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Leghemoglobins enable the endosymbiotic fixation of molecular nitrogen (N2) in legume nodules by channeling O2 for bacterial respiration while maintaining a micro-oxic environment to protect O2-sensitive nitrogenase. We found that the NIN-like protein (NLP) transcription factors NLP2 and NIN directly activate the expression of leghemoglobins through a promoter motif, resembling a “double” version of the nitrate-responsive elements (NREs) targeted by other NLPs, that has conserved orientation and position across legumes. CRISPR knockout of the NRE-like element resulted in strongly decreased expression of the associated leghemoglobin. Our findings indicate that the origins of the NLP-leghemoglobin module for O2 buffering in nodules can be traced to an ancient pairing of NLPs with nonsymbiotic hemoglobins that function in hypoxia.

Intercropping with legumes has attracted much attention worldwide, regarded as a sustainable alternative to chemical N-fertilizer. Many studies have investigated the effects of introducing legumes into sugarcane systems. However, how agro-environmental conditions influence the effect of legumes on sugarcane yield is still unclear. Thus, we performed a meta-analysis to (i) quantify the effect of legume intercropping on sugarcane yield, (ii) assess how agro-environmental and management conditions influence the response of sugarcane yield to intercropping, and (iii) assess the influence of legumes in interaction with weeds on sugarcane yield. We combined data from a systematic literature review and experimental data from a network of experiments conducted on the tropical island of La Réunion. 315 observations (one-year x site x intercropping treatment) were analyzed with mixed effects models to assess the effect of legume intercropping on sugarcane yield and factors influencing the response of sugarcane yield. Intercropping with legumes resulted in a 3.34 % lower sugarcane yield on average compared to the monoculture treatment, but with high variation from − 65 to + 47 %. Our study highlighted how the competition of legumes on sugarcane yield is reduced by higher annual temperatures and soil organic carbon. Late sowing and early destruction date of the legume mitigated the negative effect of legumes on sugarcane yield. Our study also showed that the negative impact of legumes on sugarcane yield increased over years of intercropping. Further studies are needed to better synchronize legume sowing and destruction dates while reducing trade-offs between expected services (N enrichment and weed control) and disservices (yield loss, costs, and labor time) in sugarcane agrosystems according to the climate and soil context.

L’association des légumineuses et des céréales, dans des préparations alimentaires, permet d’une part à notre organisme de disposer de l’ensemble des acides aminés essentiels (en lysines et méthionines) ; et d’autre part, permet aussi de renforcer la teneur en fibres, en divers minéraux et vitamines du groupe B. Cette association permet d’obtenir un taux d’assimilation en protéines de 30 à 50% plus important que si elles étaient consommées séparément. L’objectif de cette étude est de comparer la qualité d’un couscous renforcé en légumineuses (fève, pois-chiche et lentille) à 30% et 50% avec un couscous à base du blé uniquement. Cette comparaison a été basée sur des tests physiques (humidité, activité de l’eau, indice de gonflement et indice de couleur), des tests biochimiques (fibres alimentaires, taux de protéines, cendres, matière grasse et glucides) et des tests microbiologiques (germes totaux, levures et moisissures). Les résultats obtenus ont montré que le couscous à base de légumineuses présente une activité d’eau (aw=0,52) nettement plus faible comparativement au couscous à base du blé uniquement (aw=0,62) ; ce qui témoigne d’une bonne aptitude à la conservation pour le couscous fortifié. La qualité nutritionnelle du couscous à base de légumineuses (taux des cendres, protéines et fibres alimentaires) est plus appréciable que celle du couscous à base de blé dur. Plus que le couscous est riche en légumineuses plus sa richesse nutritionnelle est importante (moins de matières grasses et de glucides). Néanmoins, le couscous renforcé en pois-chiche est moins riche en protéines (10,21g/100g MS) que celui à base de blé (12,10g/100g MS). Sur le plan microbiologique, il a été constaté aussi que la charge microbienne (en germes totaux, levures et moisissures) diminue avec le taux de fortification du couscous renforcé en légumineuses alimentaires., African and Mediterranean Agricultural Journal - Al Awamia, No 134 (2022)

Cropping systems with legumes play key roles in farming systems in sub-Saharan Africa. However, how commonly legume associations perform in low input-systems is not well-known. Here, we studied four legume species used in three systems in rotation with upland rice, i.e., groundnut monocropping, sorghum–cowpea intercropping, and velvet bean–crotalaria intercropping, in two fertilization managements on the previous rice, i.e., manure alone or complemented with mineral fertilization. Legume suitability was assessed using rhizobial and mycorrhizal colonization rates, plant biomass production, shoot N and P content, and biological N2 fixation based on their δ15N natural abundance. Shoot and root biomasses varied significantly between legume species and were positively correlated with nodule number (r = 0.49 and 0.74, p-value &lt, 0.05 and &lt, 0.001, respectively) and the amount of fixed N (r = 0.73 and 0.50, p-value &lt, 0.001 and &lt, 0.05, respectively). The proportion of plant N derived from N2 fixation also varied significantly between species, with a higher percentage for velvet bean (66%), compared to the other three species (50 to 60%). Legume roots were weakly colonized by AM fungi, with similar levels between species. Overall, fertilization management did not significantly impact legume biomass, symbioses, or N2 fixation, yet the organo-mineral fertilization significantly increased legume shoot P content. The lack of effect of mineral fertilization on N2 fixation and biomass could be due to other nutrient deficiencies (Ca, Mg, micronutrients), which can hamper symbioses with rhizobia and mycorrhizae.

International audience; In the cotton-production zone of Burkina Faso, poor soil fertility and limited access to appropriate fertilizers call for alternative approaches to sustain productivity, such as the introduction of more legumes into the agroecosystem. Legumes have nearly disappeared from local cropping systems under the pressure of the cotton monocropping model. To develop new legume-based cropping systems using a bottom-up approach, this study was based on local farmers' agroecological innovations. In a first step, called on-farm innovation tracking, five innovative legume-based cropping systems were identified and characterized on farms located in the study area through interviews with "innovative farmers" who had designed and implemented these cropping systems: (i) Sorghum and legume (cowpea, soybean or peanut) intercropping in rotation with maize or cotton; (ii) Soybean as a cash crop in rotation with maize or cotton; (iii) Red cowpea intra-annual succession with a biomass crop; (iv) Mucuna in rotation with maize; and (v) Pigeon pea in rotation with maize. In a second step, these five "innovative cropping systems" (ICSs) were implemented in "participatory prototyping trials" (PPTs) in two communities located in the study area were they were evaluated during field days by local farmers ("field-day farmers") having no previous experience with ICSs. By comparing evaluations made by innovative farmers with those of field-day farmers, it was shown that (i) locally implemented ICSs adapted to local drivers of change are of great interest to other farmers, and (ii) the study's two-step participatory approach is an original and relevant way to co-design and introduce innovations.

Many Aeschynomene sp. belonging to the Dalbergioids family, like Arachis hypogea, can develop a nitrogen-fixing root symbiosis with photosynthetic bradyrhizobia. Among them, certain strains are lacking the nod genes operon which is essential for Nod Factor biosynthesis. First genetic analysis in Aeschynomene evenia revealed that many genes involved in bacterial perception in model legumes are not functionals in the Nod-independent symbiosis whereas the genes involved in signal transduction are mainly conserved.In the aim to better understand how Nod-independent nodulation has been set up, we searched to identify new genes using forward genetics on A. evenia. An EMS mutagenized population has been generated leading to the isolation of 250 stable mutant lineages affected in the nodulation process. Among these mutants, half of them are totally unable to nodulate and are qualified by « Nod- ».A Targeted-Sequence-Capture analysis has been realized on the Nod- mutants and allows the identification of mutations in many known genes of the « Nod signaling pathway » This kind of analysis is possible thanks to a reference genome which has been sequenced and annotated recently. Mutations have been found in AePOLLUX, AeCCaMK, AeCYCLOPS, AeNIN, and AeNSP2 genes whereas no mutations have been found in any LysM-RLK (Nod factor receptors). Gene expression analysis by Q-PCR on different mutants have been realized to observe eventual deregulation of other symbiotic genes.Concerning Nod- mutants for which no known symbiotic gene has been associated, we performed a Mapping-by-Sequencing approach that is combining cartography and whole-genome sequencing to localize homozygous mutations. For some mutants with the same phenotype, we identify mutations on a gene coding a Receptor-Like Cytoplasmic Kinase (RLCK). This gene underwent a specific duplication event that is only observed in Nod-independent Aeschynomene species, suggesting a role of this cytoplasmic kinase during the Nod-independent symbiosis. This kind of protein devoid of the extracellular domain and belonging to a family known for associates with Receptor-Like Kinase (RLK) to transduce the signal and activation of genetic programs of development, reproduction, growth, and immunity. However, this is one of the first times that a protein of this family is shown to be involved in nitrogen-fixing symbiosis (except for LjNiCK4 in 2019).Furthermore, the Mapping-by-sequencing approach allows the identification of 3 other new symbiotic genes (AeCRK, AeRINRK, AeMLRR-RLP) that are not described in model legumes (except LjRINRK1 in 2019). In this manuscript, the results of these analyses will be presented and discussed in order to understand the molecular mechanisms governing the nodulation in the absence of Nod factors.; Plusieurs espèces appartenant au genre tropical Aeschynomene développent une symbiose fixatrice d’azote originale avec des Bradyrhizobium photosynthétiques, qui ne passe pas par la reconnaissance des facteurs Nod rhizobiens et la formation de cordons d’infection. Pour mettre à jour les mécanismes moléculaires de cette symbiose dite Nod-indépendante, une approche de génétique directe est mise en œuvre chez Aeschynomene evenia. Elle combine le crible d’une population de mutagenèse EMS, ayant permis d’isoler 250 mutants de nodulation, au séquençage du génome d’A. evenia pour faciliter l’identification de gènes symbiotiques à partir de ces mutants. Au cours de ma thèse, j’ai mis à profit le génome nouvellement disponible d’A. evenia en menant une analyse comparative de gènes symbiotiques afin d’obtenir une vue d’ensemble des mécanismes potentiellement conservés ou divergents entre A. evenia et les légumineuses modèles M. truncatula et L. japonicus. Ce travail a mis en exergue des différences génétiques importantes, notamment au niveau des étapes de reconnaissance des rhizobiums et d’infection. Ensuite, pour déterminer quels gènes connus chez les légumineuses modèles sont aussi impliqués dans la symbiose Nod-indépendante, j’ai recherché des mutations par Targeted Sequence Capture de ces gènes sur les 250 mutants de nodulation d’A. evenia. Cette approche a révélé que nombreux mutants Nod-, qui sont bloqués dans les étapes les plus précoces de l’interaction, sont altérés dans plusieurs gènes de la voie de signalisation symbiotique activée par les rhizobiums : AePOLLUX, AeCCaMK, AeCYCLOPS, AeNIN et AeNSP2. En revanche, aucune mutation n’a été trouvée dans les gènes codant des récepteurs symbiotiques.Pour identifier chez A. evenia de nouveaux gènes clé de la symbiose Nod-indépendante, j’ai appliqué une approche sans a priori, le Mapping-by-Sequencing, sur les mutants Nod- n’ayant pas de gène connu associé. Cette stratégie a été fructueuse pour identifier deux gènes : AeRLCK, qui code un Receptor-Like Cytoplasmic Kinase (RLCK), et AeCRK, codant une Cysteine-rich Receptor-like Kinase (CRK). Il est notable que ces deux gènes ne sont pas retrouvés chez les légumineuses modèles et qu’ils appartiennent à deux familles d’acteurs de signalisation précoce pouvant participer à la formation de complexe récepteurs avec des Receptor-Like Kinases (RLK) pour assurer la transduction d’un signal extracellulaire. Une caractérisation de ces deux nouveaux acteurs symbiotiques a révélé qu’AeRLCK est issu d’une duplication en tandem propre aux Aeschynomene Nod-indépendantes et qu’AeCRK est soumis à une sélection purifiante chez ces mêmes espèces, ce qui suggère qu’ils pourraient fonctionner spécifiquement dans la symbiose Nod-indépendante. Pour préciser leur rôle et les positionner par rapport à la voie de signalisation symbiotique conservée avec les légumineuses modèles, j’ai également initié une analyse comparative fine au niveau phénotypique et moléculaire. La découverte d’AeRLCK et AeCRK représente une avancée importante dans notre compréhension des mécanismes moléculaires qui contrôlent l’établissement de la symbiose Nod-indépendante. Elle ouvre maintenant la voie à une analyse fonctionnelle de ces deux acteurs symbiotiques et à une recherche des récepteurs symbiotiques avec qui ils peuvent interagir.

National audience; Dans le contexte actuel de changements climatiques et de pression croissance sur les ressources, le modèle de production agricole est remis en cause et se pose donc le défi d’une production de protéines plus autonome, performante et durable. Le projet PSDR 4 ProSys a pour objectif de développer la production des protéines végétales dans les systèmes de culture de la région Bourgogne-Franche-Comté (BFC), via notamment l’intégration des légumineuses. Un des résultats de l’axe 1 du projet est l’acquisition de références régionales sur le potentiel de production actuel et en contexte de changement climatique, sur une légumineuse d’intérêt : le pois. Le modèle de culture de pois « Azodyn-Pea » implémenté dans la plateforme de modélisation RECORD va être utilisé afin de cartographier le potentiel de production du pois en région. La première étape est la cartographie des caractéristiques pédoclimatiques actuelles et futures en BFC afin d’apporter des éléments pour identifier les zones favorables à la culture de pois. Des données climatiques journalières régionalisées à une résolution de 8 km sur l’ensemble de la région ont été obtenues (i) par ré-analyse, représentant le climat observé pour la période 1988-2016, (ii) par simulation pour la période historique 1980-2005 et pour la période prospective 2006-2100, en explorant deux trajectoires de changement climatique : une optimiste RCP4.5 et une pessimiste RCP 8.5. Les données pédologiques ont été obtenues grâce à l’exploitation des référentiels régionaux pédologiques. Les propriétés de sol essentielles à la modélisation ont été extraites de la base, puis traitées afin de constituer en plus des données spatiales (polygones UCS), une nouvelle base de données sémantiques. Les caractéristiques des Unités Typologique de Sol majoritaires dans chaque Unité Cartographique de Sol ont été conservées. Des variables comme la profondeur du sol, le pH, la matière organique ont été directement lus dans la base de données alors que d’autres comme la réserve utile (RU) ou la densité apparente ont été déduits des données sémantiques à l’aide de fonctions de pédotransfert. Une cartographie en BFC des dates de floraison historiques (1980-2005) et prospectives (2006-2100) a été réalisée en utilisant les données climatiques pour 2 variétés de pois (l’une d’hiver et l’autre de printemps) et une date de semis par variété. Au final, les simulations Azodyn-pea vont permettre de cartographier le rendement potentiel en utilisant les caractéristiques du sol et en tenant compte de stress abiotiques, tels que le gel hivernal ou le déficit hydrique. Ces nouvelles connaissances concourront au développement cohérent de la culture de pois, en prenant en compte le potentiel agronomique des sols de la région BFC.

Pea (Pisum sativum L.) is the most cultivated seed legume in the world after common bean. But it issubject to a disease against which there is no effective treatment, root rot caused by Aphanomyceseuteiches. The only sustainable solution to control A. euteiches is genetic control. Previous studies haveidentified a positive correlation between the root area or biomass of lines and their level of resistance toroot rot caused by A. euteiches. The aim of the internship, which was part of the research project"Diversification and Combination of Aphanomyces Resistance QTLs in Protein Pea (DORA)", was toidentify whether changes in the components of the root system architecture of pea are induced by the A.euteiches resistance QTLs alone or in combination. The study was based on image analyses of the rootsystems of 12 pea lines, including 9 NILs (Near-Isogenic Lines) with 0 to 5 resistance QTLs, usingSmartRoot software. The use of this software allowed us to obtain data for 16 root variables but was verytime consuming. By analysing the results obtained, we selected a subset of 8 variables, representative ofthe root system and less time-consuming to obtain, and allowing us to highlight differences between thelines at the early stages of development. Further analysis will allow us to study differences between lines atlater stages, Le pois (Pisum sativum L.) est la légumineuse à graine la plus cultivée dans le monde derrière le haricotcommun. Mais il est sujet à une maladie contre laquelle il n’existe aucun traitement efficace, la pourritureracinaire causée par Aphanomyces euteiches. La seule solution durable pour lutter contre A. euteiches est lalutte génétique. Des études précédentes ont permis d’identifier une corrélation positive entre les surfacesou biomasses racinaires des lignées et leur niveau de résistance à la pourriture racinaire due à A. euteiches.L’objet du stage, inscrit dans le cadre du projet de recherche « Diversification et cOmbinaison des QTL deRésistance à Aphanomyces chez le pois protéagineux (DORA), était d’identifier si des modifications descomposantes de l’architecture du système racinaire du pois sont induites par les QTLs de résistance à A.euteiches seuls ou en combinaison. L’étude a été basée sur des analyses d’images de systèmes racinaires de12 lignées de pois, dont 9 NILs (Near-Isogenic Lines pour Lignée quasi-isogéniques) comprenant 0 à 5QTLs de résistance, à l’aide du logiciel SmartRoot. L’utilisation de ce logiciel nous a permis d’obtenir desdonnées pour 16 variables racinaires mais a été très chronophage. En analysant les résultats obtenus, nousavons sélectionné un sous-ensemble de 8 variables, représentatif du système racinaire et moinschronophage à obtenir, et permettant de mettre en évidence des différences entre les lignées aux premiersstades de développement. La poursuite des analyses permettra d’étudier les différences entre les lignées àdes stades plus tardifs.

Overuse of chemical fertiliser in cereal cropping systems has resulted in severe degradation of air and water quality. Diversifying cropping sequence with legumes provides a natural source of nitrogen (N), but also increases N leaching risks after their growing period. Here, we hypothesize that legumes and other break crops, i.e., crops grown to diversify the cropping sequence, reduce N leaching at the rotation scale due to their contribution to increasing nutrient use efficiency and crop N recovery of the following cereal crops. In two 4-year experiments conducted in northern France, we monitored agronomic performance and the changes in the soil mineral N content at field scale in six preceding crop-current crop combinations including winter wheat (Triticum aestivum), pea (Pisum sativum L.) and oilseed rape (Brassica napus L.). We quantified N leaching after each crop as a function of the preceding crop with a water-fluxes model based on soil mineral N content, climate data and soil characteristics. We then simulated N leaching at the rotation scale, for 20 years of climate conditions and various cropping management systems. We show that growing pea or oilseed rape reduced soil mineral N content at harvest of the following cereals (up to mean values of −28 and −19 kg N ha−1 respectively), and N leaching risks during winter of the following cereals compared to the wheat-wheat cropping sequence. Although N leaching was higher during the winter after pea was cultivated, the cumulative losses over four experimental years of the pea cropping sequences were not significantly higher than the no-break cropping sequences. Over the 20 climate years, sequences including pea, oilseed rape, volunteers or catch crops reduced simulated N leaching by up to 40 % compared to wheat monoculture. Our study confirms that N leaching not only depends on the current crop but is also affected by the preceding crop. A large potential reduction in nitrogen leaching could be achieved in many intensive cereal-growing regions with very limited cropping sequence diversity.

L’augmentation de la biodiversité dans les systèmes agricoles est un levier essentiel afin de tendre vers des systèmes agroécologiques qui s’appuient sur les fonctionnalités de l’écosystème afin de diminuer les impacts négatifs sur l’environnement et préserver les ressources naturelles. En ce sens, la réintroduction des légumi- neuses dans les systèmes de culture peut jouer un rôle majeur du fait de fonctions uniques ou complémen- taires à celles des cultures dominantes dans les systèmes de culture, et sur lesquelles reposent plusieurs services écosystémiques. Cependant, malgré la diversité des modes d’insertion des légumineuses dans les systèmes de culture et leurs nombreux intérêts environnementaux et nutritionnels, les légumineuses ne repré- sentent qu’une très faible part de la surface agricole utile en France. Fort de ce constat, dans le cadre du projet « Pour et Sur le Développement Rural – ProSys » nous avons cherché à repérer et analyser en Bourgogne-Franche-Comté des systèmes pilotés par des agriculteurs inté- grant des légumineuses de manière réussie et satisfaisante. En effet, aujourd’hui, de plus en plus d’agriculteurs mettent en place des pratiques qui sont jugées « innovantes », pouvant contribuer à enrichir les connaissances pour proposer et diffuser des systèmes de culture plus « agroécologiques » qui intègrent des légumineuses. Au travers de ce livret nous vous proposons de partager les informations recueillies à l’issue de ce travail d’en- quête auprès de 9 agriculteurs en Bourgogne-Franche-Comté.

The renewed interest in plant proteins has stimulated research aimed at developing markers to aid in the selection of legume varieties better adapted to nutritional needs. Among the traits to be improved and stabilized is the amino acid balance of seeds, the essential amino acids methionine and tryptophan being particularly under-represented in legume seeds. This thesis focuses on seed protein composition, which is a major determinant of the seed amino acid balance. The objective was to explore the genetic and environmental variability in this trait and to identify genes potentially involved in its plasticity when subjected to environmental stresses. In the first part of the thesis, the protein composition of seeds from 200 Medicago truncatula genotypes cultivated in four contrasted environments (sufficient water supply, water stress, and two time-shifted sowing) was analyzed by one-dimensional electrophoresis. The plasticity indices calculated for each protein band made it possible to identify, by genome-wide association studies (GWAS), sequence polymorphisms associated with variations in the plasticity of the major storage proteins, the 7S and 11 globulins. The list of candidate genes is enriched in genes related to transcription, DNA repair and signal transduction. Other over-represented genes are involved in sulfur and aspartate metabolism leading to the synthesis of methionine and lysine. By exploiting publicly available expression datasets in Medicago truncatula, and by localizing these genes in the corresponding metabolic pathways, we discovered that methionine recycling pathways are likely to contribute to the plasticity of seed protein composition. This recycling involves the homocysteine S-methyltransferase 3 enzyme that regenerates methionine from S-methylmethionine, a long-distance transport form of methionine in the phloem. This part of the thesis has led to the identification of new genes to be targeted to improve and stabilize the amount of sulfur amino acids in seeds, opening prospects for translational research aimed at improving the quality of seeds in protein crops such as pea.The second part of the thesis aimed at exploring the variability of response of a collection of pea ecotypes to sulfur deficiency, at the levels of yield components and of seed protein composition, and to identify by GWAS genes potentially involved in this variability of response. Two experiments were carried out in two successive years with respectively 304 and 198 genotypes developed under two conditions: sufficient or deficient in sulfur. Since both year effect and sulfur deficiency effect were significant on the variables, plasticity indices reflecting the amplitude of the sulfur deficiency response were calculated for each variable. The results obtained by GWAS have revealed candidate genes for controlling the protein composition of seeds in low sulfur environments. Several are associated with transport mechanisms (e.g. amino acids) and post-translational regulation, while others play a role in sulfur metabolism or in the cross-talk between nitrogen and sulfur metabolisms. This work has shed light on pea genes that might control the nitrogen and sulfur status of seeds, and thus modulate the balance between the 7S and 11S globulins. The same GWAS approach conducted on yield component traits has led to the proposal of relevant candidate genes in particular for seed weight control. Altogether, these results offer prospects for varietal improvement to stabilize yield and the protein composition of legume seeds in fluctuating environments, in particular for the availability of sulfur., Le regain d’intérêt pour les protéines végétales stimule les recherches visant à développer des marqueurs d’aide à la sélection de variétés de légumineuses mieux adaptées aux besoins nutritionnels. Parmi les caractères à améliorer et à stabiliser est l’équilibre en acides aminés des graines, les acides aminés essentiels méthionine et tryptophane étant particulièrement sous-représentés dans les graines de légumineuses. Cette thèse est centrée sur la composition protéique des graines, un déterminant majeur de l’équilibre en acides aminés. L’objectif était d’explorer la variabilité génétique et environnementale de ce caractère et d’identifier des gènes potentiellement impliqués dans sa plasticité vis-à-vis de l’environnement.Dans le premier volet de la thèse, la composition protéique des graines de 200 génotypes de Medicago truncatula cultivés dans quatre environnements contrastés (apport suffisant en eau, stress hydrique, et deux semis décalés) a été analysée par électrophorèse mono-dimensionnelle. Les indices de plasticité calculés pour chaque bande protéique ont permis d’identifier, par génétique d’association à l’échelle du génome (GWAS), des polymorphismes de séquence associés à des variations de plasticité des protéines de réserve majeures, les globulines 7S et 11S. La liste des gènes candidats est enrichie en gènes liés à la transcription, à la réparation de l'ADN et à la transduction du signal. D’autres gènes sur-représentés sont impliqués dans les métabolismes du soufre et de l'aspartate conduisant à la synthèse de méthionine et de lysine. En exploitant des données d’expression publiquement disponibles chez Medicago truncatula, et en replaçant ces gènes dans les voies métaboliques correspondantes, nous avons découvert l'importance des voies de recyclage de la méthionine dans le contrôle de la plasticité de la composition protéique des graines. Ce recyclage fait intervenir l’enzyme homocystéine S-méthyltransférase 3 impliquée dans la régénération de méthionine à partir de S-méthylméthionine, une forme de transport de méthionine dans le phloème. Cette section de la thèse a fait émerger de nouveaux gènes à cibler pour améliorer et stabiliser le contenu en acides aminés soufrés, ouvrant des perspectives de recherches translationnelles visant à améliorer la qualité des graines de protéagineux comme le pois. Le second volet de la thèse avait pour objectifs d’explorer la variabilité de réponse d’une collection d’écotypes de pois à une carence en soufre, aux niveaux des composantes de rendement et de la composition protéique des graines, et d’identifier par GWAS des gènes potentiellement impliqués dans cette variabilité de réponse. Deux expériences ont été conduites deux années successives avec respectivement 304 et 198 génotypes développés dans deux conditions : apport suffisant ou carencé en soufre. L’effet année et l’effet de la carence en soufre étant significatifs sur les variables étudiées, des indices de plasticité reflétant l’amplitude de réponse vis-à-vis d’une carence en soufre ont été calculés pour chaque variable. Les résultats obtenus par GWAS ont mis en évidence des gènes candidats pour contrôler la composition protéique des graines dans les environnements pauvres en soufre. Plusieurs sont associés aux mécanismes de transport (ex. d’acides aminés) et de régulation post-traductionnelle, tandis que d’autres jouent un rôle dans le métabolisme du soufre ou sont au carrefour entre les métabolismes azotés et soufrés. Ce travail a permis de mettre en lumière des gènes de pois susceptibles de contrôler le statut azoté et soufré des graines, et ainsi de moduler l’équilibre entre les globulines 7S et 11S. La même approche GWAS menée au niveau des composantes de rendement a conduit à proposer des gènes candidats pertinents en particulier pour le contrôle du poids d’une graine.

The Medicago truncatula NODULE-ROOT, the Arabidopsis thaliana BLADE-ON-PETIOLE, and the Pisum sativum COCHLEATA genes are members of a highly conserved NOOT-BOP-COCH-LIKE1 (NBCL1) specific clade that belongs to the NON-EXPRESSOR OF PATHOGENESIS RELATED PROTEIN1 LIKE gene family. In legumes, the members of this NBCL1 clade are known as key regulators of the symbiotic organ identity. The members of the NBCL2 clade (MtNOOT2) also play a key role in the establishment and maintenance of the symbiotic nodule identity, redundantly with NBCL1 while without significant phenotype alone. These NBCL plant genes were also shown to be involved in abscission. In addition, NBCL genes are also conserved in monocotyledon plants in which they also control different aspects of development. The present thesis work aims to better understand the roles of the NBCL1 and NBCL2 genes in development in both legume and Brachypodium plants and to discover new molecular actors involved in the NBCL1-dependent regulation of the nodule identity using novel TILLING and Tnt1 insertional mutants in two legume species, Medicago, and Pisum. In addition we used CRISPR knock-out mutations in Brachypodium to better understand their roles in monocotyledon plants. This thesis work unraveled new functions of the NBCL1 genes in plant shoot development and plant architecture. We also revealed that the members of the legume-specific NBCL2 redundantly function with NBCL1 sub-clade and play important roles in leaf, stipule, inflorescence and flower development. In addition we showed a role in nodule development, identity establishment and maintenance, and consequently in the success and efficiency of the symbiotic association. In this thesis, we also explored the roles of the highly conserved NBCL genes, BdUNICULME4 and BdLAXATUM-A, in the development of B. distachyon using double mutants. We confirmed previous results and reveal a new function for these two genes in plant architecture, ligule and inflorescence formation, and also lignin content. This thesis work has finally allowed the identification and the characterization of new mutants for M. truncatula ALOG (Arabidopsis LSH1 and Oryza G1) genes. ALOG proteins are potential interacting partners for NBCL. We showed that some ALOG members play important roles in nodule and aerial organ development. Altogether, this thesis work suggests that during evolution, the nodule developmental program was recruited from pre-existing regulatory programs for nodule development and identity., Les gènes NODULE-ROOT de Medicago truncatula, BLADE-ON-PETIOLE d’Arabidopsis thaliana et COCHLEATA de Pisum sativum font partie d'un clade spécifique NOOT-BOP-COCH-LIKE1 (NBCL1) hautement conservé et qui appartient à la famille de gènes NON-EXPRESSOR OF PATHOGENESIS RELATED PROTEIN1 LIKE. Chez les légumineuses, les membres du clade NBCL1 sont connus comme les principaux régulateurs de l'identité des organes symbiotiques (nodules). Les membres du clade NBCL2 (MtNOOT2) jouent également un rôle clé dans l'établissement et le maintien de l'identité de l’organe symbiotique, en redondance avec les gènes NBCL1. Il a également été démontré que ces gènes végétaux NBCL sont impliqués dans l'abscission. Les gènes NBCL sont également conservés chez les plantes monocotylédones chez lesquelles ils contrôlent différents aspects du développement. Ce travail de thèse vise à mieux comprendre les rôles des gènes NBCL1 et NBCL2 dans le développement des plantes légumineuses et chez Brachypodium et à découvrir de nouveaux acteurs moléculaires impliqués dans la régulation de l'identité des nodules dépendante de NBCL1, en utilisant de nouveaux mutants d'insertion TILLING et Tnt1 chez deux espèces de légumineuses (Medicago et Pisum). En outre, nous avons utilisé les mutations KO CRISPR chez Brachypodium pour mieux comprendre leur rôle chez les plantes monocotylédones. Ce travail de thèse a permis d'élucider les nouvelles fonctions des gènes NBCL1 dans le développement des tiges et l'architecture des plantes. Nous avons également révélé que les membres du clade NBCL2, spécifique aux légumineuses, fonctionnent de manière redondante avec le clade NBCL1 et jouent des rôles importants dans le développement des feuilles, des stipules, des inflorescences et des fleurs. De plus, nous avons montré un rôle dans le développement, l'établissement et le maintien de l'identité des nodosités, et par conséquent dans le succès et l'efficacité de l'association symbiotique. Dans cette thèse, nous avons également exploré les rôles des gènes NBCL BdUNICULME4 et BdLAXATUM-A, dans le développement de B. distachyon à l'aide de doubles mutants. Nous avons confirmé les résultats précédents et révélé une nouvelle fonction pour ces deux gènes dans l'architecture des plantes, la formation des ligules et des inflorescences, ainsi que dans la teneur en lignine. Ce travail de thèse a finalement permis l'identification et la caractérisation de nouveaux mutants pour les gènes de M. truncatula ALOG (Arabidopsis LSH1 et Oryza G1). Les protéines ALOG sont des partenaires d'interaction potentiels pour les NBCLs. Nous avons montré que certains membres ALOG jouent un rôle important dans le développement des nodules et des organes aériens. Dans l'ensemble, ce travail de thèse suggère qu'au cours de l'évolution, le programme de développement des nodules a été recruté à partir de programmes de régulation préexistants pour le développement et l'identité des nodosités.

National audience; Les bénéfices associés à l'introduction des légumineuses dans les systèmes de culture sont reconnus dans le but de tendre vers des systèmes agroécologiques plus économes en intrants azotés. Plusieurs essais menés par l'INRAE de Dijon ont pour but de comparer l'effet des légumineuses associées sur le rendement d'une culture de blé.

This Ph.D. thesis studies crop-livestock complementarities enabled by legumes in the region of western France. Economic and environmental assessment of these complementarities is performed from the farm scale to the regional scale. The main contribution of this research is the development of the bio-economic model SYNERGY, which represents local exchanges of crops (including legumes) and manure between crop-oriented farms and livestock-oriented farms. This model represents the pre-crop effect of legumes and includes alternative rations with these high-protein crops. The main simulation results show that coupled subsidies to legumes increase their production but do not lead to better valuation of technical complementarities. One way to increase the use of legumes in animal feed is to label GMO-free animal products. However, since the simulated local exchanges of legumes remain low, these crops are largely imported from outside the region. Thus, the economic and environmental results do not improve at the regional scale, and protein self-sufficiency decreases. Finally, at the scale of the agro-food chain, exchanges of legumes lead to high transaction costs, which current contracts reduce only slightly. Developing markets that value local resources could foster legume production., Cette thèse de doctorat porte sur les complémentarités culture-élevage permises par les légumineuses, dans la région de l'Ouest de la France. Une évaluation économique et environnementale de ces complémentarités est réalisée depuis l’échelle de l’exploitation agricole jusqu’à celle de la région. Le principal apport de cette thèse est l’élaboration d’un modèle bioéconomique SYNERGY qui modélise les échanges locaux de cultures (dont les légumineuses) et d’effluents entre des exploitations de grandes cultures et des exploitations d'élevage. Ce modèle prend en compte l’effet précédent des légumineuses et comprend des rations alternatives avec ces cultures riches en protéines. Les principaux résultats de simulation montrent que les aides couplées aux légumineuses accroissent leur production mais n’engendrent pas une meilleure valorisation des complémentarités techniques. Un moyen d’accroître l'utilisation de légumineuses en alimentation animale est de labelliser les produits animaux sans OGM. Cependant, les échanges locaux simulés restant faibles, les légumineuses sont en grande partie importées de l’extérieur de la région. Ainsi, les résultats économiques et environnementaux ne sont pas améliorés à l’échelle régionale et l'autonomie en protéines diminue. Enfin, à l’échelle des filières, nous montrons que les échanges de légumineuses engendrent des coûts de transaction élevés, peu réduits par les contrats existants. Le développement de marchés valorisant les ressources locales pourrait encourager la culture de légumineuses.

Les légumineuses comme le pois et la féverole fournissent un capital de solutions pour les transitions alimentaires et agroécologique. Pour développer leur culture en France et en Europe, il faut disposer de variétés aptes à une production régulière et de qualité dans différentes conditions. Le projet PeaMUST, mené par INRAE, a construit les outils génomiques et prédictifs pour pouvoir sélectionner ces variétés.

47 pags.- 6 Tabls.- 5 Figs. The definitive version is available at: https://www.sciencedirect.com/science/journal/0308521X, Agriculture contributes to a significant proportion of global emissions of greenhouse gases (GHG) but can also participate in climate change mitigation. The introduction of legumes in crop rotations reduces the dependence on N fertilizers and may mitigate the carbon (C) footprint of cropping systems. The aim of this study was to quantify the C footprint of six low-input arable cropping systems resulting from the combination of three levels of grain legumes introduction in a 3-yr rotation (GL0: no grain legumes, GL1: 1 grain legume, GL2: 2 grain legumes) and the use of cover crops (CC) or bare fallow (BF) between cash crops, covering two rotation cycles (6 years). The approach considered external emissions, on-site emissions and soil organic carbon (SOC) stock changes, and prioritized (i) field observations and (ii) simulation of non-measured variables with the STICS model, rather than default emission factors. As expected, fertilizers accounted for 80–90% of external emissions, being reduced by 50% and 102% with grain legumes introduction in GL1-BF and GL2-BF, compared to the cereal-based rotation (GL0-BF). Cover crops management increased machinery emissions by 24–35% compared to BF. Soil nitrous oxide (N2O) emissions were low, ranging between 205 and 333 kg CO2 eq. ha−1 yr−1 in GL1-BF and GL0-BF, respectively. Nitrate leaching represented the indirect emission of 11.6 to 27.2 kg CO2 eq. ha−1 yr−1 in the BF treatments and 8.2 to 10.7 kg CO2 eq. ha−1 yr−1 in the CC treatments. Indirect emissions due to ammonia volatilization ranged between 8.4 and 41.8 kg CO2 eq. ha−1 yr−1. The introduction of grain legumes strongly influenced SOC changes and, consequently, the C footprint. In the BF systems, grain legumes introduction in the rotations led to a significant increase in the C footprint, because of higher SOC losses. Contrarily, the use of cover crops mitigated SOC losses, and lowered the C footprint. These results indicated the need of CC when increasing the number of grain legumes in cereal-based rotations. Despite the multiple known benefits of introducing grain legumes in cropping systems our research highlights the need to consider soil organic carbon changes in environmental assessments., This research was supported by (i) the FP6 Grain Legumes Integrated Project (food-CT-2004-506223), (ii) the European Commission (REA) through the LEGATO project (FP7-613551) and (iii) the French National Research Agency (ANR) through the LEGITIMES French project (ANR-13-AGRO-0004). It also benefited from the support of the Climate-CAFE European project, which was selected by the European FACCE-JPI ERA-NET Plus program. INS was funded thanks to a convention between the University of Lleida and INRA-Toulouse. DPB received a Juan de la Cierva postdoctoral grant from the Ministerio de Economía y Competitividad of Spain (IJCI-2016-27784).

Grain-legume crops are important for ensuring the sustainability of agrofood systems. Among them, pulse production is subject to strong lock-in compared to soya, the leading worldwide crop. To unlock the situation and foster more grain-legume crop diversity, scientific research is essential for providing new knowledge that may lead to new development. Our study aimed to evaluate whether research activity on grain-legumes is also locked in favor of soya. Considering more than 80 names grouped into 19 main grain-legume species, we built a dataset of 107,823 scholarly publications (articles, book, and book chapters) between 1980 and 2018 retrieved from the Web of Science (Clarivate Analytics) reflecting the research activity on grain-legumes. We delineated 10 scientific themes of interest running the gamut of agrofood research (e.g., genetics, agronomy, and nutrition). We indexed grain-legume species, calculated the percentage of records for each one, and conducted several analyses longitudinally and by country. Globally, we found an unbalanced research output: soya remains the main crop studied, even in the promising field of food sciences advanced by FAO as the &ldquo, future of pulses&rdquo, Our results raise questions about how to align research priorities with societal demand for more crop diversity.

International audience; Dehulled yellow pea flour (48.2% starch, 23.4% proteins, d.b.), was processed by a twin-screw extruder at various moisture contents MC (18-35% w.b.), product temperature T (115-165 degrees C), and specific mechanical energy SME (50-1200 kJ/kg). Structural changes of extruded pea flour were determined at different scales by measurements of density (expansion), crystallinity (X-ray diffraction), gelatinisation enthalpy (DSC), starch solubility in water and protein solubility in SDS and DTE (SE-HPLC). Foam density dropped from 820 to 85 kg/m3 with increase in SME and T (R-2 >= 0.78). DSC and XRD results showed that starch was amorphous whatever extrusion conditions. Its solubility in water augmented up to 50%. Increasing temperature from 115 to 165 degrees C decreased proteins soluble in SDS from 95 to 35% (R-2 = 0.83) of total proteins, whereas the proteins soluble in DTE increased from 5 to 45% (R-2 = 0.75) of total proteins. These trends could be described by sigmoid models, which allowed determining onset temperatures for changes of protein solubility in the interval [125, 146 degrees C], whatever moisture content. The SME impact on protein solubility followed similar trends. These results suggest the creation of protein network by S-S bonds, implicating larger SDS-insoluble protein aggregates, as a result of increasing T and SME, accompanied by creation of covalent bonds other than S-S ones. CSLM images suggested that extruded pea flour had a composite morphology that changed from dispersed small protein aggregates to a bi-continuous matrix of large protein aggregates and amorphous starch. This morphology would govern the expansion of pea flour by extrusion.

Soil organic carbon (SOC) sequestration was evaluated for several long-term rain-fed cropping systems for conservation agriculture (CA) and conservation tillage (CT) in Cambodia using the Environmental Policy Integrated Climate (EPIC) model. The mean crop yield, biomass and SOC stocks of four treatments and three replication in each primary cropping system (rice, soybean and cassava) were used for calibration and validation during the period 2009–2013. The CT and CA1 treatments were assigned to continuous cropping of primary crops. CA2 and CA3 treatments were assigned to rotated primary crops with maize. In all CA treatments, forage or legume cover crops were prior planted and intercropped with the primary crops to maintain full soil cover. The results show that EPIC successfully simulated crop yields, biomass, and SOC. However, the model tended to underestimate SOC in the CT treatments and overestimate SOC in the CA2 and CA3 treatments. Crop residue was found to highly influence SOC sequestration. Sediment loss in the CT treatments was found to be four times greater than CA treatments due to the CT tillage effects. The 20-year future simulations, using historical weather and automatically generated by EPIC, showed a decrease trend in SOC stocks in all CT treatments and an increase trend in most CA treatments, with the greatest increase for CA2 and CA3 treatments. Thus, the CA treatments in combination with the maize rotation were demonstrated to be more efficient to manage SOC sequestration over CA with one continuous primary crop.

Cet article propose une analyse historique du processus de verrouillage du système agroalimentaire en défaveur des légumineuses à graines, à l’aune des théories évolutionnistes. Plusieurs mécanismes d’autorenforcement permettent de comprendre pourquoi ces espèces sont de moins en moins cultivées en France face à un système agro-industriel qui s’est spécialisé en faveur des céréales, favorisant à l’amont l’usage d’engrais azotés de synthèse et limitant à l’aval les investissements pour les légumineuses en alimentation humaine. Cet article s’interroge alors sur les perspectives de déverrouillage.

Cereals products enriched with leguminous or oleaginous are used in Burkina Faso as food complement or to avoid infant malnutrition. Infant formulas from cereals are consumed as food supplements after the weaning age. They are produced in Burkina Faso with a mixture of several cereals (maize, millet, rice, or sorghum), leguminous (bean), oleaginous (peanut, soya or sesame), sugar or salt and sometimes milk powder. The production is artisanal or semi-industrial. These infant foods from cereals should be free from mycotoxins and pathogenic bacteria. The objective of this work was to determine the occurrence of mycotoxins like aflatoxins, ochratoxin A and fumonisins in infant formulas and grains in Ouagadougou (Burkina Faso). The mycotoxins (aflatoxins, ochratoxin A and fumonisins) were determined by HPLC-FLD in 248 samples of infant formulas produced by the Recovery and Nutrition Education Centers (CRENs) and sold on the market places in Burkina Faso. Results showed that the majority of samples of infant formulas presented high levels of mycotoxins. The frequency of contaminated samples by aflatoxin B1, ochratoxin A and fumonisins in analyzed samples were 83.9% (167/199), 7.5% (15/199) and 1.5% (3/199), respectively. The highest values registered in infant formulas were 900, 6 and 3 times higher for aflatoxin B1 (EU limit: 0.1 μg/kg), ochratoxin A (EU limit: 0.5 μg/kg) and fumonisins (EU limit: 200 μg/kg), respectively, than the EU regulation limits (1881/2006). This study presents the first results concerning the safety assessment of infant formulas regarding mycotoxins in Burkina Faso.

New farming technologies such as improved fallow of herbaceous legumes have been developed over the last 20 years as alternatives to traditional yam cropping systems in areas where shifting cultivation is no more possible. One aim of this research was to analyze actual adoption by smallholders of such a technology and influencing factors in the Southern Guinea Savannah in Benin (West Africa). On the other hand, a second objective was to measure agronomic and economic performances of the innovative yam-based cropping systems in comparison with the usual ones under producers’ natural and socioeconomic circumstances in order to discuss the technology potential for large scale adoption. Smallholders with limited land access now develop as usual cropping systems a one-year fallow of Andropogonon gayanus–yam rotation or a maize–yam rotation. Innovative sedentary yam-based systems consist of an Aeschynomene histrix intercropped with maize–yam rotation or a Mucuna pruriens intercropped with maize–yam rotation. Factors potentially affecting adoption were included in a polynomial logit model. Agronomic and economic performances were assessed by the multiple regression and net present value of the 4-years double rotation. Ranking matrix was used to highlight constraints that may impede adoption. Benefits, lessons, and challenges are discussed in this article.

This study aimed to investigate the effects of growth stage and legume proportion on the nutritive and ensiling characteristics of triticale–pea–vetch intercrop mixtures. The three-species mixtures were sown at three seeding ratios to produce different legume proportions (low, medium and high proportions) and harvested at two growth stages. The six resulting forages were subsequently ensiled in mini-silos. Forage dry-matter (DM) yield, nutritive characteristics of fresh and ensiled mixtures and fermentation characteristics of silages were determined. Forage DM yield almost tripled between early-stage harvest and late-stage harvest. Nutritive characteristics of fresh and ensiled mixtures were affected by both growth stage and legume proportion: crude protein concentration and pepsin–cellulase digestibility decreased whereas NDF and ADF concentrations increased as growth stage advanced. Crude protein concentration and pepsin–cellulase digestibility were higher for the high-legume treatment at both growth stages. All mixtures ensiled well, as indicated by low pH and high lactic and acetic acids contents. However, all silages had high soluble nitrogen and ammonia concentrations. This study showed that triticale–pea–vetch silages hold good potential net energy supply value for ruminants, especially at early-stage growth and when legume proportion increases. However, protein value has to be improved by reducing protein breakdown during ensiling.

Introduction et but de l’étude: Les produits à base de légumineuses présentent le double avantage d’être bons pour la santé humaine et l’environnement. Ce sont des sources de protéines végétales pouvant substituer des produits animaux fortement contributeurs aux émissions de gaz à effet de serre. La consommation de légumineuses est promue par la FAO depuis 2016. En France, cette consommation reste peu élevée. Notre étude vise à mieux comprendre les déterminants des décisions d’achat des ménages français de produits à base de légumineuses.Matériel et méthodes: Les données proviennent des enquêtes de Kantar Worldpanel. Notre échantillon est composé des achats de 5006 ménages en 2015. Les produits achetés regroupent les légumineuses sous leurs formes brute, transformée et ingrédients dans diverses préparations. La décision d’achat est modélisée par la probabilité d’achat et par les quantités achetées. Nous avons appliqué une spécification « double hurdle » qui modélise un comportement séquentiel de la part des ménages. Les variables explicatives sont des caractéristiques démographiques, géographiques, socio-économiques et anthropométriques des panelistes.Résultats et Analyse statistique : Dans le panel, 6,8% des ménages n’achètent jamais ces produits. Parmi les acheteurs, la quantité moyenne consommée est de 3,63 kg/an /tête. D’après nos estimations la quantité achetée par le ménage dont le paneliste est dans la tranche d’âge 45-64 ans est de 1.11kg/an /tête supérieure à celle dans la tranche 18-44 ans. Les ménages résidant au Sud achètent 0,21 kg/an /tête de plus que ceux au Nord. La probabilité d’achat est associée positivement aux ménages dans les tranches inférieurs au revenu médian, mais avec des quantités achetées moindres. Les professions intermédiaires achètent des quantités inférieures par rapport à la catégorie de référence «employés/ouvriers ». Le niveau d’éducation inférieur au Bac est associé positivement à la quantité achetée. La quantité d’achat est également associée positivement à la catégorie de ménage dont le paneliste est en surpoids. En outre, notre étude souligne le rôle positif de l’autoproduction sur la probabilité d’achat de légumineuses.Conclusion: Nos résultats montrent en particulier l’importance du statut socio-économique et l’effet générationnel dans les décisions d’achat des ménages, ce qui devrait permettre d’éclairer les politiques de promotion de la consommation de légumineuses.