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International audience; Soybean [ Glycine max (L.) Merr] is the legume with the largest cultivated area worldwide and its yield depends largely on symbiotic nitrogen fixation and root architecture. This study aimed to explore the genetic variability of root architectural traits and di-nitrogen fixing activity in a small collection of nine European cultivars belonging to the same maturity group during their early stages. New image analysis approaches were implemented to characterise root architecture at high throughput. Significant genetic variability was identified for the width of the root system, root density, and for nitrogen fixation. This study allowed us to highlight trade-offs among root and nodule traits, and structural and functional traits. Finally, both the image analysis approach and the results could be used for breeding programs of soybean, that could take into account the root system architecture, when the plant interacts in symbiosis with N 2 -fixing bacteria.; Le soja [ Glycine max (L.) Merr] est la légumineuse la plus cultivée au monde et son rendement dépend largement de son architecture racinaire et de la fixation symbiotique de l’azote atmosphérique. Cette étude vise à explorer la variabilité génétique des traits d’architecture racinaire et de l’activité de fixation de diazote au cours des stades précoces de développement, dans une petite collection de neuf cultivars européens appartenant au même groupe de maturité. De nouvelles approches d’analyse d’image ont été mises en œuvre pour caractériser l’architecture racinaire à haut débit. Une variabilité génétique a pu être identifiée pour la largeur du système racinaire, la densité des racines et pour la fixation de l’azote. Cette étude nous a également permis de mettre en évidence les compromis entre traits racinaires et nodulaires, et des compromis entre traits structuraux et fonctionnels. L’approche d’analyse d’image et les résultats générés dans cette étude pourraient être remobilisés pour les programmes de sélection du soja, qui pourraient prendre en compte l’architecture du système racinaire, lorsque la plante interagit en symbiose avec des bactéries fixatrices de N 2 .

Legumes adapt their root architecture to environmental conditions by modifying the growth and number of their lateral roots, but also by developing nitrogen-fixing nodules in nitrogen-deficient conditions and in the presence of symbiotic bacteria (rhizobia). Systemic regulatory pathways involving signaling peptides perceived by receptors kinase allow the coordination of the development of these root organs according to the availability of nitrogen in the soil and the needs of the plant. The objectives of this thesis were, on the one hand, to identify which peptide signal acts via one of these receptors, namely CRA2, to induce nodulation and suppress the formation of lateral roots; and secondly to determine how this pathway integrates with other signaling pathways regulating the root architecture, ie (i) the systemic pathway involving CLE signaling peptides and the SUNN receptor negatively regulating nodulation and (ii) the pathway of cytokinin phytohormones regulating root architecture similarly to CRA2. We have shown that the CRA2 receptor is required for the action of the signaling peptide MtCEP1, and that the two systemic pathways antagonistically regulating nodulation act independently. Finally, we have shown that the MtCEP7 gene, induced by rhizobium and cytokinins, promotes rhizobial infections, and its production is coordinated with that of a CLE peptide that negatively regulates nodulation, via cytokinins and the NIN transcription factor., Les légumineuses adaptent l’architecture de leur système racinaire aux conditions environnementales en modifiant la croissance et le nombre de leurs racines latérales mais aussi en développant des nodosités fixatrices d’azote en condition de carence azotée et en présence de bactéries symbiotiques (rhizobia). Des voies de régulation systémique impliquant des peptides de signalisation perçus par des récepteurs kinases permettent la coordination du développement de ces organes racinaires en fonction de la disponibilité en azote dans le sol et des besoins de la plante. Les objectifs de cette thèse était d’une part d’identifier quel signal peptidique agit via l’un de ces récepteurs, appelé CRA2, pour induire la nodulation et réprimer la formation des racines latérales ; et d’autre part de déterminer comment cette voie s’intègre avec d’autres voies de signalisation régulant l’architecture racinaire, ie (i) la voie systémique impliquant des peptides de signalisation CLE et le récepteur SUNN régulant négativement la nodulation et (ii) la voie des phytohormones cytokinines régulant l’architecture racinaire de manière similaire à CRA2 .Nous avons montré que le récepteur CRA2 est requis pour l’action du peptide de signalisation MtCEP1, et que les deux voies systémiques régulant de manière antagoniste la nodulation agissaient de manière indépendante Enfin, nous avons montré que le gène MtCEP7, induit par rhizobium et les cytokinines, favorise les infections rhizobiennes, et sa production est coordonnée avec celle d’un peptide CLE régulant négativement la nodulation, via les cytokinines et le facteur de transcription NIN.

National audience; La RT PCR in situ est une technique robuste qui permet de quantifier l’expression de gènes dans des tissus complexes. Nous l’avons appliquée avec succès sur des coupes fines de nodosités pour suivre l’expression des différents gènes bactériens en fonction de différentes conditions environnementales appliquées à la plante . Cette technique comprends les étapes (i) de fixation des organes frais, qui peuvent être ensuite déshydratés et conservés dans de la paraffine, (ii) de réalisation de coupes fines ou semi-fines, (iii) de retrotranscription des ARN messagers puis d’amplification des ADNc produits par PCR en présence de dUTP-digoxygénine, (iv) de couplage de la digoxygénine des transcrits à une phosphatase alcaline via des anticorps anti-digoxygénine spécifiques, et (v) de révélation de l’activité phosphatase avec un substrat fluorescent, l’ELF-97. La localisation et l’intensité de la fluorescence renseignent alors sur les cellules exprimant le gène étudié tout en quantifiant son niveau d’expression. Par rapport à l’hybridation in situ, les avantages de cette technique sont une plus forte sensibilité car les ARNm des gènes d’intérêt sont amplifiés et l’absence d’élément radioactifs. Malheureusement, elle est inopérante lorsque les tissus contiennent des composés phénoliques car ils vont inhiber le fonctionnement des deux enzymes utilisées, qui sont la Réverse Transcriptase (RT) et la Taq Polymérase. Dans ce poster, nous décrivons les premiers résultats que nous avons obtenus sur des coupes d’ectomycorhizes de Pin maritime associé au basidiomycète Hebeloma cylindrosporum. Parmi tous les composés testés pour lever l’inhibition des tanins et des polyphénols particulièrement actifs à haute température, l’apport de sérum albumine de boeuf nous a permis de révéler l’expression du gène de la tubuline de H. cylindrosporum et nous sommes en train de réaliser des RT-PCR in situ afin de localiser l’expression des trois gènes codant pour des transporteurs fongiques H+: phosphate (HcPT1.1, HcPT1.2, et HcPT2) identifiés dans le génome de ce champignon . Dans une deuxième étape, nous tenterons de localiser les transcrits des autres gènes codant pour les transporteurs de P inorganique ou de P organique identifiés chez cette espèce fongique afin de mieux comprendre leur rôle dans l’absorption de P inorganique du sol et le transport de P des cellules fongiques aux cellules de la plante-hôte au sein des ectomycorhizes.

Legumes harbor in their symbiotic nodule organs nitrogen fixing rhizobium bacteria called bacteroids. Some legumes produce Nodule-specific Cysteine-Rich (NCR) peptides in the nodule cells to control the intracellular bacterial population. NCR peptides have antimicrobial activity and drive bacteroids toward terminal differentiation. Other legumes do not produce NCR peptides and their bacteroids are not differentiated. Bradyrhizobia, infecting NCR-producing Aeschynomene plants, require the peptide uptake transporter BclA to cope with the NCR peptides as well as a specific peptidoglycan-modifying DD-carboxypeptidase, DD-CPase1. We show that Bradyrhizobium diazoefficiens strain USDA110 forms undifferentiated bacteroids in NCR-lacking soybean nodules. Unexpectedly, in Aeschynomene afraspera nodules the nitrogen fixing USDA110 bacteroids are hardly differentiated despite the fact that this host produces NCR peptides, suggesting that USDA110 is insensitive to the host peptide effectors and that nitrogen fixation can be uncoupled from differentiation. In agreement with the absence of bacteroid differentiation, USDA110 does not require its bclA gene for nitrogen fixing symbiosis with these two host plants. Furthermore, we show that the BclA and DD-CPase1 act independently in the NCR-induced morphological differentiation of bacteroids. Our results suggest that BclA is required to protect the rhizobia against the NCR stress but not to induce the terminal differentiation pathway.

Medicago truncatula is a leguminous plant establishing a symbiotic interaction with the bacteria Sinorhizobium meliloti. This symbiosis leads to the de novo development of root nodules involved in biological nitrogen fixation. However, this symbiotic interaction is time limited and an early senescence appears in mature nodule entailing the formation of a senescence zone (zone IV). This degradation process occurs earlier in comparison to senescence of the whole plant. During nodule developmental senescence of plant host cells, a gradual degradation process induces a loss of vacuole and peribacteroid membrane (PBM). But this nodule degradation process still remains to be unravelled. To increase our understanding of the nodule senescence process, we developed new cytologic tools allowing an in vivo assessment of the viability and functioning of bacteroids within plant host cells. Therefore, these new tools provide a new insight of the nodule senescence process which may help for a finer characterization of the nodule senescence. In the M. truncatula model, a previous cDNA-AFLP analysis enlightens an upregulation of several cysteine proteinases during the transition from nitrogen fixing nodule to a senescent one; including an early expression of an SPG31-like peptidase known to be involved in leaf senescence (MtCP6) and a Vacuolar Processing Enzyme described as a plant caspase-like protein (MtVPE) involved in mechanisms similar to hypersensitive response in A. thaliana. In planta spatiotemporal analysis of the expression of these two cysteine proteinases using promoter:reporter gene GUS confirmed their expression during natural senescence at the junction between the nitrogen fixing zone (zone III) and the senescence zone (zone IV). Therefore, to acquire a better insight into the role of these cysteine proteases during the senescence program, we knocked down by RNAi the expression of each gene specifically at the interzone III-IV. Depletion of these transcripts induced a drastic increased of N2 fixation and nodule size. Conversely, overexpression of both genes in the zone III of nodule leads to an extension of the senescence zone. Confocal microscopy images of protein:GFP fusions showed that both proteinases are addressed to bacteroids within plant host cells. Our data revealed that MtCP6 and MtVPE are key players of the nodule senescence process and may be directly involved in symbiosome degradation.; Medicago truncatula est une Légumineuse établissant une interaction symbiotique avec une bactérie tellurique de la famille des Rhizobiacées, Sinorhizobium meliloti. Cette interaction induit l’organogénèse racinaire d’un nouvel organe, la nodosité dans laquelle s’établit un microenvironnement propice à la différenciation de S. meliloti en bactéroïde fixateur du diazote atmosphérique. Ce dernier réduit ainsi le N2 atmosphérique en ammonium, assimilé ensuite par la plante hôte. Cette réduction étant très endergonique M. truncatula fournit aux bactéroïdes des substrats carbonés issus de la photosynthèse. Cependant, cette interaction n’est pas pérenne, du fait de la mise en place d’un processus de sénescence ; processus conduisant à la lyse des bactéroïdes et des cellules hôtes végétales. Cependant, à l’heure actuelle, ce processus de rupture symbiotique reste largement méconnu. Afin de mieux caractériser ce processus de sénescence, nous avons développé de nouveaux outils cytologiques permettant par microscopie confocale de suivre in vivo la viabilité, mais également le fonctionnement des bactéroïdes au sein de la cellule hôte végétale. Ces nouvelles approches cytologiques pourraient ainsi offrir de nouvelles perspectives pour une caractérisation plus précise du déroulement du processus de sénescence nodositaire. Dans le cadre de ce travail de thèse, nous avons également cherché à déterminer l’implication de deux cystéines protéases dans la mise en place du processus de sénescence nodositaire. Une des caractéristiques de ce processus de sénescence est une hausse de l’activité protéolytique, notamment des activités cystéine protéases. L’analyse transcriptomique par cDNA-AFLP du processus de sénescence nodositaire (Van de Velde et al. 2006) a pu mettre en évidence 508 gènes différentiellement exprimés dont deux cystéines protéases, MtCP6 et MtVPE. L’analyse spatio-temporelle de MtCP6 et MtVPE, par fusion transcriptionnelle avec le gène rapporteur GUS, a permis de mettre en évidence l’induction de ces deux gènes lors du processus de sénescence nodositaire aussi bien développementale qu’induit par un traitement abiotique ou lors d’une interaction symbiotique non efficace. De plus, nous avons pu démontrer, par génétique inverse, que la diminution de l’expression de ces deux protéases retarde la mise en place du processus de sénescence, alors que leur expression précoce conduit à la promouvoir. Enfin, l’étude par microscopie confocale de la localisation subcellulaire de ces protéases par fusion traductionnelle avec la GFP, démontre leur adressage aux bactéroïdes. Nos données tendent donc à démontrer le rôle clef de MtCP6 et de MtVPE dans le processus de sénescence nodositaire, où ces protéases pourraient participer directement au déclenchement d’une dégradation des bactéroïdes.

Root-knot nematodes (RKN) are obligatory plant parasitic worms that establish and maintain an intimate relationship with their host plants. During a compatible interaction, RKN induce the redifferentiation of root cells into multinucleate and hypertrophied giant cells essential for nematode growth and reproduction. These metabolically active feeding cells constitute the exclusive source of nutrients for the nematode. Detailed analysis of glutathione (GSH) and homoglutathione (hGSH) metabolism demonstrated the importance of these compounds for the success of nematode infection in Medicago truncatula. We reported quantification of GSH and hGSH and gene expression analysis showing that (h)GSH metabolism in neoformed gall organs differs from that in uninfected roots. Depletion of (h)GSH content impaired nematode egg mass formation and modified the sex ratio. In addition, gene expression and metabolomic analyses showed a substantial modification of starch and γ-aminobutyrate metabolism and of malate and glucose content in (h)GSH-depleted galls. Interestingly, these modifications did not occur in (h)GSH-depleted roots. These various results suggest that (h)GSH have a key role in the regulation of giant cell metabolism. The discovery of these specific plant regulatory elements could lead to the development of new pest management strategies against nematodes., Author Summary Parasitic nematodes are microscopic worms that cause major diseases of plants, animals and humans. During compatible interactions, root-knot nematodes (RKN) induce the formation of galls in which redifferentiation of root cells into multinucleate and hypertrophied giant cells is essential for nematode growth and reproduction. The importance of glutathione (GSH), a major antioxidant molecule involved in plant development, in plant microbe interaction and in abiotic stress response, was analyzed during the plant-RKN interaction. Our analyses demonstrated that the gall development and functioning are characterized by an adapted GSH metabolism and that depletion of GSH content impairs nematode reproduction and modified sex ratio. This phenotype is linked to specific modifications of carbon metabolism which do not occur in uninfected roots indicating a peculiar metabolism of this neoformed organ. This first metabolomic analysis during the plant-RKN interaction highlights the regulatory role played by GSH in this pathogenic interaction and completes our vision of the role of GSH during plant-pathogen interactions. RKN sex ratio modification has previously been observed under unfavorable nematode feeding conditions suggesting that the GSH-redox system could be a general sensor of gall fitness in natural conditions.

International audience; # The establishment and development of plant–microorganism interactions involve impressive transcriptomic reprogramming of target plant genes. The symbiont (Sinorhizobium meliloti) and the root knot-nematode pathogen (Meloidogyne incognita) induce the formation of new root organs, the nodule and the gall, respectively. # • Using laser-assisted microdissection, we specifically monitored, at the cell level, Medicago gene expression in nodule zone II cells, which are preparing to receive rhizobia, and in gall giant and surrounding cells, which play an essential role in nematode feeding and constitute the typical root swollen structure, respectively. # • We revealed an important reprogramming of hormone pathways and C1 metabolism in both interactions, which may play key roles in nodule and gall neoformation, rhizobia endocytosis and nematode feeding. Common functions targeted by rhizobia and nematodes were mainly down-regulated, whereas the specificity of the interaction appeared to involve up-regulated genes. # • Our transcriptomic results provide powerful datasets to unravel the mechanisms involved in the accommodation of rhizobia and root-knot nematodes. Moreover, they raise the question of host specificity and the evolution of plant infection mechanisms by a symbiont and a pathogen

Nitric oxide (NO) is a gaseous molecule that participates in numerous plant signalling pathways. It is involved in plant responses to pathogens and development processes such as seed germination, flowering and stomatal closure. Using a permeable NO-specific fluorescent probe and a bacterial reporter strain expressing the lacZ gene under the control of a NO-responsive promoter, we detected NO production in the first steps, during infection threads growth, of the Medicago truncatula–Sinorhizobium meliloti symbiotic interaction. Nitric oxide was also detected, by confocal microscopy, in nodule primordia. Depletion of NO caused by cPTIO (2-(4-carboxyphenyl)-4,4,5,5-tetramethyl imidazoline-1-oxyl-3-oxide), an NO scavenger, resulted in a significant delay in nodule appearance. The overexpression of a bacterial hmp gene, encoding a flavohaemoglobin able to scavenge NO, under the control of a nodule-specific promoter (pENOD20) in transgenic roots, led to the same phenotype. The NO scavenging resulting from these approaches provoked the downregulation of plant genes involved in nodule development, such as MtCRE1 and MtCCS52A. Furthermore, an Hmp-overexpressing S. meliloti mutant strain was found to be less competitive than the wild type in the nodulation process. Taken together, these results indicate that NO is required for an optimal establishment of the M. truncatula–S. meliloti symbiotic interaction

We modelled Norway Spruce branchiness, in order to estimate wood quality of standing trees grown in monospecific even-aged stands from inventory data. We studied the whorl branches of the preformed growth unit. Their number, basal diameter and insertion angle were estimated. For delimiting crown base, we modelled heights to the first green branch, first green whorl and first dead branch. We started from a model previously established from young trees data representing the average fertility classes found in Vosges mountains. In this model, the averages of branch basal diameter and insertion angle for a whorl were computed from stem height and diameter at breast height. We aimed at: (i) modelling branch basal diameter and insertion angle variance in the whorl; (ii) verifying that the model could be applied to stands grown under conditions not accounted for in the original calibration sample (high site indices, old stands); (iii) determining the geographical area within which the model can be used without requiring any new calibration work.The branch basal diameter and insertion angle studies samples were collected in National Forest Districts Vosges (72 trees) and "Plateau Lorrain" (26 trees). The stands were selected according to their age (from plantation, if this information was available, measured on stumps otherwise) and site index (HØ), defined as the estimated dominant height at stand age 100 years. Northeastern France site classes I and II defined the high fertility modality, while site class III constituted the low fertility modality. Age modalities were: young (35 years), mature (66 and 68 years), old (95 and 133 years). After felling stem data were collected: Total height (Ht), diameter at breast height (D130), year annual height increments. In every second growth unit starting from the current year leader shoot, whorl branches were measured for basal diameter and insertion angle. Branches were declared dead when no green lateral could be found. Crown base was defined by the first green whorl (first whorl from the ground in which at least 3/4 of the branches were living), first green branch, first dead branch (no diameter constraint). Climate was defined by monthly temperature and rainfall averages computed over the 1986-1996 period. For establishing the crown base model, the sample was completed by 24 Belgian trees (4 stands, age = 48 to 82 years, HØ = 29 to 46 m) and 106 Swedish trees from 12 sampling sites distributed along a Northward gradient starting from the Southern coast (age = 61 to 152 years, HØ = 18 to 36 m). A study of the branch axis year annual area increment was carried out on 4 trees collected in a site class I stand of the "Plateau Lorrain" National Forest District. In those trees a stem analysis paralleled the measurement of branch axis year annual area increments in each branch year length increment fom the branch tip to its extremity inserted on the stem. The crown model validation sample consisted in 38 trees collected in Midi-Pyrénées administrative region (12 stands, age = 20 to 60 years, HØ = 29 to 52 m). The branch growth model validation sample was collected in Vosges National Forest District (2 stands aged 36 and 47 years, HØ = 46 and 49 m).In old trees whorls, the high variance of branch basal diameter and insertion angle led us to model separately dead and living branches. For living branches, it was shown that a same model based on Ht, D130 and stand age could estimate branches basal diameter and insertion angle in remote geographical areas. Estimates discrepancies previously observed between geographical areas could be attributed to dead branches and to the branch decay process. This was confirmed by the crown base model, in which accounting for climate was a necessity for describing all the observed variability patterns.Dead braches basal diameter and insertion angle were derived from the living branches model, by simulating branch radial growth. The study of branches year annual area increment effectively demonstrated a good correlation with stem height and radial growth, that can be seen as the baseground of the statistical correlation demonstrated between branch basal diameter and stem dimensions (Ht, D130). However branch year area increment correlated poorly to the contemporaneous stem height and radial increment, but rather to the stem height and radial increments averaged over the preceeding years.This study showed that decreasing the need for model calibration was conditionned to a better understanding of the branch mortality process and to a better explicitation of branch growth. Solutions are proposed to increase brach growth explicitation in future wood quality oriented tree simulation models.; On a cherché à modéliser la branchaison de l’Epicéa commun, issu de plantations monospécifiques équiennes, dans le but d’estimer la qualité du bois de la ressource forestière sur pied d’après les données recueillies par les gestionnaires dans le cadre des inventaires forestiers. On s’est intéressé aux branches verticillaires de l’unité de croissance préformée. On a essayé d’estimer leur nombre, leur diamètre basal et leur angle d’insertion. Au niveau du houppier on a cherché un modèle de la hauteur de la première branche verte, du premier verticille vert et de la première branche morte. On est parti d’un modèle précédemment établi pour des arbres jeunes et issus de peuplements de fertilité moyenne dans les Vosges, d’après lequel le diamètre basal moyen des branches verticillaires , l’angle d’insertion moyen et les hauteurs de base du houppier pouvaient se déduire de la donnée de la hauteur totale de la tige de son diamètre à 1,30 m et de son âge. Nos objectifs étaient : (i) essayer de modéliser la variabilité du diamètre basal et de l’angle d’insertion des branches à l’intérieur du verticille ; (ii) vérifier que le modèle peut être appliqués à des arbres choisis pour représenter des conditions de croissance non représentées dans l’échantillon initial (valeurs élevées de l’indice de fertilité, peuplements âgés) ; (iii) déterminer dans quelles limites géographique le modèle pouvait être employé sans nécessiter de calibrage.Pour l’étude du diamètre basal et de l’angle d’insertion des branches verticillaires, on a constitué un échantillon de calibrage issu des régions forestières nationales Vosges (72 arbres) et Plateau Lorrain (26 arbres). Les peuplements ont été choisis d’après leur âge (à la plantation ou à la souche) et leur indice de fertilité (HØ), qui est la hauteur dominante estimée à l’âge de 100 ans. On a défini les modalités : fertilité élevée (classes I et II) et fertilité faible (classe III), arbres jeunes (35 ans), mâtures (66 et 68 ans) et âgés (95 et 133 ans). Après abattage, on a relevé les dimensions de la tige (Ht : hauteur totale et D130 : diamètre à 1,30 m) et les accroissements en hauteur annuels. Toutes les deux unités de croissance annuelle on a mesuré les branches verticillaires pour leur diamètre basal et leur angle d’insertion. Les branches ont été notées mortes si aucun rameau latéral vert n’était détecté. Les hauteurs de base de houppier repérées ont été le premier verticille vert (hauteur du premier verticille rencontré depuis le sol avec au moins ¾ de ses branches vertes), la première branche verte, la première branche morte (hauteur du premier chicot depuis le sol). Le climat est décrit par les moyennes mensuelles de températures et précipitations non neigeuses pour la période 1986-1996. Pour la modélisation des hauteurs de base de houppiers, cet échantillon a été complété par 24 arbres belges issus de 4 peuplements (âge = 48 à 82 ans, HØ = 29 à 46 m) et 106 arbres suédois de 12 peuplements distribués du sud au nord (âge 61 à 152 ans, HØ = 18 à 36 m). Une étude fine de l’accroissement radial annuel des branches a été conduite sur 4 arbres d’un peuplement de classe de fertilité I de la région forestière nationale du Plateau Lorrain, sur lesquels on a pratiqué une analyse de tige, parallèlement à laquelle l’accroissement radial annuel a été mesuré le long de l’axe de branches verticillaire de l’extrémité insérée sur la tige jusqu’à l’apex. Pour la validation du modèle, on a utilisé un échantillon de 38 arbres de la région Midi-pyrénées (12 peuplements, Ages = 20 à 60 ans, HØ = 29 à 52 m). Pour la croissance fine des branches, l’échantillon de validation provenait de deux peuplements des Vosges (Age = 37 et 46 ans, HØ = 46 et 49 m).L’importante variance du diamètre basal des branches et de l’angle d’insertion dans le verticille des arbres âgés nous a conduit à modéliser séparément les branches vertes et les mortes. L’étude du diamètre basal des branches vertes a montré que celles-ci pouvaient être simulées dans plusieurs régions géographiques distinctes en utilisant un seul modèle dont les variables indépendantes sont Ht, D130 et âge. Les différences constatées entre régions dans la branchaison sont attribuables aux branches mortes. Cette conclusion est confimée par la modélisation de la hauteur de base du houppier pour laquelle il est possible de produire un modèle pour l’ensemble de l’échantillon à condition de prendre en compte les variables climatiques.Les caractéristiques des branches mortes ont été dérivées de celles des branches vertes en simulant leur croissance. L’étude de l’accroissement radial annuel des branches a démontré que leur croissance était effectivement très corrélée à la croissance de la tige, ce qui est à l’origine de la corrélation statistique observée à un âge donné entre le diamètre basal de la branche et la dimension de la tige (Ht, D130). L’accroissement radial des branches n’est toutefois pas corrélé avec l’accroissement de la tige contemporain, mais avec la croissance moyenne de la tige durant les années précédentes.Cette étude montre que la possibilité de réduire le besoin en recalibrage des modèles d’inventaire de la ressource sur pied est conditionnée à une meilleure compréhension du phénomène de la mortalité des branches et à l’explicitation de leur croissance. Des solutions sont proposées afin de mieux expliciter le fonctionnement de la branche dans les modèles de simulations destinés à la qualité du bois.

We modelled Norway Spruce branchiness, in order to estimate wood quality of standing trees grown in monospecific even-aged stands from inventory data. We studied the whorl branches of the preformed growth unit. Their number, basal diameter and insertion angle were estimated. For delimiting crown base, we modelled heights to the first green branch, first green whorl and first dead branch. We started from a model previously established from young trees data representing the average fertility classes found in Vosges mountains. In this model, the averages of branch basal diameter and insertion angle for a whorl were computed from stem height and diameter at breast height. We aimed at: (i) modelling branch basal diameter and insertion angle variance in the whorl; (ii) verifying that the model could be applied to stands grown under conditions not accounted for in the original calibration sample (high site indices, old stands); (iii) determining the geographical area within which the model can be used without requiring any new calibration work.The branch basal diameter and insertion angle studies samples were collected in National Forest Districts Vosges (72 trees) and "Plateau Lorrain" (26 trees). The stands were selected according to their age (from plantation, if this information was available, measured on stumps otherwise) and site index (HØ), defined as the estimated dominant height at stand age 100 years. Northeastern France site classes I and II defined the high fertility modality, while site class III constituted the low fertility modality. Age modalities were: young (35 years), mature (66 and 68 years), old (95 and 133 years). After felling stem data were collected: Total height (Ht), diameter at breast height (D130), year annual height increments. In every second growth unit starting from the current year leader shoot, whorl branches were measured for basal diameter and insertion angle. Branches were declared dead when no green lateral could be found. Crown base was defined by the first green whorl (first whorl from the ground in which at least 3/4 of the branches were living), first green branch, first dead branch (no diameter constraint). Climate was defined by monthly temperature and rainfall averages computed over the 1986-1996 period. For establishing the crown base model, the sample was completed by 24 Belgian trees (4 stands, age = 48 to 82 years, HØ = 29 to 46 m) and 106 Swedish trees from 12 sampling sites distributed along a Northward gradient starting from the Southern coast (age = 61 to 152 years, HØ = 18 to 36 m). A study of the branch axis year annual area increment was carried out on 4 trees collected in a site class I stand of the "Plateau Lorrain" National Forest District. In those trees a stem analysis paralleled the measurement of branch axis year annual area increments in each branch year length increment fom the branch tip to its extremity inserted on the stem. The crown model validation sample consisted in 38 trees collected in Midi-Pyrénées administrative region (12 stands, age = 20 to 60 years, HØ = 29 to 52 m). The branch growth model validation sample was collected in Vosges National Forest District (2 stands aged 36 and 47 years, HØ = 46 and 49 m).In old trees whorls, the high variance of branch basal diameter and insertion angle led us to model separately dead and living branches. For living branches, it was shown that a same model based on Ht, D130 and stand age could estimate branches basal diameter and insertion angle in remote geographical areas. Estimates discrepancies previously observed between geographical areas could be attributed to dead branches and to the branch decay process. This was confirmed by the crown base model, in which accounting for climate was a necessity for describing all the observed variability patterns.Dead braches basal diameter and insertion angle were derived from the living branches model, by simulating branch radial growth. The study of branches year annual area increment effectively demonstrated a good correlation with stem height and radial growth, that can be seen as the baseground of the statistical correlation demonstrated between branch basal diameter and stem dimensions (Ht, D130). However branch year area increment correlated poorly to the contemporaneous stem height and radial increment, but rather to the stem height and radial increments averaged over the preceeding years.This study showed that decreasing the need for model calibration was conditionned to a better understanding of the branch mortality process and to a better explicitation of branch growth. Solutions are proposed to increase brach growth explicitation in future wood quality oriented tree simulation models.; On a cherché à modéliser la branchaison de l’Epicéa commun, issu de plantations monospécifiques équiennes, dans le but d’estimer la qualité du bois de la ressource forestière sur pied d’après les données recueillies par les gestionnaires dans le cadre des inventaires forestiers. On s’est intéressé aux branches verticillaires de l’unité de croissance préformée. On a essayé d’estimer leur nombre, leur diamètre basal et leur angle d’insertion. Au niveau du houppier on a cherché un modèle de la hauteur de la première branche verte, du premier verticille vert et de la première branche morte. On est parti d’un modèle précédemment établi pour des arbres jeunes et issus de peuplements de fertilité moyenne dans les Vosges, d’après lequel le diamètre basal moyen des branches verticillaires , l’angle d’insertion moyen et les hauteurs de base du houppier pouvaient se déduire de la donnée de la hauteur totale de la tige de son diamètre à 1,30 m et de son âge. Nos objectifs étaient : (i) essayer de modéliser la variabilité du diamètre basal et de l’angle d’insertion des branches à l’intérieur du verticille ; (ii) vérifier que le modèle peut être appliqués à des arbres choisis pour représenter des conditions de croissance non représentées dans l’échantillon initial (valeurs élevées de l’indice de fertilité, peuplements âgés) ; (iii) déterminer dans quelles limites géographique le modèle pouvait être employé sans nécessiter de calibrage.Pour l’étude du diamètre basal et de l’angle d’insertion des branches verticillaires, on a constitué un échantillon de calibrage issu des régions forestières nationales Vosges (72 arbres) et Plateau Lorrain (26 arbres). Les peuplements ont été choisis d’après leur âge (à la plantation ou à la souche) et leur indice de fertilité (HØ), qui est la hauteur dominante estimée à l’âge de 100 ans. On a défini les modalités : fertilité élevée (classes I et II) et fertilité faible (classe III), arbres jeunes (35 ans), mâtures (66 et 68 ans) et âgés (95 et 133 ans). Après abattage, on a relevé les dimensions de la tige (Ht : hauteur totale et D130 : diamètre à 1,30 m) et les accroissements en hauteur annuels. Toutes les deux unités de croissance annuelle on a mesuré les branches verticillaires pour leur diamètre basal et leur angle d’insertion. Les branches ont été notées mortes si aucun rameau latéral vert n’était détecté. Les hauteurs de base de houppier repérées ont été le premier verticille vert (hauteur du premier verticille rencontré depuis le sol avec au moins ¾ de ses branches vertes), la première branche verte, la première branche morte (hauteur du premier chicot depuis le sol). Le climat est décrit par les moyennes mensuelles de températures et précipitations non neigeuses pour la période 1986-1996. Pour la modélisation des hauteurs de base de houppiers, cet échantillon a été complété par 24 arbres belges issus de 4 peuplements (âge = 48 à 82 ans, HØ = 29 à 46 m) et 106 arbres suédois de 12 peuplements distribués du sud au nord (âge 61 à 152 ans, HØ = 18 à 36 m). Une étude fine de l’accroissement radial annuel des branches a été conduite sur 4 arbres d’un peuplement de classe de fertilité I de la région forestière nationale du Plateau Lorrain, sur lesquels on a pratiqué une analyse de tige, parallèlement à laquelle l’accroissement radial annuel a été mesuré le long de l’axe de branches verticillaire de l’extrémité insérée sur la tige jusqu’à l’apex. Pour la validation du modèle, on a utilisé un échantillon de 38 arbres de la région Midi-pyrénées (12 peuplements, Ages = 20 à 60 ans, HØ = 29 à 52 m). Pour la croissance fine des branches, l’échantillon de validation provenait de deux peuplements des Vosges (Age = 37 et 46 ans, HØ = 46 et 49 m).L’importante variance du diamètre basal des branches et de l’angle d’insertion dans le verticille des arbres âgés nous a conduit à modéliser séparément les branches vertes et les mortes. L’étude du diamètre basal des branches vertes a montré que celles-ci pouvaient être simulées dans plusieurs régions géographiques distinctes en utilisant un seul modèle dont les variables indépendantes sont Ht, D130 et âge. Les différences constatées entre régions dans la branchaison sont attribuables aux branches mortes. Cette conclusion est confimée par la modélisation de la hauteur de base du houppier pour laquelle il est possible de produire un modèle pour l’ensemble de l’échantillon à condition de prendre en compte les variables climatiques.Les caractéristiques des branches mortes ont été dérivées de celles des branches vertes en simulant leur croissance. L’étude de l’accroissement radial annuel des branches a démontré que leur croissance était effectivement très corrélée à la croissance de la tige, ce qui est à l’origine de la corrélation statistique observée à un âge donné entre le diamètre basal de la branche et la dimension de la tige (Ht, D130). L’accroissement radial des branches n’est toutefois pas corrélé avec l’accroissement de la tige contemporain, mais avec la croissance moyenne de la tige durant les années précédentes.Cette étude montre que la possibilité de réduire le besoin en recalibrage des modèles d’inventaire de la ressource sur pied est conditionnée à une meilleure compréhension du phénomène de la mortalité des branches et à l’explicitation de leur croissance. Des solutions sont proposées afin de mieux expliciter le fonctionnement de la branche dans les modèles de simulations destinés à la qualité du bois.

Plant symbioses are fundamental for ecosystem stability and sustainability. Introduction of legumes associated with microorganisms efficient in nitrogen fixation and promoting nutrient biodisponibility in limited-nutrient degraded sites is a key step for a successful plant establishment in stress situations such as those encountered in Mediterranean soils. A vegetation strategy based on microbial engineering of locally-adapted plants was investigated and tested in field conditions within the framework of calcareous quarry rehabilitation. Choice of symbiotic plants requires, first, a prospection of native legume species growing in relatively degraded sites in Mediterranean areas and easy to multiply, and second, an identification and production of efficient rhizobial partners. Plants produced in nursery and then transplanted into the quarry showed a good capacity for establishment after three years. Shrub species performed best with spontaneous mycorrhizal association and ability to enrich topsoil with organic matter, Les symbioses végétales sont une composante fondamentale de la stabilité et de la durabilité des écosystèmes. L’introduction de légumineuses associées à leurs auxiliaires microbiens fixateurs d’azote ou améliorant la biodisponibilité d’éléments nutritifs, dans des sites dégradés fortement appauvris en éléments nutritifs, est une condition primordiale pour réussir l’installation de plants en milieu particulièrement contraignant, comme le sont les sites de carrière de calcaire après exploitation sous climat méditerranéen. Une stratégie de végétalisation basée sur l’ingénierie microbiologique de plants adaptés aux conditions locales, a été élaborée puis testée sur le terrain en grandeur nature dans le cas particulier de carrières de granulats calcaires. Le choix des plants symbiotiques utilisables pour la végétalisation repose, d’une part, sur la prospection d’espèces de légumineuses repérées sur des sites assez dégradés en milieu méditerranéen, faciles à multiplier et, d’autre part, sur l’identification et la production de rhizobiums partenaires efficaces. Ces plants produits en pépinière puis transférés sur le terrain présentent après trois années une bonne capacité de croissance. Les espèces arbustives sont plus particulièrement performantes avec une capacité spontanée à s’associer aux mycorhizes et à favoriser l’enrichissement en matière organique de la surface du substrat.

Knots correspond to the parts of branches included in the wood. They are classified into different categories according to the status of the branch at the time of their inclusion. They have various sizes and shapes. Knots are considered as defects lowering wood quality. They are one of the major criteria for wood classification. Local environment, through resource access and competition, governs tree morphology, in particular crown shape and size. Therefore, it is clear that the forestry choices regarding the stand influence branching as well as the associated formation of knots. Decision-support tools developed for forest managers or industry are only of interest if they make it possible to evaluate wood quality. They are designed in order to simulate various forestry strategies. Therefore, predictive models of wood quality criteria have to be able to reproduce the effects of these choices or strategies correctly. This is all the more important as since a few decades foresters tend to reduce plantation density and to intensify stand management. In this paper, we report on Scots pine branch diameter profiles in an experimental design of a 35 years old plantation spacing. Four plantation densities were tested in this trial, ranging from 1 320 stems/ha to 10 000 stems/ha. Several thinning schedules were applied for each initial density. The stands were divided in plots, so as to diversify the growth conditions. Branch measurements were performed on six trees in each of ten plots, representative of the range of forestry scenarios tested in the experimental design. At this stage, living and dead branches were treated together. The data were used to built a model of branch diameter profile along tree stem. Only individual tree variables were introduced into the model. Stand variables were not meaningful. We show that this model is not relevant as it poorly accounts for the effects of the silviculture on the branching in the dead branch area. The branch diameters were over- or underestimated depending on whether the initial density was high or low, which all together led to a minimization of the real impact of density on branchiness. Differences between thinning treatments were also noticed, although less significant. Therefore, such a model should not be used to compare forestry management strategies. However, in the upper part of the crown, model predictions are correct whatever the scenario. At this level in the crown, tree characteristics and branch age are sufficient to explain a great part of branch diameter variability, without bias. We conclude that it is necessary to calibrate a branchiness model on the basis of living branches only and, in addition, to estimate crown recession accurately in order to characterize dead branches. Living branch diameters depend on tree characteristics whereas natural crown recession depends on stand variables essentially. Consequently, we developed a new model for the prediction of living branch diameter profile along the stem. We lumped together the first sample with data previously collected in other trials to cover a greater range of stand ages, from 24 years to 35 years. Then we calibrated a provisional crown recession model at stand level. Complementary studies are needed to generalize and validate this first approach but this yet allows to make the system operational. Recently we added a module named Sylvestris to the forest modelling platform Capsis (Coligny). This module is aimed at simulating Scots pine growth and yield in pure and even-aged stands in France. The integration of the present branchiness equations into the module will allow to make a first assessment of the relevance of the forestry management methods regarding wood products quality.

Les 2 voies de nutrition azotée, assimilation du nitrate et fixation de l’azote de l’air, ont été étudiées chez le soja (cv Hodgson), inoculé avec Bradyrhizobium japonicum USDA 138. L’évolution des 2 activités enzymatiques, nitrate réductase et nitrogénase, au cours du cycle de développement du soja en serre et au champ, indique que l’activité nitrate réductase est maximale au début du cycle et localisée dans les feuilles du sommet de la plante tandis qu’après la floraison cette activité est répartie sur l’ensemble des feuilles, sa distribution entre les étages foliaires variant suivant les conditions de culture et l’âge des plantes. De plus, durant la formation des gousses, l’activité nitrate réductase des racines et des nodosités peut contribuer significativement à la nutrition azotée puisqu’elle représente environ 25% de l’activité nitrate réductase totale de la plante. Notre travail montre également que l’assimilation de l’azote du sol et la fixation de l’azote de l’air peuvent avoir lieu simultanément. Cette complémentarité suggère qu’une amélioration substantielle du rendement pourrait être obtenue en déterminant les conditions optimales de fonctionnement de ces 2 voies de nutrition azotée chez la légumineuse nodulée., The 2 ways of nitrogen nutrition, nitrate assimilation and dinitrogen fixation, were studied with soybean (Cv Hodgson), inoculated with Bradyrhizobium japonicum USDA 138. The evolution of the 2 enzymatic activities, nitrate reductase and nitrogenase, during the soybean growth cycle in glass-house and in the field, showed that the nitrate reductase activity was maximum during the first stages of the cycle and was located in the top leaves of the plant. After the flowering stage, this activity was distributed in all the leaves, and its distribution between the foliar levels varied according to the cultivation conditions and the plant age. Moreover, during pod formation, the nitrate reductase activity in roots and nodules can contribute significantly to nitrogen nutrition as it accounts for about 25% of total plant nitrate reductase activity. Our study also showed that soil nitrogen assimilation and atmospheric nitrogen fixation can take place simultaneously. This complementarity suggests that a substantial yield increase can be obtained through optimization of both ways of nitrogen nutrition in nodulated legumes.

Nodulated soybeans, Glycine max (L Merr), were grown under 6 photon flux densities (PFD) from 0.35-1.03 mmol photons m-2.s-1 in order to determine the optimal light intensity for symbiotic nitrogen fixation in controlled environment. The nitrogenase activity (C2H2 reduction) was highest at 0.68 mmol photons m-2.s-1 which also corresponded to the highest growth of plants and the biggest mass of nodules. The specific acetylene reducing activity was not affected by PFD, except at 1.03 mmol photons m-2.s-1 where it was much lower. Decreasing the PFD had no effect on nitrogenase activity during the following 24 h. By contrast, an increase in PFD rapidly induced a significant decline of nitrogenase activity. At a similar PFD, the periodic light fluctuation was less beneficial than steady illumination for growth and nitrogen fixation. It is concluded that plant photosynthesis determines nodule mass which in turn determines the rate of nitrogen fixation. Nodule nitrogenase activity is not directly regulated by concurrent photosynthesis however, probably because of available photosynthate reserves and other regulatory mechanisms. Excess of light inhibits nitrogenase activity., Dans l’objectif de déterminer l’intensité lumineuse optimale pour la fixation symbiotique de l’azote en milieu contrôlé, des sojas nodulés ont été cultivés sous 6 densités de flux de photons (DFP) comprises entre 0,35 et 1,03 mmol (photons).m-2.s-1 (fig 1). L’activité nitrogénase (réduction de l’acétylène) est la plus élevée à 0,68 mmol (photons)·m-2.s-1 (fig 2), densité de flux de photons qui correspond également aux croissances de plante et aux masses modulaires les plus élevées (fig 1). L’activité spécifique de réduction de l’acétylène par les nodosités n’est pas affectée par la DFP, excepté à 1,03 mmol(photons)·m-2.s-1 pour laquelle elle est plus faible (fig 2). La diminution de la DFP n’a pas d’effet sur l’activité nitrogénase pendant au moins 24 h (fig 3). Au contraire une augmentation de la DFP provoque rapidement une diminution significative de l’activité nitrogénase (fig 3). Pour une même DFP, un éclairement périodique comparé à un éclairement stable induit une croissance et une activité nitrogénase plus faibles (fig 2). La photosynthèse détermine donc la masse nodulaire qui en retour détermine la vitesse de fixation de l’azote. Cependant, l’activité nitrogénase nodulaire n’est pas directement régulée par la photosynthèse simultanée, probablement du fait de l’existence de réserves de photosynthats et d’autres mécanismes de régulation. Un excès de lumière inhibe spécifiquement la fixation d’azote.

Les capacités fixatrices d’azote de la souche à croissance rapide Rhizobium GA et d’une souche à croissance lente R. japonicum PJ17 ont été comparées sur 3 cultivars de soja de différentes origines. En symbiose avec GA, la croissance des plantes est plus ou moins ralentie selon le cultivar. La masse et les activités de réduction de l’acétylène, d’émission d’hydrogène et d’incorporation d’azote 15N des nodosités formées par GA et par PJ17 sont comparables. L’apport d’un complément d’azote minéral n’augmente pas la croissance des plantes inoculées avec la souche GA., The nitrogen-fixation capacities of the fast-growing Rhizobium GA and the slow-growing R. japonicum PJ17 were compared on 3 cultivars of soybean from various origins. In symbiosis with GA, plant growth was limited, the limitation intensity depending on the cultivar. The mass and the activities of acetylene reduction, hydrogen evolution and 15N incorporation of nodules formed by GA and PJ17 were not significantly different. The supply of additional mineral nitrogen did not increase growth of plants inoculated with GA.

National audience; Ammonia assimilation was investigated in yam bean, Pachyrhizus erosus. The nodules, leaves and pods contained the major part of total nitrogen. Soluble nitrogen was found essentially in pods and stems. Ureide nitrogen content was low in leaves as compared with other organs. The ureides showed two peaks of accumulation, at first nodule appearance and at pod development. In comparison with asparagine, glutamate, glutamine and aspartate, the ureides represented the main form of nitrogen transport. As to enzymes, xanthine dehydrogenase activity was detected only in nodules, in which uricase activity was found to be 50 to 100 times higher than in other tissues. These two enzyme activities showed two peaks, at the beginning of tuberization and at pod development. Allantoicase activity, although present in all parts of the plant, seemed to be greater in the stems. The distribution and change in content of different forms of nitrogen in the tissues is discussed in relation to changes in enzyme activity.; L’étude de l’assimilation de l’azote fixé a été entreprise chez le dolique tubéreux, Pachyrhizus erosus. Les nodosités, les limbes et les gousses renferment la majeure partie de l’azote total. L’azote soluble se trouve essentiellement dans les gousses et les tiges. La teneur en azote uréidique est très faible dans les limbes comparés aux autres organes. Les uréides présentent deux pics d’accumulation, à l’apparition des premières nodosités et au moment du remplissage des gousses. Comparés à l’asparagine, au glutamate, à la glutamine et à l’aspartate, les uréides représentent la forme biochimique de transport majeure. Quant aux enzymes, l’activité xanthine déshydrogénase n’a été détectée que dans les nodosités. L’activité uricase de ces dernières est 50 à 100 fois supérieure à celle des autres tissus. Ces deux activités montrent deux pics, l’un au début de la tubérisation, l’autre au moment du remplissage des gousses. L’activité allantoïcase, bien que détectée dans toutes les parties de la plante, semble plus importante dans les tiges. La distribution des différentes formes d’azote est discutée en relation avec l’évolution des capacités enzymatiques.