Academic literature on the topic 'Phénotypage plante'

La patate douce est une plante à racines tubérisées qui contribue à la sécurité alimentaire au Togo. Cependant, peu de données scientifiques existent sur la variabilité génétique au sein des cultivars du Togo, alors que ces informations sont un prérequis pour une mise en œuvre efficace des stratégies de conservation et de développement de nouvelles variétés. L’objectif de cette étude était d’explorer la diversité phénotypique au sein des cultivars de patate douce du Togo. Le phénotypage a porté sur soixante-cinq (65) variétés du Togo et seize (16) variétés exotiques de l’Unité d’Amélioration Génétique du Burkina Faso. Le dispositif expérimental adopté est un « lattice carré 9 x 9 ». Au total, seize (16) caractères quantitatifs ont été évalués conformément à l’ontologie de la patate douce établie par le Centre International de la Pomme de Terre (CIP). Les statistiques descriptives, l’Analyse de Variance (ANOVA) et l’Analyse en Composantes Principales (ACP) ont mis en évidence une forte variabilité au sein du germoplasme pour les caractères tels que le rendement en racines tubéreuses, leur teneur en matière sèche, la biomasse aérienne, la longueur de la tige, la longueur des entre-nœuds et le diamètre des tiges. La classification ascendante hiérarchique (CAH) réalisée sur la base de la distance euclidienne avec comme critère d’agrégation la méthode de Ward a révélé quatre (4) groupes hétérotiques. Les groupes I et II sont composés de variétés à faibles rendements en racines tubéreuses (12,95 et 15,87 t.ha-1) et à teneur élevée en matière sèche (29,68 et 26,86 %). Les groupes III et IV sont constitués de variétés à hauts rendements en biomasse (37,74 et 50,75 t.ha-1), en racines tubéreuses (16,06 et 20,18 t.ha-1) et à teneur modérée (entre 15% et 25%) en matière sèche (24,62 et 23,84 %). La forte variabilité phénotypique observée dans cette banque de gène constitue une base pour les programmes de conservation et d’amélioration génétique de la patate douce au Togo. Sweet potato is a root crop that contributes to food security in Togo. However, little scientific data exists on the genetic variability of varieties grown in Togo, although this information is a prerequisite for the effective implementation of germplasm conservation strategies and the development of new varieties. The objective of this study was to explore the phenotypic diversity within Togo’s sweet potato varieties. The plant material is composed of sixty-five (65) varieties from Togo and sixteen (16) exotic varieties introduced from Burkina Faso Breeding Unit. The experiment was laid out using a lattice square design. In total, sixteen (16) quantitative traits were evaluated in accordance with the sweet potato ontology as described by Centre Internationale de la Pomme de Terre (CIP). Descriptive statistics, Analysis of Variance (ANOVA), and Principal Components Analysis (PCA) revealed high variability among varieties for traits such as root yield, dry matter content, aboveground biomass, stem length, internode length, and stem diameter. Cluster analysis performed on the basis of the Euclidean distance using the Ward method as aggregation criterion revealed four phenotypic clusters. Clusters I and II are composed of varieties with low root yield (12.95 and 15.87 t.ha-1) and high dry matter content (29.68 and 26.86%). Clusters III and IV are made up of varieties exhibiting high aboveground biomass (37.74 and 50.75 t.ha-1), high fresh root yield (16.06 and 20.18 t.ha-1), and moderate (comprised between 15% and 25%) dry matter content (24.62 and 23.84%). The variability observed in this gene bank constitutes a basis for conservation and genetic improvement programs of sweet potatoes in Togo.

Acacia spirorbis est une légumineuse endémique de Nouvelle-Calédonie se développant sur des sols calcaires, métallifères et volcano-sédimentaires, établissant des symbioses avec des bactéries fixatrices d’azote. Pour comprendre la contribution de la symbiose dans l’adaptation de la plante à des milieux contrastés et parfois extrêmes, nous avons évalué la fixation d’azote en conditions naturelles, caractérisé les rhizobia associés à cette plante et analysé la réponse adaptative de la plante aux éléments traces métalliques dans ses tissus racinaires, notamment au niveau des nodules.Nous avons mis en évidence que la symbiose rhizobienne fournissait plus de 80 % de l’azote total chez des populations naturelles d’A. spirorbis se développant sur des sites d’étude présentant des sols calcaires, métallifères et volcano-sédimentaires. Cette valeur est remarquable puisque, pour A. mangium, A.melanoxylon et A.mucronata, les valeurs moyennes sont respectivement de 50 %, 43 % et 58 %. Les rhizobia symbiotiques associés à A. spirorbis appartiennent aux α- et β-protéobactéries, genres Bradyrhizobium et Paraburkholderia, révélant ainsi une très large gamme de symbiontes et une faible sélectivité de partenaire. De manière remarquable, la taxonomie et le phénotype de ces souches sont structurés et adaptés aux conditions édaphiques. Enfin, les signatures chimiques des tissus internes des nodules reflètent les propriétés chimiques des sols dans lesquels ils se sont développés, indiquant une potentielle gestion des éléments traces métalliques dans ces tissus. Tous ces éléments suggèrent que la symbiose fixatrice d’azote contribue de manière significative dans l’adaptation d’Acacia spirorbis à des sols contrastés et pouvant présenter une toxicité polymétallique extrême.

Two cultivars of tomato of Saint-Pierre phénotype, isogenic for the resistance against verticilliosis and different for the resistance against mildew (and against Phytophthora parasitica Dast.), were inoculated with P. parasitica and with Verticillium albo-atrum Reinke et Berth. Associated with the defence reactions, an accumulation of sesquiterpenes phenolic compounds, tomatin, and oxygenated compounds of methyl linoleate took place in the tissues. Synthesis of these compounds in the host varies with the cultivars and the parasites in presence. In vitro studies on the inhibition of P. parasitica have shown an important synergism between the dienols on one side and the phenolic compounds and tomatin on the other side. [Translated by the Journal]

L’amorçage (priming) est une technique de traitement pré-germinatif qui consiste à imbiber la semence puis à la re-déshydrater avant la percée de la radicule. Notre travail consiste à étudier l’effet de deux agents de prétraitement des graines, notamment le PEG (20%) et l’AG3 (50 ppm) sur les performances germinatives, la croissance et l’hydratation des plantules de mil cultivées en présence de 100 mM NaCl. Notre objectif principal consiste à améliorer le phénotype et le comportement du mil cultivé sous contrainte saline via l’optimisation de l’amorçage des semences. Les résultats obtenus montrent que tous les types d’amorçage ont un effet bénéfique. Toutefois, le prétraitement des graines avec l’AG3 semble fortement associé à des processus mettant en jeu la croissance. Ce composé stimule de 100% la germination dès le 6ème jour de mise en germination en milieu salin. Cet effet est accompagné d’une amélioration de la croissance (193%) et d’une meilleure hydratation (330%), relativement aux plantes témoins. Cette réponse est primordialement liée à une capacité de détecter rapidement le stress salin et de le rendre facilement interprétable et même bénéfique pour sa croissance en milieux extrêmes.

Description du sujet. Plantago albicans est une psammophyte pastorale dont la variabilité morphologique est observable sur le terrain. L’évaluation de l’influence des conditions du milieu sur les caractères morphologiques de l’espèce a été étudiée. Objectifs. L’objectif du présent travail est d’analyser la variabilité morphologique de quelques populations de P. albicans dans la région du Sud-Oranais (Ouest algérien). Méthode. Deux-cents-quarante individus répartis en 12 populations ont été récoltés le long d’un transect nord-sud et sont issus de biotopes différents. Ces individus ont fait l’objet de mesures morphométriques sur lesquelles des analyses univariées et multivariées sont appliquées. Résultats. L’étude a révélé une variabilité inter-populations qui serait liée à la combinaison de facteurs stationnels et à la diversité biologique des biotopes. Des coupes anatomiques réalisées sur des axes aphylles érigés entre la rosette de feuilles et la racine ont permis de conclure à une structure anatomique adaptée de la tige de P. albicans qui, au fur et à mesure de la croissance de la rosette, surélève la partie feuillée photosynthétique évitant l’ensevelissement de la plante lors d’un ensablement trop important. Conclusions. La variabilité des caractères morphologiques de P. albicans (longueur et largeur de la feuille, longueur de la hampe florale, de l’épi et de l’axe aphylle) semble traduire une plasticité phénotypique, c'est-à-dire une aptitude à exprimer le phénotype qui s’accommode le mieux aux conditions du milieu et souligne la capacité de l’espèce à occuper des milieux fortement ensablés.

In Verzy forest (near Reims, France), seeds were sampled from some tortillard beeches (Fagus sylvatica L. var. tortuosa Pépin) after free pollination. After a dormancy breaking treatment performed in laboratory, seeds were sown in nursery and seedlings were cultivated for 4 years. The purpose of this study is to examine the fertility of tortillard beech and the occurrence of its phenotype during the first years of development. According to our experimental conditions, full and empty seed ratios, germination rate, and seedling annual survival rate were not significantly different from those reported for the European beech in literature. Among 486 tortillard maternal descendants, after 4 years, 25% of the individuals showed a special shape, characterized by reiterations, and could be considered as "tortillards". This phenotype appeared progressively during the second year of seedling development. The number of tortillards increased from one year to the next and their typical shape became more pronounced until they were 4 years old. These results show that the tortillard variety is no less fertile and vigorous than the European beech. Key words: Fagus sylvatica var. tortuosa, morphology, growth, fertility, strength.

La plupart des plantes maintiennent activement une posture érigée (principalement verticale et rectiligne) de tout ou partie de leur système aérien. Pour réaliser cela, les tiges développent des mouvements complexes. Lorsqu'une plante est penchée par rapport à la verticale en l'absence de la lumière, elle va se courber de sorte à se redresser. Des formes transitoires sont alors observés, différentes suivant les espèces, certaines ne dépassant jamais localement la verticale, lorsque d'autres présentent des formes en C, voire en S. Nous avons développé un modèle dynamique minimal qui ne dépend que de deux termes. Le premier terme, graviceptif, amène la tige à se courber vers le haut, tant qu'elle n'est pas verticale, et le deuxième, proprioceptif, tend au contraire à réduire la courbure pour maintenir la tige rectiligne. Un équilibre proprio-gravitropique, entre la verticalité et la courbure de la plante, est alors atteint. Un nombre sans dimension, B, rapport des sensibilités relatives, permet de décrire à la fois la dynamique et la forme d'équilibre et ainsi de comparer des espèces présentant des échelles très différentes, en taille ou en temps. Une estimation de B à partir de la mesure de la longueur en croissance et de la longueur de la zone courbée sur la forme finale, et de caractérisation simples des formes transitoires montre que le modèle graviproprioceptif capture bien les différentes transitions possibles. Cela permet de proposer un protocole simple de phénotypage des plantes. Une analyse cinématique fine de la croissance élongationelle et des courbures liées à la croissance différentielle mets en évidence d'autres effets plus subtils, comme un comportement oscillatoire propagatif couplé entre vitesse de croissance élongationelle et courbure-décourbure active. Cela suggère une régulation plus fine, probablement en lien avec le transport polarisé d'auxine et une croissance cellulaire rythmique.

Améliorer le taux de reprise des jeunes plants greffés/soudés afin de limiter leur dépérissement futur au vignoble est un enjeu majeur pour la pépinière viticole. Cela passe notamment par une meilleure compréhension des capacités d'enracinement et de la mise en place de l'architecture racinaire après implantation, en lien avec l'efficacité des racines à coloniser le sol et prélever les ressources hydro-minérales. De nombreux facteurs génétiques, physiologiques ou environnementaux modifient ces processus chez la vigne. Parmi eux, le statut nutritionnel du matériel végétal initial pourrait être déterminant. Cette thèse a pour objectif de caractériser, chez la jeune vigne en conditions contrôlées, l'influence de la disponibilité initiale en réserves carbonées et azotées sur la rhizogenèse, la croissance et la plasticité des traits morphologiques du système racinaire pour différents génotypes de porte-greffes, contrastés en termes de développement racinaire. Il sera notamment recherché si les processus d'émission, d'élongation et de ramification racinaire sont différemment impactés par la teneur locale en sucres et la nature du greffon. Ces données serviront également à calibrer un premier modèle de développement racinaire pour la vigne
Improving the recovery rate of young grafted grapevines in order to limit their future decline in vineyards is a major challenge for nurseries and grape growers. This requires a better understanding of their rooting capacities and the establisment of their root system architecture (RSA) after implantation, in particular in relation to their efficiencies in soil prospection and soil resources capture. Many genetic, physiological or environmental factors modify these processes in grapes. Among them, the nutritional status of the mother plant material could be decisive. The aim of this thesis is to characterize, in young vines mostly under controlled conditions, the influence of the initial availability of carbon and nitrogen reserves on rhizogenesis, growth and plasticity of the morphological traits of the root system for different Vitis rootstock genotypes contrasted in terms of root development. In particular, it will be investigated whether the processes of root emission, elongation and branching are differently affected by the local carbohydrates content and the nature of the graft. These data will also be used to calibrate a first model of root system development for the vine. Such functional-structural root model is a promising way to overcome in situ root phenotyping issues and can serve as a basis for the development of root ideotypes in silico by highlighting the underlying genetic mechanisms and parameters that are most likely influence RSA

D’ici la fin du siècle, les prévisions climatiques prévoient une diminution de la quantité et de la régularité des pluies s’accompagnant d’une augmentation du risque de sècheresse en Europe et dans de nombreuses régions du monde. La création de nouvelles variétés de maïs plus tolérantes au stress hydrique est un levier indispensable pour faire face à ces contraintes futures. L’objectif principal de cette thèse est d’approfondir les connaissances des déterminismes génétiques de la tolérance à la sècheresse chez le maïs. Pour ce faire, il est proposé de disséquer ce caractère complexe en caractères physiologiques sous-jacents dont le déterminisme génétique est a priori plus simple. L’évolution de l’indice foliaire vert (GLAI : Green Leaf Area Index) au cours du cycle de la plante, par son rôle majeur dans l’interception lumineuse, la transpiration et les échanges de CO2, est un caractère secondaire prometteur pour identifier les bases génétiques de la tolérance à la sècheresse et en améliorer la compréhension. Au cours de cette thèse, nous avons développé une méthode de phénotypage haut débit permettant d’estimer la cinétique du GLAI au champ. Cette méthode combine la caractérisation multispectrale par drone et l’utilisation d’un modèle physiologique simple de GLAI. Elle permet d’estimer la cinétique du GLAI de manière continue sur l’ensemble du cycle de la plante avec une bonne précision, tout en divisant par vingt le temps nécessaire au phénotypage. Nous avons utilisé cette méthode lors de deux essais en conditions optimales et deux essais en conditions de stress hydrique pour mesurer l’évolution du GLAI au sein d’un panel de 324 lignées issues d’une population MAGIC (Multi-parent Advanced Generation Inter-Cross). Les cinétiques estimées présentent une forte héritabilité et expliquent une part significative du rendement en conditions optimales et stressées. Afin d’identifier les bases génétiques de la cinétique du GLAI, trois approches de génétique d’association longitudinales ont été comparées : une approche univariée en deux étapes, une approche multivariée en deux étapes et une approche de régression aléatoire en une étape. Ces trois approches, couplées à la forte densité des données de génotypage disponibles (près de 8 millions de marqueurs), ont permis de révéler de nombreux QTL (Quantitative Trait Loci), dont certains colocalisent avec des QTL de rendement. Enfin, nous avons démontré que les QTL de GLAI identifiés lors de cette étude pouvaient expliquer près de 20 % de la variabilité du rendement observée dans un large réseau d’expérimentations sous stress hydrique. Ce travail fournit des méthodes qui permettront une meilleure caractérisation et une meilleure compréhension des déterminismes génétiques de la cinétique du GLAI, un caractère jusqu’ici inaccessible pour les populations de taille importante. Ce caractère présente toutes les caractéristiques requises pour améliorer l’efficacité des programmes de sélection en conditions de stress hydrique
By the end of the century, climate forecasts predict a decrease in the quantity and regularity of rainfall with an increasing risk of drought in Europe and in many regions of the world. Breeding for more tolerant varieties will be an essential lever to face these future constraints. The main objective of this work is to characterize the genetic determinisms of drought tolerance in maize. To this aim, it is proposed to dissect this complex trait into underlying physiological traits whose genetic determinism is supposed to be simpler. Green Leaf Area Index (GLAI) dynamics throughout the plant cycle, through its major role in light interception, transpiration and CO2 exchange, is a promising secondary trait to identify and better understand the genetic basis of drought tolerance. During this thesis, we developed a high-throughput method for phenotyping maize GLAI dynamics in the field. This method combines UAV multispectral imagery and a simple GLAI model. It makes possible the estimation of the dynamics of GLAI continuously throughout the whole plant cycle with good accuracy, while reducing the phenotyping time twentyfold. This method was used in two well-watered and two water-deficient trials to characterize the GLAI dynamics of 324 lines from a MAGIC population (Multi-parent Advanced Generation Inter-Cross). The estimated dynamics have a high heritability and explain a significant part of grain yield under well-watered and water-stressed conditions. To characterize the genetic basis of GLAI dynamics, three longitudinal GWAS (Genome Wide Association Study) approaches were compared: a univariate two-step approach, a multivariate two-step approach and a random regression one-step approach. These three approaches, combined with the high density of available genotyping data (nearly 8 million markers), have revealed many QTL (Quantitative Trait Loci), some of which were co-localized with yield QTL. Finally, we demonstrated that the GLAI QTL identified in this study could explain nearly 20 % of the grain yield variability observed in a large network of water-stressed experiments. This work provides methods that will enable a better characterization and understanding of the genetic determinisms of GLAI dynamics, a trait that was out of reach in large populations until now. This trait presents all the characteristics required to improve the effectiveness of selection programs under water stress conditions

Dans de nombreux domaines scientifiques, les expériences numériques nécessitent généralement de nombreuses étapes de traitement ou d'analyse sur d'énormes ensembles de données. Elles peuvent être représentées comme des flux de travail scientifiques. Ces flux de travail facilitent la modélisation, la gestion et l'exécution d'activités de calcul liées par des dépendances de données. Comme la taille des données traitées et la complexité des calculs ne cessent d'augmenter, ces flux de travail deviennent orientés-données. Afin d'exécuter ces flux de travail dans un délai raisonnable, ils doivent être déployés dans un environnement informatique distribué à haute performance, tel que le cloud. Le phénotypage des plantes vise à capturer les caractéristiques des plantes, telles que les caractéristiques morphologiques, topologiques et phénologiques. Des plateformes de phénotypage à haut débit ont vu le jour pour accélérer l'acquisition de données de phénotypage dans des conditions contrôlées (par exemple en serre) ou en plein champ. Ces plates-formes génèrent des téraoctets de données utilisées en sélection et en biologie végétale. Ces ensembles de données sont stockés dans différents sites géodistribués. Les scientifiques peuvent utiliser un système de gestion du flux de travail scientifique (SWMS) pour gérer l'exécution du flux de travail sur un cloud multisite. Dans le domaine des sciences biologiques, il est courant que les utilisateurs des flux de travail réutilisent d'autres les analyses ou des données générées par d'autres utilisateurs. La réutilisation et la réorientation des flux de travail permettent à l'utilisateur de développer de nouvelles analyses plus rapidement. En outre, un utilisateur peut avoir besoin d'exécuter un flux de travail plusieurs fois avec différents ensembles de paramètres et de données d'entrée pour analyser l'impact d'une étape expérimentale quelconque, représentée comme un fragment du flux de travail. Dans les deux cas, certains fragments du flux de travail peuvent être exécutés plusieurs fois, ce qui peut être très consommateur de ressources et inutilement long. La ré-exécution du flux de travail peut être évitée en stockant les résultats intermédiaires de ces fragments et en les réutilisant dans des exécutions ultérieures.Dans cette thèse, nous proposons une solution de mise en cache adaptative pour l'exécution efficace de flux de travail orientés-données dans des clouds monosites et multisites. En s'adaptant aux variations des temps d'exécution des tâches, notre solution peut maximiser la réutilisation des données intermédiaires produites par les flux de travail de plusieurs utilisateurs. Notre solution est basée sur une nouvelle architecture de SWMS qui gère automatiquement le stockage et la réutilisation des données intermédiaires. La gestion du cache intervient au cours de deux étapes principales : le prétraitement des flux de travail, pour supprimer tous les fragments du flux de travail qui n'ont pas besoin d'être exécutés ; et le provisionnement du cache, pour décider au moment de l'exécution quelles données intermédiaires doivent être mises en cache. Nous proposons un algorithme adaptatif de mise en cache qui tient compte des variations des temps d'exécution des tâches et de la taille des données. Nous avons évalué notre solution en l'implémentant dans OpenAlea et en réalisant des expériences approfondies sur des données réelles avec une application complexe orientés-données de phénotypage de plantes.Nos principales contributions sont i) une architecture SWMS pour gérer les algorithmes d’ordonancement utilisant le cache lors de l'exécution de flux de travail dans des clouds monosites et multisites, ii) un modèle de coût qui inclut les coûts financiers et temporels, iii) deux algorithmes de d’ordonancement adapté au cache, en monosite et multisite clouds, et iv) une validation expérimentale sur une application de phénotypage de plantes orienté-données
In many scientific domains, such as bio-science, complex numerical experiments typically require many processing or analysis steps over huge datasets. They can be represented as scientific workflows. These workflows ease the modeling, management, and execution of computational activities linked by data dependencies. As the size of the data processed and the complexity of the computation keep increasing, these workflows become data-intensive. In order to execute such workflows within a reasonable timeframe, they need to be deployed in a high-performance distributed computing environment, such as the cloud.Plant phenotyping aims at capturing plant characteristics, such as morphological, topological, phenological features. High-throughput phenotyping (HTP) platforms have emerged to speed up the phenotyping data acquisition in controlled conditions (e.g. greenhouse) or in the field. Such platforms generate terabytes of data used in plant breeding and plant biology to test novel mechanisms. These datasets are stored in different geodistributed sites (data centers). Scientists can use a Scientific Workflow Management System (SWMS) to manage the workflow execution over a multisite cloud.In bio-science, it is common for workflow users to reuse other workflows or data generated by other users. Reusing and re-purposing workflows allow the user to develop new analyses faster. Furthermore, a user may need to execute a workflow many times with different sets of parameters and input data to analyze the impact of some experimental step, represented as a workflow fragment, i.e., a subset of the workflow activities and dependencies. In both cases, some fragments of the workflow may be executed many times, which can be highly resource-consuming and unnecessary long. Workflow re-execution can be avoided by storing the intermediate results of these workflow fragments and reusing them in later executions.In this thesis, we propose an adaptive caching solution for efficient execution of data-intensive workflows in monosite and multisite clouds. By adapting to the variations in tasks’ execution times, our solution can maximize the reuse of intermediate data produced by workflows from multiple users. Our solution is based on a new SWMS architecture that automatically manages the storage and reuse of intermediate data. Cache management is involved during two main steps: workflows preprocessing, to remove all fragments of the workflow that do not need to be executed; and cache provisioning, to decide at runtime which intermediate data should be cached. We propose an adaptive cache provisioning algorithm that deals with the variations in task execution times and the size of data. We evaluated our solution by implementing it in OpenAlea and performing extensive experiments on real data with a complex data-intensive application in plant phenotyping.Our main contributions are i) a SWMS architecture to handle caching and cache-aware scheduling algorithms when executing workflows in both monosite and multisite clouds, ii) a cost model that includes both financial and time costs for both the workflow execution, and the cache management, iii) two cache-aware scheduling algorithms one adapted for monosite and one for multisite cloud, and iv) and an experimental validation on a data-intensive plant phenotyping application

Au cours de ce travail nous avons utilisé les potentialités de différentes modalités d'imagerie, que nous appliquons au domaine du végétal afin de contribuer au phénotypage haut-débit des semences et plantules. Nous nous somme principalement consacré à la recherche de réponses à deux problématiques spécifiques et importantes de ce secteur. Nous commençons par montrer l'applicabilité de l'imagerie en lumière visible inactinique et de l'imagerie thermographique passive pour imager le développement des semences et plantules, un phénomène biologique se déroulant normalement dans le sol et l’obscurité. Nous présentons nos apports à ce type d’imagerie, au travers de nos contributions à la conception et à la réalisation d’un système de vision en imagerie visible inactinique, ayant pour finalité la réalisation de mesures individualisées automatisées sur les semences, les plantules et les organes des plantules. Ce système gère les croisements de plantules, via l'utilisation originale de la diffusion anisotrope, ce qui nous a permis de multiplier, sans perte d'information, les débits par dix. De plus, ce système réalise la séparation des organes au moyen d’un critère générique basé sur le gravitropisme. La validation des algorithmes de traitement d'images du système de vision utilise des voies originales (simulation numérique et test de l'influence de l'incertitude via simulation agronomique). L’imagerie thermographique, qui capte le rayonnement thermique passif des objets, nous permet de visualiser et de mesurer les semences et plantules dans l'obscurité. Elle permet aussi de réaliser la segmentation et le suivi des organes de plantules. Cette technologie d'imagerie nous a aussi permis de montrer la faisabilité d'un dosage non destructif de teneur en sucre des organes de plantules de betterave. Ensuite nous proposons une méthodologie générique permettant la conception de capteurs bas-coût spectralement optimisés, en fonction de tâches applicatives déterminées. Cette méthodologie utilise la théorie de l’information, pour extraire de l’imagerie hyperspectrale, relativement coûteuse, l’information utile à la conception des capteurs dédiés bas-coût. L’intérêt de cette méthodologie pour le phénotypage des plantes est montré et justifie le transfert de celle-ci au monde de la recherche en biologie végétale
Along this work, we have used the potentiality of different modalities of imagery that we apply to the plant domain so as to contribute to the high-throughput phenotyping of seeds and seedlings. We have mainly committed ourselves to the search for answers to two specific and important problematic in this domain. We begin by showing the applicability of visible imaging using an inactinic light and passive thermographic imaging to image the development of seeds and seedlings, a biological phenomenon usually occurring in soil and darkness. We present our contributions to this type of imaging through our contributions to the conception and the realization of a vision system using visible inactinic imaging, whose finality is the realization of individualized automated measurement on the seeds, the seedlings and the organs of the seedlings. This system handle seedling crossing, through the original use of anisotropic diffusion, which allowed us to multiply, without information loss, the output by ten. Furthermore, this system carries out the separation of the organs by means of a generic criterion based on gravitropism. The validation of the image processing algorithms of the vision system use original ways (numerical simulation and test of the influence of the uncertainty through agronomic simulation). Thermographic imaging, which captures the passive heat radiation of objects, allows us to visualize and to measure seeds and seedlings in the darkness. It also allows realizing the segmentation and the tracking of the organs of seedlings. This imaging technology also allowed us to demonstrate the feasibility of a non-destructive determination of sugar quantity in organs of beet seedlings. We then propose a generic methodology that allows the conception of spectrally optimized low-cost sensors, according to determined application tasks. This methodology uses information theory, to extract from, relatively expensive, hyperspectral imaging, the information needed for the conception of the dedicated low-cost sensors. The interest of this methodology for plant phenotyping has been shown and justifies its transfer to the world of research in plant biology

L’architecture et le développement des plantes sont très plastiques au rayonnement incident. Ce travail a permis (i) d’analyser les réponses de l’architecture au rayonnement incident chez Arabidopsis thaliana, (ii) de quantifier la plasticité de la mise en place de la surface foliaire pour différents génotypes, et (iii) de construire un modèle de simulation du développement foliaire de la rosette prenant en compte la température et le rayonnement. Huit génotypes ont été cultivés en chambre de culture à différents niveaux de rayonnement incident. La quantité de rayonnement absorbé par la plante a été estimée avec un modèle architectural 3D et un modèle de bilan radiatif. Une réduction de rayonnement incident a réduit la surface foliaire et modifié la morphologie des limbes et des pétioles, sans affecter la phyllotaxie et le nombre de phytomères. La réduction de surface foliaire résulte des effets antagonistes d’une réduction de la vitesse d’initiation et d’expansion initiale des phytomères, et d’un allongement de leur durée d’expansion. Des relations quantitatives stables entre expérimentations ont été établies. La vitesse d’initiation et la vitesse d’expansion initiale ont été reliées au rayonnement absorbé. La durée d’expansion a été reliée au rayonnement incident. La réponse des génotypes a pu être comparée quantitativement sur la base de ces relations. Une large gamme de réponses a été observée entre génotypes pour la vitesse d’initiation et la durée d’expansion. Par contre, la vitesse d’expansion initiale varie entre génotypes mais sa réponse au rayonnement est similaire chez tous les génotypes. Le cadre d’analyse établi a permis de construire un modèle de simulation de la surface foliaire en fonction de la température et du rayonnement. La plante répond d’une manière intégrative à une réduction de rayonnement incident pour optimiser l’interception de la lumière. Les relations identifiées sont proposées comme outil de phénotypage de la plasticité au rayonnement
Plant development is highly plastic in response to light conditions. In this study, we have investigated how plant architecture is modified by a reduction in incident light in Arabidopsis thaliana. Here we have compared how organogenesis and morphogenesis responses to incident light vary among genotypes and proposed a functionnal-structural model of leaf development that responds to temperature and light. Plants of eight genotypes were grown in a growth chamber under various levels of incident light, characterized in term of spectral and directional components. The amount of light absorbed by the plants was estimated using 3D virtual plants and a radiative balance model. A reduction in incident light decreased leaf area and changed petiole and leaf morphology, without affecting the phyllotaxy and the leaf number. The leaf area reduction resulted from antagonist effects on leaf development processes, namely a decrease in the phytomer initiation rate and in the initial leaf expansion rate, and an increase in the duration of leaf expansion. The two former variables were quantitatively related to the amount of light absorbed by the plant whereas the latter to the light intensity. These relationships were used to compare the genotype responses to incident light. A broad range of responses was observed among genotypes for leaf initiation rate and the duration of leaf expansion. In contrast, the initial expansion rate varied among genotypes but its response to light was stable. The analysis framework established was also used to build a model of simulation that estimates leaf expansion at given temperature and irradiance. To conclude, plants respond in an integrated manner to reduced incident light in such a way to optimise light interception. The relationships identified are proposed as a possible way to analyse phenotypic plasticity of various genotypes of Arabidopsis

Thymus vulgaris est une espece gynodioique (ou coexistent femelles et hermaphrodites). Le determinisme du sexe et nucleo-cytoplasmique. Les femelles (ou male-steriles) sont presentes dans les populations en proportion variable et produisent plus de graines par fruit que les hermaphrodites. Nous avons mis en evidence l'existence d'une correlation negative entre production de graine et production de pollen chez les hermaphrodites. Nous avons ensuite etudie les differents facterus influencant l'allocation sexuelle et montre son role dans la meilleure production en graines des femelles. Par ailleurs, grace a la caracterisation moleculaire des cytoplasmes, nous avons pu suivre les lignees maternelles, et mettre en evidence le role des effets de fondation dans l'evolution des taux de femelles. La forte structuration spatiale des cytoplasmes dans les jeunes populations induit en effet des changements de determinisme du sexe, lesquels influent fortement sur le sexe-ratio. Afin de comprendre les origines du polymorphisme cytoplasmique, nous avons construit un modele simulant la dynamique du genome mitochondrial des plantes. Nous avons compare l'evolution de ce genome avec celle d'autres genomes a heredite maternelle, afin de comprendre les contraintes evolutives auxquelles les genomes cytoplasmiques sont soumis

Les interactions entre les contraintes environnementales sur le phénotype rendent complexe l'étude des mécanismes d'adaptation et d'évolution des plantes. Aborder une telle question nécessite une approche intégrée de l'orchestration, à différentes échelles, des réponses des plantes à des stimuli environnementaux isolés et combinés. Nous avons utilisé Arabidopsis thaliana pour évaluer les bases génétiques des réponses à deux contraintes abiotiques majeures en forte interaction au champ : la sécheresse et les hautes températures. Grâce à des outils performants pour l'analyse du phénotype, une large gamme de traits a été mesurée sur de nombreux génotypes différant dans leur plasticité. Nous avons caractérisé la croissance et des traits d'histoire de vie, la morphologie et la structure foliaire, ainsi que les capacités d'acquisition et de conservation des ressources, en particulier l'eau et le carbone. Après une description des réponses phénotypiques et de leur architecture génétique, les conséquences de ces réponses dans une perspective écologique et évolutive ont été évaluées. En particulier, nous avons analysé les variations des stratégies fonctionnelles mises en relief par les covariations phénotypiques et génétiques. De plus, les processus responsables des réponses observées ont été examinés. Les résultats ont permis de mettre en évidence des variations génétiques associées à plusieurs régions génomiques dont l'influence est probablement majeure pour les mécanismes d'adaptation des plantes. Certaines de ces régions génomiques, de par leur effet sur la performance, sont porteuses d'intérêt dans une perspective d'amélioration des espèces cultivées face aux changements climatiques actuels
The mechanisms of plant adaptation and evolution are difficult to investigate since environmental constraints have interactive effects on plant phenotypes. Such study requires an integrated approach about the coordination, at different organizational levels, of the plant phenotypic responses to multiple environmental cues. Using the model plant Arabidopsis thaliana, we assessed the genetic bases of the integrated responses to two major abiotic constraints that strongly interact in the field: water availability and high temperature. Using powerful tools for the analysis of the phenotype, a large range of traits was measured in many genotypes that differ in their plasticity. We focused on the traits related to plant growth and life history, leaf structure and morphology, and to the acquisition and conservation of resources, specifically water and carbon. After a description of the phenotypic responses and their genetic architecture, the ecological and evolutionary consequences of these responses were evaluated. Specifically, we examined the variations in the functional strategies that are highlighted by phenotypic and genetic covariations. Moreover, the processes responsible of the observed phenotypic responses to environmental constraints were investigated. Strong genetic variability associated to particular genomic regions was identified. Such loci have presumably important influence on the mechanisms of plant adaption to fluctuating environments. Some of these genomic regions have a strong effect on plant performance in stressing conditions, and therefore offer promising avenues for crop improvement facing current global climate change

Une faible disponibilité des macroéléments dans la plupart des sols cultivés limite fortement les rendements des cultures en absence de fertilisation. Une meilleure compréhension de l’adaptation des systèmes racinaires à des sols pauvres en ions nutritifs, et l’exploitation de la diversité génétique existante dans ce domaine, entre espèces et/ou variétés, sont susceptibles de contribuer au développement de nouveaux cultivars et de nouvelles pratiques agronomiques permettant de limiter les intrants de fertilisation chimique coûteux et polluants pour l’environnement. L'architecture du système racinaire et la production des poils absorbants à l'interface racine-sol, sont des déterminants majeurs de la capacité du système racinaire à explorer le sol et prélever les ions nutritifs. A ce jour, aucune méthodologie ne permettait de phénotyper les poils absorbants dans un système racinaire considéré dans sa totalité. Dans le cadre de cette thèse, j’ai développé une méthodologie de phénotypage global, intégratif, des systèmes racinaires, incluant les poils absorbants. Un dispositif original de type rhizobox a été développé, permettant d'acquérir des images à haute résolution, pour lesquelles j'ai mis au point une procédure d'analyse informatisée associant le logiciel libre Ilastik pour la segmentation des images, et les logiciels WinRHIZOTM et ImageJ pour l'analyse de traits globaux caractérisant le développement racinaire. Après validation de la méthodologie, les systèmes racinaires de deux génotypes de blé, un cultivar d’amidonnier (T.t. dicoccum, cv Escandia), ancêtre du blé dur, et une variété de pays de blé dur (T.t. durum, cv Oued Zenati) ont été comparés entre eux et par rapport à leur réponse à une faible disponibilité en phosphate (P), azote (N) ou potassium (K). Chez des plantules âgées de 15 jours (racines de ca. 30 cm de long), les carences en N, P ou K ont affecté différentiellement la croissance des plantes (allocation de la biomasse entre racines et feuilles, et développement préférentiel du système racinaire). Les trois carences se sont révélées entraîner une augmentation de la surface totale du système racinaire, qui s'est elle-même révélée comme résultant principalement d'une augmentation de la surface totale des poils absorbants sur le système racinaire entier (traduisant une augmentation de la densité et/ou longueur des poils sur tout le système). Le taux d'augmentation de la surface totale des poils absorbants était variable entre les deux variétés et selon l’élément limitant, plus fort en condition de carence en N chez l’amidonnier, et de carence en P chez la variété de pays. Toutes les réponses racinaires analysées, incluant ou non les poils absorbants, ont révélé une plus grande plasticité développementale en réponse aux carences nutritives chez la variété ancestrale. Une perspective ouverte par ce travail serait de comparer cette plasticité chez différentes variétés de blé récapitulant la domestication et l'amélioration de cette espèce. En perspective également, je montre que la méthodologie que j'ai développée peut permettre de phénotyper les réponses racinaires à des conditions biotiques (présence de bactéries de type Plant Growth Promoting Rhizobacteria)
Low macroelement availability in most cultivated soils severely limits crop yields in the absence of fertilization. A better understanding of the adaptation of root systems to nutrient-poor soils, and the exploitation of existing genetic diversity in this field, between species and/or varieties, are likely to contribute to the development of new cultivars and new agronomic practices allowing to limit costly and environmentally polluting chemical fertilization inputs. The architecture of the root system and the production of root hairs at the root-soil interface are major determinants of the capacity of the root system to explore the soil and take up nutrient ions. To date, no methodology has been available to phenotype root hairs in a root system considered entirely. In this thesis, I developed a methodology for global, integrative phenotyping of root systems, including root hairs. An original rhizobox-type device was developed, allowing to acquire high resolution images, for which I developed a computerized analysis procedure associating the free software Ilastik for image segmentation, and the softwares WinRHIZOTM and ImageJ for the analysis of global traits characterizing the root development. After validation of the methodology, the root systems of two wheat genotypes, a cultivated emmer wheat cultivar (T.t. dicoccum, cv Escandia), ancestor of durum wheat, and a landrace of durum wheat (T.t. durum, cv Oued Zenati) were compared with each other and with respect to their response to low phosphate (P), nitrogen (N) or potassium (K) availability. In 15-day-old seedlings (roots ca. 30 cm long), N, P or K deficiencies differentially affected plant growth (biomass allocation between roots and leaves, and preferential development of the root system). All three deficiencies were found to result in an increase in the total surface area of the root system, resulting primarily from an increase in the total surface area of root hairs over the entire root system (reflecting an increase in the density and/or length of hairs over the entire system). The rate of increase in total absorptive root hair area was variable between the two varieties and among limiting elements, stronger under N deficiency conditions in the emmer wheat, and P deficiency in the landrace. All the root responses analyzed, including or not the root hairs, revealed a greater developmental plasticity in response to nutrient deficiency in the ancestral variety. A perspective opened by this work would be to compare this plasticity in different wheat varieties recapitulating the domestication and improvement of this species. I also show that the methodology I have developed can be used to phenotype root responses to biotic conditions (presence of Plant Growth Promoting Rhizobacteria)

La transformation génétique d'explants foliaires et racinaires d'Arabidopsis thaliana, par différentes souches d'Agrobacterium tumefaciens (avec ou sans promoteur) permet l'obtention de nombreuses lignées transgéniques. L'étude de la descendance de celles-ci nous a permis d'isoler un phénotype nain d'Arabidopsis thaliana, caractérisé par un hypocotyle et des pétioles courts, avec des limbes de feuilles arrondies conférant un aspect Boule à la rosette. Des études génétiques et moléculaires nous ont permis de confirmer que nous étions bien en présence d'une mutation récessive et nucléaire, mais qu'elle était sans lien avec l'insertion de T-DNA dans le génome végétal. L'étude macroscopique et histologique de ce mutant Boule s'est avérée très intéressante car elle nous a permis de montrer qu'une des fonctions cellulaires les plus importantes est modifiée. En effet, l'élongation cellulaire est réduite, particulièrement au niveau de l'hypocotyle et des pétioles. Des tests de réponse aux hormones ainsi qu'avec un brassinolide, ou l'observation des microtubules corticaux nous ont permis de cerner cette mutation et de caractériser le mutant Boule qui se distingue des nombreux mutants d'Arabidopsis déjà décrits