the establishment of plant architecture in response to environment. Sugars, whose levels in plant are also highly dependent on the environment, have recently been shown to be implicated during bud outgrowth in Rosa hybrida. To test the impact of different sucrose levels on bud outgrowth, excised buds have been in vitro cultivated on MS media containing different sucrose concentrations. We then tested the impact of different non-metabolizable sucrose analogs to put in evidence a potential sucrose-signaling pathway in this process. Our results revealed that sucrose levels modulated bud outgrowth and that this dissacharide could also play a signal role during this event. Moreover, increasing sucrose supply to in vitro cultivated buds released the inhibitory effect of auxin on bud outgrowth, putting for the first time in evidence an antagonsim between this nutrient and this hormone. Further analysis revealed that the polarization of the auxin transport between bud and stem, which is a prerequisite to allow bud to grow out, is a target of the antagonism between sucrose and auxin. This work proposes a model that integrates sucrose as an endogenous signal in the complex network that regulates bud outgrowth in response to environment

absent

National audience

La variation de la disponibilité en azote dans les sols au débourrement pourrait, dans le cas de l’arbre, avoir un impact plus important que prévu sur sa manière de gérer ses propres réserves carbonées et azotées et à terme, sur sa survie. L’objectif de cette expérimentation est de quantifier l’effet d’un apport précoce d’azote dans la solution nutritive avant le débourrement sur la qualité de la jeune pousse foliaire en lien avec les flux d’azote issus de l’absorption et de la remobilisation. Le protocole a consisté à cultiver des plants de peuplier en conditions contrôlées ayant reçu ou non de K15NO3 avant le débourrement dans une solution recyclée depuis la sortie de l’hiver jusqu’à l’étalement des limbes. Il ressort que l’apport d’azote précoce avant le débourrement n’a aucun effet sur le profil de débourrement et sur la croissance de l’arbre au cours de l’expérimentation. En revanche, l’apport d’azote augmente de façon importante la surface et la teneur en azote foliaires des jeunes pousses. De plus, l’utilisation du marqueur montre (i) que la moitié de l’azote absorbé avant le débourrement se retrouve dans la jeune pousse, (ii) l’écorce et les racines participent principalement au remplissage en azote de la jeune pousse.

Nitrogen status widely impacts tree physiological process. However, most research concentrated on endogenous carbon and nitrogen remobilization in spring neglected the hypothesis of significant effect of nitrogen uptake before bud break on nitrogen and carbohydrate reserve used, and the quality of new growth. This study undertook experimental-based research on young poplar (Populus tremula × Populus alba, clone INRA 717-1B4) with different structures. Three series of experiments were conducted in a coordinated manner : the one year old scion (i), the young stump (ii), and the system then reiterated associated the “stump”, and the “scion” (iii). The experiments were to study plants in a controlled environment with soilless culture and three terms of nitrogen supply: without nitrogen supply (i), with a limited supply prior to bud break (ii), and with continuous nitrogen supply (iii). Results show that poplar can uptake nitrate before bud break and it found to have significant effect by induce a strong root pressure which in turn increased water content of all tissues. Accordingly, the effect of nitrogen uptake before bud break on bud break time depended on plant architecture, bud structure, and temperature during winter to break down bud dormancy. In addition, nitrogen uptake before bud break had significantly effect on the growth and development of new shoots after bud break by increase leaf area and dry weight of new shoots. It also influenced on the quantity of nitrogen and non-structural carbon reserves in all tissues especially increase nitrogen contents in roots and new shoots. Therefore, results indicate nitrogen supply before bud beak plays a significant role on plant physiology and quality of the re-growth., Dans un sens large, le statut azoté de l’arbre impacte largement sa physiologie au printemps. Cependant la plupart des recherches conduites sur la remobilisation du carbone et de l’azote en cette période ont négligé l’hypothèse d’un rôle significatif de l’absorption d’azote avant le débourrement, en particulier, celui agissant en interaction avec l’utilisation des réserves carbonées et azotées et qui interviendrait dans la qualité de la croissance des jeunes pousses. Cette recherche a été entreprise avec une approche expérimentale et a été conduite avec de jeunes peupliers hybrides (Populus tremula × Populus alba, clone INRA 717-1B4). Ils ont été utilisés en nombre limité, mais présentaient, par construction initiale, des architectures différentes. Trois séries d’expériences ont ainsi été conduites en trois ans : tout d’abord avec le scion d’un an, puis une petite souche de deux ans et enfin, en associant les deux types de structure, une petite souche portant des réitérations équivalentes au scion d’un an. Les essais ont été conduits en environnement contrôlé et ont fait appel à trois régimes de fertilisation azotée appliquée en solution nutritive recyclée et pendant la transition « repos végétatif et reprise de croissance foliaire » : une fertilisation sans aucun apport en azote (i), un apport d’azote strictement limité à la période amont au débourrement (ii), un apport permanent en azote (iii). Les résultats montrent que le peuplier peut absorber de l’azote avant le débourrement et que son absorption produit des effets significatifs. Elle conduit en particulier à une forte poussée racinaire qui permet d’augmenter la teneur en eau des tissus caulinaires. Selon les essais, l’effet de l’absorption d’azote avant débourrement et sur le débourrement lui-même dépend de la structure de la plante, de la structure des bourgeons et de la température de conservation hivernale pour le traitement de la dormance. D’autre part, l’application d’azote avant débourrement améliore significativement la croissance des nouvelles pousses en augmentant, avec un temps de croissance identique dans les essais, la surface foliaire et la matière sèche. L’absorption d’azote pendant la transition de croissance maintient en partie la teneur en azote des tissus des plantes et en améliore même la teneur dans les jeunes racines et les jeunes pousses. Elle influence aussi l’utilisation des réserves carbonées. Les résultats de cette étude montrent que l’azote appliqué au printemps et avant débourrement joue un rôle significatif sur la physiologie du jeune arbre et sa reprise de croissance au printemps.

This report shows the work done in 2011 by Irstea, INRA, ONF and CNPF in the framework of a research programme dedicated to improved varieties testing. It includes six species (Douglas-fir, larch, Black and Scots pines, wild cherry, ash) and a transversal topic (remote detection). With regard to Douglas-fir, the four partners continued the establishment of a network of comparative trials including the 8 French seed orchards and a control from the natural range. With two new trials, the network is now composed of 17 experimental plots and 10 demonstration plots. On the whole, survival is satisfactory. Most of the improved varieties show a better initial growth than the control. Still, the Californian variety is characterised by a slow growth in every site. Moreover, all the orchards have been ranked for timing of bud flushing. Ranking the varieties for cold hardiness in autumn will be the next step. Research has begun in 2011 in that respect. In larch, INRA studied the interest of IR spectrométry for larch taxa identification. The results obtained in 2011 on needles are encouraging. Furthermore, Irstea analysed the performances of hybrids and pure species individuals in the progenies of four "hybrid" varieties. Simulated thinnings show that the stand will become richer in hybrids if the trees are selected for growth. However, the final percentage of hybrid will depend on the variety. On the other hand, hybrid percentage will remain the same if the preference is given to stem form. Concerning remote sensing, Irstea work has focused on image segmentation. Several experimental plots and orchards have been analysed.; Ce compte rendu d'activité présente les actions entreprises de mars 2011 à mars 2012 par Irstea, l'INRA, l'ONF et le CNPF dans le cadre de l'évaluation des variétés issues des vergers à graines de l'Etat. Elles concernent 6 espèces – Douglas, mélèzes, pins laricio et sylvestre, merisier, frêne – et un thème transversal qui consiste à identifier des techniques susceptibles de caractériser l'état physiologique des arbres de différentes espèces/provenances. Dans un premier temps, l'accent est mis sur les applications possibles de la télédétection. Pour ce qui concerne le Douglas, les quatre partenaires se sont mobilisés pour mettre en pace un réseau national de dispositifs destiné à évaluer les performances des 8 vergers de Douglas français. En 2011, le réseau s'est enrichi de deux nouveaux essais plantés au printemps dans le coeur de l'aire et en altitude. Il est à présent constitué de 17 dispositifs d'évaluation et 10 tests de démonstration. En outre, deux dispositifs comparant les variétés La Luzette et Californie, pures et en mélange, auront été installés. Dans l'ensemble, l'état des dispositifs est satisfaisant puisque 24 d'entre eux ont une mortalité inférieure à 20%. On déplore néanmoins la perte de deux tests. Des mesures de hauteur ont été prises régulièrement dans la majorité des sites. La variété californienne se caractérise par une faible vigueur initiale dans tous les milieux. Si l'on excepte Darrington, relativement peu vigoureuse, les autres variétés ont généralement une croissance supérieure au témoin de l'aire naturelle (seed zone Washington 403). Les notations de débourrement confirment la hiérarchie établie l'année précédente et, surtout, permettent de classer le verger Washington par rapport aux 7 autres vergers français. En définitive, 4 vergers de l'Etat apportent une amélioration sur ce caractère par rapport au témoin Washington 403 : Washington 2, La Luzette, Washington et, à un degré moindre, Darrington. Concernant la résistance au froid, l'enjeu est maintenant de classer les vergers pour l'aoûtement à l'automne. Une étude bibliographique a été faite dans cette perspective. En outre, Irstea a aménagé une serre de manière à conduire des essais en conditions semi-contrôlées. Des plants issus des vergers La Luzette et Californie ont été installés dans des caisses métalliques et seront soumis à trois ambiances climatiques en 2012. D'autre part, des mesures indirectes de densité du bois ont été prises par l'INRA dans deux tests de descendances du verger Darrington. En moyenne, les familles sont proches de la provenance Sauk River, originaire de la seed zone 403 (Etat du Washington) pour la densité du bois et la vigueur. Malgré des différences nettes entre moyennes familiales, une amélioration significative des performances du verger Darrington ne pourrait s'envisager que par une éclaircie vigoureuse, réduisant fortement la base génétique du verger qui est déjà limitée. Pour le mélèze, l'INRA a étudié le potentiel de la spectrométrie infra-rouge pour identifier les différents taxa de mélèze. Les travaux réalisés en 2011sur aiguilles sont encourageants. De plus, Irstea a analysé les performances des individus hybrides et d'espèces pures de quatre variétés "hybrides" implantées dans un dispositif du Limousin. Les simulations d’éclaircies montrent que la plantation s’enrichit en hybrides si on met l’accent sur la production de bois mais que le taux d’hybrides évolue peu si l’on privilégie la forme. En définitive, l'impact du taux d'hybrides dans les MFR dépend de deux facteurs : la stratégie du propriétaire (objectif vigueur ou forme) et la variété considérée (différentiel de croissance entre hybrides et espèces pures). En matière de télédétection, les travaux d'Irstea se sont concentrés sur la segmentation d’images afin de tirer le meilleur parti des photographies aériennes prises en 2009 au-dessus de plusieurs dispositifs expérimentaux et vergers à graines

L'entrée en production récente de six nouveaux vergers à graines de Douglas (Pseudotsuga menziesii (Mirb.) Franco) a motivé l'installation d'un réseau de plantations comparatives visant à étudier la plasticité des 8 vergers français et à comparer leurs performances à un témoin de l'aire naturelle. Au total, 27 dispositifs d'évaluation et de démonstration ont été plantés de 2009 à 2011 dans une large gamme de milieux : les grands bassins de production du Douglas, les zones d'altitude et les marges climatiques. Ce réseau, coordonné par Irstea et qui associe l'ONF, l'INRA et le CNPF, permettra de fournir des conseils d'utilisation aux reboiseurs. Des informations utiles ont d'ores et déjà été recueillies sur la tardiveté de débourrement, et donc sur la sensibilité aux dégâts de gel printaniers. / Four French organisations in research and development (Irstea, ONF, INRA, CNPF) gathered together to establish a network of trials including FRM (Forest Reproductive Materials) produced in the eight French Douglas-fir (Pseudotsuga menziesii (Mirb.) Franco) seed orchards. Testing those orchards will allow us to acquire information about seed orchard plasticity and performances and, ultimately, produce recommendations for use to forest owners and managers. On the whole, 27 trials were planted between 2009 to 2011 in a large range of conditions of soil and climate: i) areas where Douglas-fir is widely cultivated and should remain appropriate in the 21st century but also ii) mountainous areas that climate change should make favourable to Douglas-fir and iii) climatic marginal areas that are expected to be unsuitable for northern varieties around 2050 or are already too harsh. Though young, the Douglas-fir seed orchard testing network has already produced useful results. In particular, the 8 varieties have been ranked for lateness of bud flushing and, thus, sensitivity to spring frost. In the long term, this network will give information on adaptability, growth and form of French improved varieties of Douglas-fir. As the trials are established in a large range of environments, the results should also provide useful information to foreign silviculturists.

International audience; Tree breeding provides a major contribution to stand productivity and timber quality enhancement. Indeed, forest tree varieties simultaneously incorporate improvement for several traits related to site adaptation, growth, form and wood quality. Improved varieties, generally produced by sexual reproduction in seed orchards, are presently available for many forest species.A lot of trials demonstrate genetic selection effectiveness and the superiority of improved varieties over controls. Nevertheless, the genotypes planted in seed orchards have been individually selected for only a part of the characters that determine tree value. Moreover, they have been selected in a limited number of sites and under a climate probably different from the climate that the next generation of trees will experience in their lifetime. Therefore, field testing of improved materials is essential to quantify genetic gains, assess the performances for non-selected characters, study genotype x environment interactions and specify the areas where the varieties can be used safely and advantageously.In France, a programme of seed orchards was supported by the Ministry in charge of forests in the second half of the 20th century. INRA, Cemagref and ONF (French Forest Service) were the main actors. Currently, the productive orchards are operated by a consortium of two seed dealers (Vilmorin Company and ONF). The whole programme concerns 8 species among which Douglas-fir that is the 2nd reforestation species considering the number of traded seedlings. In the 1980's, eight clonal orchards were planted over 85 ha in SW France. Their components were selected within American natural populations (mainly Washington and Oregon but also California for an utilisation in dry regions) and in French selected stands. These orchards are now intensively managed and they currently produce 87% of the seedlings used in France.For years, improved seed of Douglas-fir have been produced by two orchards whose performances were well known. Yet, the prospect of climate change incited the seed dealers to diversify their supply with seeds now available from six new orchards. As little is known about their behaviour, four French organisations of research and development (Cemagref, INRA, ONF, CNPF) gathered together to test the whole set of Douglas-fir orchards in various conditions of soil and climate and in comparison with the seed zone Washington 403. A special attention has been paid to seed lot representativeness i.e. clonal cone collections have been organised in several orchards where cone production was unevenly distributed among clones.29 trials were established between 2009 and 2011. They are distributed in four categories of sites: i) areas where Douglas-fir is widely cultivated and should remain appropriate in the 21st century ii) mountainous areas (1000-1300 m a.s.l.) that climate change should make favourable to Douglas-fir iii) and iv) climatic marginal areas that are expected to be unsuitable for standard varieties (north of the natural Douglas-fir range) around 2050 (type 1) or are already too harsh (type 2).The trials have a single-tree plot (TSP) design (96 seedlings per genetic unit) or a block design (49 seedlings x 4 blocks). The ratio TSP/block depends on the site and whether a response is expected at juvenile or adult stage. Furthermore, demonstration trials have been established in order to facilitate spreading of information among private owner community.Though young, the Douglas-fir seed orchard testing network has already produced useful results. In particular, the 8 varieties have been ranked for lateness of bud flushing and, thus, sensitivity to spring frost. Sums of degree-days required for flushing have been computed. Data have also been collected for seedling health, polycyclism and initial height growth.In the long term, this network will give information on adaptability, growth and form of French improved varieties of Douglas-fir. As the trials are established in a large range of environments, the results should also provide useful information to foreign silviculturists.; L'amélioration génétique vise à produire des variétés forestières mieux adaptées aux milieux de reboisement aux besoins quantitatifs et qualitatifs des sylviculteurs. Pour la plupart des espèces, les vergers à graines constituent la voie de diffusion privilégiée du progrès génétique. Les variétés y sont alors produites par voie sexuée.De nombreux essais démontrent l'efficacité de la sélection et la supériorité des variétés améliorées. Néanmoins, l'évaluation en forêt des produits des vergers demeure essentielle pour quantifier les gains par rapport à des témoins connus et renseigner les reboiseurs sur les zones d'utilisation de ces variétés. C'est d'autant plus nécessaire que les géniteurs installés en vergers ont été sélectionnés i) dans le jeune âge, ii) pour une petite partie seulement des caractères conditionnant la valeur de l'arbre, iii) dans un nombre de sites limité, en forêt ou dans des tests génétiques et iv) sous un climat qui risque d'être différent de celui que connaîtront les peuplements issus des vergers.Comme de nombreux pays, la France s'est dotée d'un programme de vergers à graines publics. La conception a été confiée à l'INRA et au Cemagref et la gestion est assurée par l'ONF et un consortium de marchands grainiers. Ce programme concerne 8 espèces et, bien sûr, le Douglas qui est la seconde espèce de reboisement française en termes de commercialisation de plants (5.8 M plants en 2009/10). 8 vergers de Douglas, totalisant 85 ha, ont été installés dans le SW France dans les années 1980's. Ils sont constitués de matériels américains (Etats du Washington et, pour une utilisation en situation méridionale, de Californie) et/ou français. Grâce aux travaux du Cemagref en induction florale, ces vergers sont à présent gérés intensivement et ils alimentent de façon significative le marché des graines et plants forestiers. 87% des plants de Douglas commercialisés en 2009/10 provenaient de vergers (catégories testée ou qualifiée).Pendant de nombreuses années, l'essentiel de la demande était assurée par deux vergers, dont les profils étaient bien connus. L'offre s'est récemment diversifiée en anticipation au changement climatique avec l'exploitation de 6 nouveaux vergers pour lesquels peu d'infos sont disponibles. Quatre organismes de R&D français se sont associés en 2008 pour évaluer l'ensemble des vergers dans des conditions pédo-climatiques variées. Les objectifs sont principalement d'acquérir des infos sur la plasticité des variétés et, particulièrement, leur capacité à résister à la chaleur/sécheresse et sur les performances (vigueur, forme) dans les stations favorables à la culture du Douglas.Au total, les 29 dispositifs du réseau sont constitués de représentants des 8 vergers français et de la seed zone Washington 403 utilisée comme témoin. Ils sont répartis dans quatre catégories de milieux : - 8 dans de grandes zones de culture de Douglas qui correspondent à des stations actuellement optimales et qui conviendront encore pendant les 50-80 ans que dure une révolution de Douglas - 6 dans des régions d'altitude supérieure aux 1000 m habituellement recommandées car des surfaces le réchauffement climatique devrait libérer des surfaces importantes à ces altitudes - 15 dans les "marges climatiques" qui sont de deux types : le premier correspond à des zones géographiques où les variétés "classiques" (matériels du nord de l'aire naturelle) sont encore à leur place mais risquent de ne plus l'être d'ici 2050, le second se réfère à des milieux encore plus sévères ne convenant pas, ou plus, aux variétés classiques mais où la variété californienne pourrait s'y substituer.Les essais sont mono-arbre (96 plants/verger) ou constitués de grandes parcelles unitaires (49 plants x 4 blocs par verger). Le ratio des essais de ces deux catégories varie selon le type de milieu, selon que la réponse est attendue dans le jeune âge ou au stade adulte. En outre, des tests de démonstration ont été installés pour optimiser le transfert des connaissances vers les propriétaires privés.Les dispositifs ont été installés en 2009, 2010 et 2011. Nous avons veillé à ce que les matériels qu'ils renferment soient représentatifs des matériels de base présents dans les vergers. Cela a nécessité l'organisation de récoltes de graines clonales pour plusieurs vergers.Malgré son jeune âge, le réseau a déjà fourni des informations utiles puisqu'il nous a permis de classer les variétés pour la tardiveté de débourrement végétatif et donc la sensibilité aux gelées tardives. Des données ont également été collectées pour le taux de polycyclisme et la croissance initiale.A terme, ces tests d'évaluation renseigneront les reboiseurs français sur les capacités d'adaptation et les performances des variétés améliorées françaises. Etant implantés dans une large gamme de milieux, ils peuvent aussi présenter un intérêt pour les utilisateurs d'autres pays européens.

Bud break is a key developmental process controlling plant architecture. Buds are sink organs which require to import sugars to outgrowth. Very little is known about the way this sugars are imported and the role of sugar transporters in this process. In rosebush (Rosa hybrida), bud break requires light to occur, even in the absence of correlative inhibitions such as apical dominance. Bud break photocontrol involves a stimulation of sugar metabolism under light, indicating a mobilization of sucrose from the stem. The main goal of this work was to determine the role of sugar transporters in rose bud break photocontrol. In vitro experiments showed that rose buds need to import metabolisable sugars (sucrose, glucose or fructose) to outgrowth under light. Supplying buds with these sugars also promote bud break under total darkness (inhibitory condition). After beheading (apical dominance release), assays with radiolabelled sugars showed that bud break photocontrol is correlated with an uptake of hexose and then of sucrose. Furthermore, these uptake require both passive and active components. They could therefore involve symplasmic connections and sugar transporter activity. Phloem sap labelling with a fluorescent tracer demonstrated that dormant bud are not symplasmically connected to the surrounding stem and that connections take place at late stages of bud break. To study the role of sugar transporters into bud break photocontrol we isolated 10 putative sugar transporters (3 for sucrose and 7 for hexose). RT-QPCR analysis suggest that the high a nity sucrose/H+ symporter RhSUC2, as well the putative hexose transporters RhSTP1 and RhTMT2 are involved in bud break photocontrol. Functional validation of RhSUC2 in yeast expression system confirmed it is a sucrose/H+ symporter. All together, results allowed us to get insights of the mechanisms involved in bud break photocontrol by sugar metabolism.; Le débourrement des bourgeons végétatifs, étape clé de la mise en place de l'architecture d'une plante, est sous le contrôle de facteurs endogènes et des facteurs de l'environnement. Les bourgeons sont des organes puits qui nécessitent d' importer des sucres pour débourrer. Peu de données sont cependant disponibles sur cette importation et sur le rôle des transporteurs de sucres dans ce processus. Chez le rosier buisson (Rosa hybrida), des résultats précédents à cette étude ont montré que les bourgeons ont un besoin absolu de lumière pour débourrer, même en l'absence d'inhibitions corrélatives telles que la dominance apicale. Le photocontrôle du débourrement implique une stimulation du métabolisme carboné à la lumière, indiquant une mobilisation du saccharose en provenance de la tige. Le principal objectif de cette thèse a été de déterminer le rôle des transporteurs de sucres dans le photocontrôle du débourrement des bourgeons de rosier. Des expériences de culture in vitro ont montré que les bourgeons de rosiers ont besoin d'importer des sucres métabolisables (saccharose, glucose ou fructose) pour débourrer à la lumière. Un apport exogène de ces di érents sucres stimule également leur débourrement à l'obscurité (condition inhibitrice). Après décapitation (levée de dominance apicale), l'utilisation de sucres radiomarqués a permis de montrer que le photocontrôle du débourrement est concomitant à une accumulation d'hexoses puis de saccharose, faisant intervenir à la fois un transport passif et actif des sucres. Cette accumulation pourrait donc impliquer des connexions symplasmiques ainsi que l'activité de transporteurs de sucres. Des marquages de la sève phloémienne à l'aide d'un traceur fluorescent ont montré que les bourgeons dormants sont isolés de la portion de tige adjacente et que des connexions s'établissent lors des stades tardifs du débourrement. Afin d'étudier le rôle des transporteurs de sucres dans le photocontrôle du débourrement, nous avons isolé 10 transporteurs potentiels de glucides (3 de saccharose et 7 d'hexoses). Les analyses d'expression des di érents gènes codant ces transporteurs par RT-QPCR suggèrent que le co-transporteur de saccharose/H+ RhSUC2, ainsi que les transporteurs d'hexoses potentiels RhSTP1 et RhTMT2 sont impliqués dans le photocontrôle du débourrement. La validation fonctionnelle de RhSUC2 a été e ffectuée chez la levure et confirme sa fonction de co-transporteur de saccharose/H+. L'ensemble des résultats obtenus permettent de progresser dans la compréhension des mécanismes impliquant le métabolisme glucidique dans le photocontrôle du débourrement.

Diplôme : Master Recherche

In order to assess the capacity of sessile oak (Quercus petraea Matt. Liebl.) to withstand the ongoing climate changes, we estimated its adaptative potential for bud burst within natural populations. These populations are located along two environmental gradients: an altitudinal gradient comprising 12 populations located between 131 m 1630 m in the Pyrenees, and a latitudinal gradient including 21 populations from the whole species’ distribution range. First the demographic imprint on the overall genetic diversity was assessed on the altitudinal gradient populations using chloroplast and nuclear markers. Results showed that genetic diversity was homogeneously distributed along the gradient and maintained at high altitudes due to high gene flow. The genetic variability of bud burst was measured in provenance tests for 10 populations of the altitudinal gradient. We found a high level of genetic differentiation and a high heritability for the trait. We also observed a high genetic variability within populations, indicating that selection pressures may fluctuate and/or be opposed in natural conditions. Genetic diversity of candidate genes for bud burst was assessed on populations from both environmental gradients. A high level of nucleotide diversity was observed, and linkage disequilibrium was low and decreased rapidly with distance. Selective signatures were observed for 28 candidate genes among which 6 were detected in both gradients. Finally, an association mapping study was performed between bud burst variability and polymorphism at the candidate genes on populations of both gradients separately. A total of 16 associations involving 10 genes were observed, but only one gene was common to both gradients. These results suggest an important adaptive potential of sessile oak for bud burst in the face of climate change and provide interesting perspectives for the comprehension of evolutionary processes controlling bud burst adaptation of sessile oak., Afin d’estimer la capacité de réponse du chêne sessile (Quercus petraea Matt. Liebl.) aux changements climatiques en cours, le potentiel d’adaptation de cette espèce pour le débourrement a été estimé pour des populations naturelles situées le long de deux gradients environnementaux : un gradient altitudinal comprenant 12 populations Pyrénéennes situées entre 131 et 1630 m, et un gradient latitudinal comprenant 21 populations situées sur l’ensemble de l’aire de répartition. Tout d’abord l’empreinte démographique sur les niveaux de diversité génétique a été estimée sur les populations du gradient altitudinal à partir de marqueurs chloroplastiques et nucléaires. Les résultats ont montré que la diversité est maintenue le long du gradient altitudinal essentiellement par des flux de gènes importants entre populations. La variabilité génétique du débourrement à été mesurée en tests de provenances pour 10 populations du gradient altitudinal. Les résultats ont montré une forte différenciation ainsi qu’une héritabilité élevée du trait. De plus, une variabilité génétique importante est maintenue à l’intérieur des populations et semble indiquer que de multiples pressions de sélection agissent de manière fluctuante et/ou opposée. La diversité nucléotidique de gènes candidats du débourrement a été étudiée sur les populations des deux gradients environnementaux. Un niveau de diversité nucléotidique relativement fort et un faible déséquilibre de liaison qui décroit rapidement avec la distance ont été observés. Des signatures de sélections ont été mises en évidence sur un ensemble de 28 gènes candidats dont 6 sont détectés dans les deux gradients. Finalement, une étude d’association a été menée entre variabilité du trait et polymorphisme au sein des gènes candidats sur les populations des deux gradients. Un total de 16 associations significatives a été observé impliquant 10 gènes candidats dont un seul est commun aux deux gradients environnementaux. Ces résultats suggèrent un potentiel d’adaptation important du chêne sessile pour le débourrement face aux changements climatiques et offrent des perspectives intéressantes pour la compréhension des processus évolutifs qui régissent cette adaptation.

Diplôme : Master

The aesthetic quality of ornamental plants is affected by several criterions, including the global shape of the plant. It is the result of buds activity along stems and of the growth of the shoot produced. In many plants, environmental factors have a strong impact on plant architecture, which generates this form. Among these factors, light, both in intensity or in quality, may modulate the ability of bud to burst. Apart from this observation made in several species, only few studies have tried to identify the mechanisms involved in the light control of this process. To address this issue, we have started works on many rose bush varieties. These works are based on morphological, histological, biochemical and molecular studies. Our studies were carried out on experimental plants, defoliated and decapitated over the three basal buds of the main stem. Working on such plant model allows to limit the impact of correlative inhibitions between organs, which may block or interact with the mechanisms of photocontrol. Our results demonstrate that light is absolutely required to trigger bud burst in rose. Indeed, no bud burst occurred under darkness among the six varieties studied, which is not the case in most species like Arabidopsis thaliana, tomato or poplar. Shading experiments have shown that bud directly perceives the light signal necessary for burst, thus indicating that a short-distance signalling takes place between the receptive organ (bud scales) and the growing organs (shoot apical meristem, young leaves). Light, both in terms of intensity and quality, modulates bud burst. Thus, low light intensities (2 +mol.m-2.s-1) are sufficient to allow the growth of preformed leaves but not to trigger the shoot apical meristem organogenic activity. Blue and red lights, unlike far-red light, induce both these processes. A question comes up then: what are the key physiological processes involved in bud burst that are under light control ? Two physiological processes have been particularly studied : sugar metabolism and cell wall expansion. Our results show that, under light, bud bursting is associated with an influx of water and sugars in the bud, and with sucrose degradation into fructose and glucose. Light acts by promoting the transcription of genes and/or the activities of sucrose degradation enzymes such as vacuolar acid invertase and sucrose synthase. Cell elongation is also stimulated in light conditions as shown by our scanning electron microscopy experiment. Under darkness, these processes are reduced or inhibited and do not offer the optimal conditions necessary to bud burst. Thus, gene expression of an expansin, a protein involved in cell wall loosening during cell elongation, is highly reduced. In response to the stress caused by a long dark period, an increased transcription of a sorbitol dehydrogenase gene takes place, that could take over from sugar metabolism for cell survival. Thus, our study demonstrates that the photocontrol of bud burst occurs through at least two physiological processes : sugar metabolism and cell elongation. Given our results and those of the literature, we propose a model of control of bud burst by light.; La qualité esthétique d'une plante ornementale est conditionnée par de nombreux critères, et notamment la forme globale de la plante. Celle-ci est le résultat du fonctionnement des bourgeons le long des tiges et de la croissance des rameaux produits. Chez un certain nombre de végétaux, les facteurs environnementaux ont un impact fort sur la construction architecturale de la plante, qui génère cette forme. Ainsi, parmi ces facteurs, la lumière tant en quantité que qualité, peut moduler la capacité des bourgeons à débourrer. Au delà de cette constatation rapportée chez plusieurs espèces, très peu de travaux ont cherché à identifier les mécanismes par lesquels la lumière régule le processus de débourrement. Pour aborder cette question, nous avons lancé des recherches chez plusieurs variétés de rosier-buisson (Rosa sp. L.), en couplant des approches morphologiques, histologiques, biochimiques et moléculaires. Les études ont été menées sur des plantes expérimentales, défeuillées et décapitées au-dessus des trois bourgeons basaux de la tige principale, afin de limiter l'impact des inhibitions corrélatives entre organes, pouvant masquer ou interagir avec les mécanismes du photocontrôle. Nos résultats démontrent un besoin absolu de lumière pour le débourrement chez le rosier. En effet, aucun débourrement n'est observé à l'obscurité chez les six variétés de rosiers étudiées, ce qui n'est pas le cas chez les espèces modèles telles qu'Arabidopsis thaliana, la tomate ou le peuplier. Des expériences de masquage ont permis de montrer que le bourgeon percevait directement le signal lumineux requis pour le débourrement, soulignant ainsi une signalisation courte entre les organes récepteurs (écailles) et les sites de croissance (méristème apical, jeunes feuilles préformées). La lumière, aussi bien en termes d'intensité que de qualité, module le débourrement des bourgeons. Ainsi, de faibles intensités lumineuses (2 +mol.m-2.s-1) sont suffisantes pour permettre la croissance des jeunes feuilles préformées mais pas l'activité organogénique du méristème apical caulinaire. De même, les raies spectrales bleue et rouge clair permettent, contrairement à la lumière rouge sombre, l'induction de ces deux processus. On peut alors s'interroger sur le photocontrôle des processus physiologiques-clés du débourrement. Deux de ces processus ont fait l'objet d'une étude plus approfondie : le métabolisme glucidique et l'expansion cellulaire. Nos travaux montrent que le débourrement obtenu à la lumière est associé à un afflux d'eau et de sucres dans le bourgeon, ainsi qu'à une métabolisation du saccharose en sucres simples : glucose et fructose. La lumière agit en favorisant la transcription de gènes et/ou les activités d'enzymes de dégradation du saccharose que sont l'invertase acide vacuolaire et la saccharose synthase. L'élongation cellulaire est aussi stimulée à la lumière comme le montrent nos mesures en microscopie électronique à balayage. A l'obscurité, ces processus sont réduits ou inhibés n'offrant ainsi pas les conditions de croissance nécessaires au débourrement. L'expression génique d'une expansine, protéine intervenant dans le relâchement de la paroi au cours de l'élongation cellulaire, est ainsi fortement réprimée. En réponse au stress provoqué par l'obscurité permanente, la stimulation de la transcription d'une sorbitol déshydrogénase pourrait prendre le relais du métabolisme glucidique pour contribuer à la survie cellulaire. Nos travaux démontrent ainsi que le photocontrôle du débourrement du bourgeon s'exerce au travers d'au moins deux processus physiologiques: le métabolisme glucidique et l'élongation cellulaire. Au regard de nos résultats et de ceux de la bibliographie, nous proposons un modèle du contrôle par la lumière du débourrement.

5 annexes 5 p. Diplôme : Master Recherche; Dans une optique de prévision des effets du changement global sur la croissance, la dynamique et la répartition du sapin pectiné (Abies alba Mill.) et du hêtre commun (Fagus sylvatica L.), il est important de caractériser et comparer leur comportement vis-à-vis du climat. Une étude dendroclimatique a tout d’abord été menée sur le Mont Ventoux et met en évidence des réponses différentes aux conditions climatiques de la saison de végétation. Le sapin, même s’il est globalement moins sensible aux variations environnementales, dépend plus du bilan hydrique estivale que le hêtre. Celui-ci, par contre, ne tolère pas les gels tardifs, hypothèse confirmée par l’effet négatif d’un débourrement précoce sur sa croissance. La reconstitution des accroissements passés, d’individus localisés au niveau d’un gradient altitudinal, indique la présence d’optimums écologiques : 1000 – 1150 m pour le hêtre et 1200-1300m pour le sapin, dus à la présence de deux facteurs limitants : le manque d’eau à basse altitude et les basses températures à haute altitude. Ces dernières années, la hausse des températures a déjà entraîné un changement dans l’intensité de l’impact de ces facteurs, et donc une montée du maximum de croissance dans le cas du hêtre. Enfin l’analyse spatiale de la production de structures reproductives du sapin indique qu’elle est corrélée positivement avec la taille des arbres, et souligne la présence de cet optimum à moyenne altitude. La confrontation des variations temporelles de production de cônes avec celles des indices de croissance évoque l’existence d’un changement d’allocation des assimilats sans pour autant le certifié

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[EN] Cherry leaf spot (Blumeriella jaapii (Rehm) Arx.) is a very serious disease of wild cherry (Prunus avium L.), which produces premature leaf defoliation and vigor decrease. In two clonal seed orchards of P. avium naturally infected by B. jaapii, spatial heterogeneity and autocorrelation of neighbor damage caused by cherry leaf spot impeded proper analysis of the fungus incidence. The iterative spatial analysis (ISA), based on variography and kriging, was successfully used to eliminate the effect of this spatial heterogeneity in analysis of genetic variation in susceptibility to B. jaapii. Significant differences among P. avium clones were found, with moderate to high broad-sense heritability estimates. Genetic by environment interactions, although significant, were not quantitatively important. A strong relationship between leaf spot susceptibility and bud burst was found. However, other factors must be affecting the genetic variation in leaf spot susceptibility, as differences among clones remained highly significant when considering the bud burst as a covariate in the genetic model., [FR] Blumeriella jaapii (Rehm) Arx. est une des causes principales du dépérissement du merisier (Prunus avium L.) : il produit une défoliation prématurée et réduit la vigueur des arbres. Dans deux vergers à graines de clones de merisier naturellement infectés par B. jaapii, l’hétérogénité spatiale des dégâts et l’autocorrélation entre voisins empêchent une analyse correcte de l’incidence du champignon. Afin d’éliminer ces effets et d’étudier correctement la variabilité génétique de la susceptibilité au champignon, on a utilisé avec succès l’analyse itérative spatiale (ISA), basée sur la variographie et le krigeage. Des différences significatives entre clones existent pour la sensibilité au champignon. L’héritabilité clonale pour ce caractère est modérée à forte. Bien que l’interaction clone × site soit significative, elle n’est pas quantitativement importante. Par ailleurs, on a trouvé une relation étroite entre la susceptibilité au champignon et le débourrement végétatif. Néanmoins, d’autres facteurs doivent affecter la variabilité génétique à la susceptibilité, car les différences entre clones restent très significatives même quand on utilise le débourrement comme covariable dans le modèle statistique, RD and RZ were funded by an INIA-CCAA postdoctoral fellowship. The study was partially financed by the INIA project RTA05-57-C05-03.

The bud-burst is a major phonological event. It drives the length of the growing season. This period control the primary production and the carbon locking. Due to climate changes, many studies attempt to measure the impact of warming on the time of budburst. This study offers to asses the variability of the phenological response, and to understand the effect of the temperatures on the beech (Fagus sylvatica L.) bud-burst. The dynamic of the bud-burst had been followed during two years on two altitudinal gradients in the Mediterranean hinterland. These observations had been completed by a national approach with the analysis of 42 sites studied since several years by the National Forests Office. Our results show that the daily temperatures variability from January 1st to the phenological event cannot explain alone the variability of the budburst date. First, the cumulate temperatures needed to the bud-burst decreased with the altitude. Secondly, the April temperatures variability could better explain the budburst date variability, Le débourrement des bourgeons est un évènement phénologique important. Il détermine la longueur de la phase de croissance qui a un fort contrôle sur la production primaire et la séquestration du carbone atmosphérique. Face aux changements climatiques, de nombreuses études font état d’une nette avancé de cet événement phénologique. D’autres, par modélisation, tentent d’apprécier l’évolution des dates de débourrement en réponse au réchauffement. Dans cette étude, il est proposé de mieux appréhender les variations inter-individuelles, d’évaluer et de comprendre le rôle de la température sur le débourrement des bourgeons de hêtre (Fagus sylvatica L.). Pour cela, la dynamique du débourrement des bourgeons de hêtre sur deux gradients altitudinaux de l’arrière pays méditerranéen a été suivie au cours de deux années. Ces observations ont été complétées par une approche nationale, grâce à l’analyse de 42 sites suivis sur plusieurs années par l’Office National des Forêts. Nos résultats montrent que la variance observée sur la dynamique de débourrement des bourgeons de hêtre ne peut pas être seulement expliquée par la variabilité des températures journalières prise en compte à partir du 1ER janvier. D’une part, les températures cumulées permettant le débourrement des bourgeons diminue avec l’altitude. Et d’autre part, les températures du mois d’avril permettrait de mieux expliquer les variances observées