Tesi sul tema "Légumineuses à graines"

Dans le contexte de la transition agroécologique en faveur de systèmes de culture plus économes en intrants azotés, la réintroduction des légumineuses a un rôle majeur à jouer pour atteindre la durabilité de ces systèmes. Peu de références sont actuellement disponibles sur les intérêts agronomiques et écologiques des différentes espèces, notamment à l’échelle de la rotation. Dans ce cadre, notre objectif principal consiste à mieux quantifier les flux d’azote impliqués au cours et après culture de légumineuses, et ce pour une gamme élargie d’espèces. Notre travail expérimental porte donc sur la caractérisation des flux d’azote induits dans le sol et dans les cultures de légumineuses aux caractéristiques morphologiques contrastées en parallèle de la mesure des déterminants de ces flux. Les objectifs spécifiques consistent à : i) quantifier la fixation symbiotique en fonction du niveau du stock d’azote minéral du sol, la minéralisation de l’azote des résidus de légumineuses après enfouissement et les pertes d’azote en dehors du système sol-plante (lixiviation, émission de protoxyde d’azote), ii) identifier les « traits de plantes » explicatifs des fonctions liées à ces flux d’azote. Pour atteindre ces objectifs, les différents flux d’azote ont été quantifiés au cours d’une expérimentation au champ avec implantation d’une culture de légumineuses en première année suivie par une culture de blé en année 2 qui a été menée en 2014-2015 et reconduite sur la campagne 2016-2017. En parallèle, les traits des plantes, notamment racinaires, ont été caractérisés plus finement au cours d’expérimentations conduites en conditions contrôlées
In the context of agroecological transition, the reintroduction of legume crops should play a key role in cropping system sustainability by allowing a reduction of nitrogen (N) inputs. But few references are available concerning the agronomical and ecological services provided by a wide range of legume crops, particularly within crops succession scale. Thus, the main objective of our study is to quantify the N fluxes during and after the legume crops taking into account 10 legume crops (peas, lupin, faba bean, soybean...). Our experiment consists in i) quantifying symbiotic N fixation depending on the amount of soil inorganic N, the mineralisation of N present in legume crop residues after soil incorporation and N losses outside of the soil-plant system (leaching, emission of nitrous oxide), ii) identifying plant biological traits associated to N fluxes. Thus, different N fluxes were quantified during a two-year field experiment, i.e. the first year (2014) legume crops were implanted and followed by wheat the second year (14-15) after incorportation of legume residues. This experiment was repeated in 2016-2017.In parallel, plant root traits were characterised during greenhouse hydroponic experiments

PA1b (Pea Albumin 1 sous-unité b), une knottine toxique de 37 acides aminés, présente un grand intérêt dans la lutte contre les charançons des céréales (Sitophilus spp.), principaux ravageurs des céréales stockées.
Afin de mieux connaître la nouvelle famille peptidique de PA1b, sa variabilité tant structurale que d'activité biologique a été étudiée au sein des Légumineuses. Après avoir validé notre approche sur 4 espèces végétales "test", nous avons caractérisé 24 gènes homologues chez 18 espèces de Papilionoideae. De plus, l'activité insecticide d'extraits de graines de 60 espèces des trois sous-familles de Légumineuses a été déterminée sur charançons de souche sensible et résistante à PA1b. Afin de relier variations de structure et d'activité, une approche par mutagenèse dirigée a été envisagée. Un système d'expression bactérienne et de purification de PA1b a été mis au point. Bien que de masse conforme (cystéines oxydées), le peptide recombinant ne présente pas d'activité biologique.

Pendant la maturation des graines, la germination, tolérance à la dessication et longévité sont acquises de manière séquentielle. La maturation s’achève par la dessication qui amène l’embryon à l’état de quiescence. La maturité des graines à la récolte est le premier facteur qui in¿ uence la longévité et l’établissement de la culture lors du semis. On ne comprend pas comment la longévité est installée pendant la maturation et comment un séchage prématuré in¿ uence la longévité et la reprise des activités cellulaires pendant l’imbibition. L’objectif de la thèse était de répondre à ces questions en comparant les transcriptomes de graines immatures et matures de soja et Medicago truncatula pendant la dessication et l’imbibition. Les graines immatures furent récoltées après le remplissage avant la dessiccation, lorsque la longévité n’est pas encore acquise.Chez le soja, la comparaison des transcriptomes des graines immatures et matures montre que le séchage forcé n’est pas identique à la dessication in planta qui se caractérise par la synthèse de protéines chaperones. Plus de 89% des gènes différentiellement exprimés après 18 h d’imbibition présentent des pro¿ ls d’expression identiques dans les graines immatures et matures, en accord avec la germination comparable de celles-ci. L’analyse des transcrits dont la teneur augmente uniquement pendant l’imbibition des graines mature suggère la mise en place de mécanismes de réparation. La comparaison de ces données avec Medicago montre que l’imbibition des graines matures se caractérise par une sur-représentation des gènes liés au
During seed maturation, germination, desiccation tolerance and longevity are acquired sequentially. Seed maturation is terminated by a desiccation phase that brings the embryo to a quiescent state. Seed maturity at harvest in¿ uences seed longevity and crop establishment. After harvest, seeds are usually dried to water content compatible with long term storage and post-harvest treatments. However, there is a lack of understanding of how seed longevity is acquired during seed maturation and how premature drying impacts longevity and resumption of cellular activities during imbibition. This was addressed here by comparing transcriptome changes associated with maturation drying and imbibition of seeds of soybean and Medicago truncatula, harvested at an immature stage and mature dry stage.The immature stage corresponded to end of seed ¿ lling when longevity was not acquired while other vigor traits were acquired. Transcriptome characterization in soybean revealed that enforced drying was not similar to maturation drying in planta, which stimulated degradation of chlorophyll and synthesis of protective chaperones. Eighty-nine % of the differentially expressed genes during a 18h-imbibition period showed a similar pattern between immature and mature seeds, consistent with a comparable germination between stages. An analysis of the 147 transcripts that increased during imbibition of mature seeds but not in immature seeds suggested an activation of processes associated with shoot meristem development and DNA repair. These data were compared with imbibing immature and mature seeds

Plusieurs études ont souligné la nécessité d’augmenter la production des légumineuses à graines en Europe. Jusqu’à présent, il n’existait pas de synthèses quantitatives de données qui comparaient les performances productives (et environnementales) de différentes légumineuses à graines dans cette région. L’objectif de la thèse était d’identifier des espèces de légumineuses à graines caractérisées par des niveaux élevés de production en Europe. Trois sources de données ont été utilisées à large échelle : des données statistiques, des données expérimentales en Europe et dans d’autres régions du monde, et des données sur les propriétés nutritionnelles des légumineuses à graines. Au total, 29 espèces ont été comparées à partir de leurs niveaux de production, et de leurs effets sur les rendements des céréales suivantes. Nous avons estimé la variabilité interannuelle des rendements des légumineuses à graines en Europe et Amérique. Les résultats montrent que les rendements des légumineuses à graines sont significativement plus variables que les rendements des non-légumineuses en Europe. Ces différences sont plus faibles en Amérique. Nous avons construit un jeu de données expérimentales global incluant 173 articles publiés, 41 pays, et 8581 situations de culture. Une première méta-analyse a été conduite à partir de ce jeu de données expérimentales. Les résultats montrent que le soja (Glycine max), le lupin à feuilles étroites (Lupinus angustifolius), et la fèverole (Vicia faba), présentent, en général, des niveaux de production similaires, et parfois supérieurs, comparés à ceux du pois protéagineux (Pisum sativum) en Europe. D’après les résultats de cette méta-analyse, nous avons estimé qu’une substitution de 25% de la surface actuelle de pois protéagineux (Pisum sativum) par de la fèverole (Vicia faba), du lupin à feuilles étroites (Lupinus angustifolius), et du soja (Glycine max), augmenterait la production de protéines de +3%, +4%, et +28%, en Europe, respectivement. Une seconde méta-analyse a été conduite à partir du même jeu de données expérimentales. Les résultats montrent que les rendements des céréales cultivées après des légumineuses à graines sont, en moyenne, +29% significativement plus élevés que les rendements des céréales cultivées après des céréales ; cet effet positif est significatif pour 13 des 16 espèces de légumineuses à graines. L’effet des cultures précédentes de légumineuses à graines décroît en fonction de la dose de fertilisation azotée (N) appliquée sur les céréales suivantes, et devient négligeable quand la dose moyenne de fertilisation azotée est supérieure à 150 kg N ha-1. D’après les résultats de cette méta-analyse, nous avons estimé que la diminution relative attendue de production céréalière, résultant d’une augmentation de la proportion d’une légumineuse à graines dans une monoculture d’une céréale, est partiellement compensée par l’effet positif de la légumineuse à graines sur le rendement de la céréale suivante peu fertilisée en azote. Globalement, la thèse identifie la fèverole (Vicia faba) comme une espèce candidate intéressante en Europe, suivie du pois protéagineux (Pisum sativum), du soja (Glycine max), et des lupins (Lupinus spp.). La lentille (Lens culinaris), le pois chiche (Cicer arietinum), et le haricot commun (Phaseolus vulgaris), présentent des niveaux faibles de production. Cependant, ces espèces sont souvent reconnues pour leurs bénéfices nutritionnels en alimentation humaine. En croisant les regards depuis des expérimentations en Amérique du Nord et Océanie, nous suggérons d’évaluer les niveaux de production de plusieurs gesses (Lathyrus spp.), lupins (Lupinus spp.), et vesces (Vicia spp. excepté Vicia faba), dans de futures expérimentations agronomiques en Europe
Several studies have stressed the importance of increasing grain legume production in Europe. To date, no quantitative data syntheses have been conducted to compare the productive (and environmental) performances of different grain legumes in this region. The objective of the PhD thesis was to identify grain legume species displaying high productivity levels in Europe. Three data sources were used on a large scale: statistical data, experimental data across Europe and other world regions, and food and feed composition data for grain legumes. In total, 29 species were compared on the basis of their productivity levels, and on their effects on the yields of the subsequent cereals. We estimated the interannual variability in grain legume yields across Europe and the Americas. Results show that grain legume yields are significantly more variable than non-legume yields in Europe. These differences are smaller in the Americas. We built a global experimental dataset including 173 published articles, 41 countries, and 8,581 crop observations. A first meta-analysis was conducted using this experimental dataset. Results show that soybean (Glycine max), narrow-leafed lupin (Lupinus angustifolius), and faba bean (Vicia faba), display, in general, similar productivity levels, and sometimes higher, compared with those of pea (Pisum sativum) in Europe. Based on the results of this meta-analysis, we estimated that a replacement of 25% of the area currently under pea (Pisum sativum) with faba bean (Vicia faba), narrow-leafed lupin (Lupinus angustifolius), and soybean (Glycine max), would increase protein production by +3%, +4%, and +28%, in Europe, respectively. A second meta-analysis was conducted using the same experimental dataset. Results show that the yields of cereals cultivated after grain legumes are, on average, +29% significantly higher than the yields of cereals cultivated after cereals; this positive effect is significant for 13 of 16 grain legume species. The effect of preceding grain legume cultivation decreases as a function of the nitrogen (N) fertilization rate applied to subsequent cereals, and becomes negligible when the mean nitrogen fertilization rate exceeds 150 kg N ha-1. Based on the results of this meta-analysis, we estimated that the expected relative decrease in cereal production, resulting from an increase in the proportion of a grain legume in a cereal monoculture, is partially mitigated by the positive effect of the grain legume on the yield of the subsequent cereal under low nitrogen input conditions. Globally, the PhD thesis identifies faba bean (Vicia faba) as an interesting candidate species in Europe, followed by pea (Pisum sativum), soybean (Glycine max), and lupins (Lupinus spp.). Lentil (Lens culinaris), chickpea (Cicer arietinum), and kidney bean (Phaseolus vulgaris), display low productivity levels. However, these species are often promoted for their nutritional benefits for the human diet. Based on comparative insight gained from experiments in North America and Oceania, we suggest assessing the productivity levels of several vetches and lupins (i.e., Lathyrus, Lupinus, and Vicia species excluding Vicia faba), in future field experiments in Europe

Les globulines du lupin jaune sont constituees de quatre types de proteines. Les plus representees quantitativement, les conglutines alpha et beta, appartiennent aux classes des legumines et vicilines. La conglutine alpha est formee de polypeptides acides associes par des liaisons disulfures a des polypeptides basiques. Deux sortes d'associations sont mises en evidence. Elles permettent de proposer un schema de maturation du pro-polypeptide precurseur. A l'oppose des autres legumineuses, les legumines du lupin jaune sont synthetisees avant les vicilines. Ces dernieres ne sont matures que tres tardivement, avant la dessiccation de la graine. Les deux autres proteines de reserve des lupins sont les conglutines delta et gamma. La premiere est complexe dans le lupin jaune. Toutefois, la purification de la proteine dans d'autres especes de lupins met en evidence un modele commun. La conglutine gamma, simple sur le plan de sa structure a un role encore inconnu dans la graine. Ses differentes caracteristiques sont discutees dans ce sens, et notamment, sa biosynthese precoce et son elution dans l'eau d'imbibition des graines

La phase de maturation des graines est caractérisée par l’ac-quisition successive de composantes qui constituent la qua-lité physiologique d’un lot de semences, à savoir la toléranceà la dessiccation (capacité à survivre au retrait total de l’eaucellulaire), la longévité (capacité de survivre à l'état sec pen-dant le stockage), la dormance ainsi que la vigueur germina-tive (capacité à germer de façon rapide et homogène quelquessoient les conditions de l’environnement). La production desemences à haute qualité germinative représente un enjeumajeur pour les semenciers car elle constitue un levier clefpour augmenter les rendements agricoles. Cependant, lesmécanismes régulant l’acquisition de la qualité germinativeet en particulier la longévité restent peu connus. Une étudepréalable d’un réseau de co-expression génique de facteursde transcription avait identifi é trois gènes candidats associésà la longévité chez Medicago truncatula :MtABL (ABA INSEN-SITIVE4-LIKE), MtABI5 (ABA INSENSITIVE5) et MtHSFA2.2(HEAT SHOCK FACTOR A2.2). L'objectif de cette thèse était devalider ces gènes et d’en comprendre leur fonction chez Medicagotruncatula et le pois par la caractérisation de mutantsd’insertion et EMS. ABL et ABI5 jouent un rôle dans la matu-ration en régulant positivement la longévité alors que celle-ci n’est pas affectée dans les mutants hsfa2.2. Des étudestranscriptomiques et biochimiques montrent que ABL et ABI5régulent de manière complexe la photosynthèse, la dégrada-tion de la chlorophylle et l’accumulation des oligosaccharide
Seed maturation is characterized by the acquisition ofthe various components that collectively constitute thephysiological quality or vigor of the seed: desiccation tolerance(DT, i.e. the capacity to survive complete drying), seedstorability or longevity (the capacity to remain alive duringstorage), dormancy, as well as fast and uniform germinationand seedling emergence under stressful conditions. Thesetraits are pivotal to ensure rapid and homogenous seedlingestablishment required for stable yield and are a majoreconomic challenge for the seed industry. Despite theiragronomic importance, the mechanisms regulating theiracquisition, including longevity, are still poorly understood. InMedicago truncatula, a gene co-expression network inferredthat transcription factors such asMtABL (ABA INSENSITIVE4-LIKE), MtABI5 (ABA INSENSITIVE5) and MtHSFA2.2 (HEATSHOCK FACTOR A2.2) are putative regulators of seedlongevity. The aim of this thesis was to characterize theirroles in Medicago truncatula and Pisum sativum using Tnt1insertion and EMS mutants. ABL and ABI5 are positiveregulators of longevity while defects in hsfa2.2 do not affectit. Transcriptomic and biochemical analyses show that ABLand ABI5 are involved in the regulation of photosynthesisassociated genes, chlorophyll loss and accumulation ofraffi nose family oligosaccharides (RFO). ABI5 is also involvedin the accumulation of stress proteins such as LEA proteins.By establishing a link between degreening, RFO contents andlongevity, our work offers new opportunities to tackle a

Afin d'accroître l'utilisation diversifiée et de valoriser les graines de soja, de tournesol, de colza et de féverole et de mieux connaître l'influence des différents traitements technologiques sur la valeur nutritionnelle, les propriétés physicochimiques et l'acceptabilité en industrie alimentaire des protéines de ces graines, différents procédés d'extraction et de préparation de produits protéiques à base de ces graines ont été étudiés. Les technologies misent en oeuvre comprennent les traitements physico-chimiques et biotechnologiques suivants : germination des graines, fermentation, traitements thermiques (chauffage traditionnel en solution, ou à la vapeur et par micro-onde),purification des protéines par voie humide, isolement des protéines par précipitation directe aux points isoélectriques à partir d'extraits alcalins de protéines, utilisation d'antioxydants tels que le bisulfate de sodium, le sulfite de sodium et l'acide citrique, utilisation de gélifiant (alginate de sodium), deshuilage avec l'hexane ou un melange azéotrope (hexane/éthanol à 95%)

L'effet de l'extrusion a 120 ou 150c de graines de soja, de lupin et de feverole sur les parametres fermentaires ruminaux d'une part, et sur la solubilite in vitro, la degradabilite ruminale in sacco et la disparition intestinale en sachets mobiles des matieres azotees totales (mat) et des acides amines 5aa) d'autre part, sont etudies sur des vaches laitieres taries et fistulees. Quand les animaux recoivent ces graines extrudees dans leur ration en remplacement des graines crues, les parametres fermentaires (ph, ammoniac, acides gras volatils) sont peu modifies. L'extrusion reduit la solubilite in vitro des mat des trois graines et favorise l'insolubilisation des aa soufres. Selon le niveau thermique utilise, la degradabilite ruminale theorique des mat est diminuee de 15 a 26% en moyenne. Le traitement n'ayant aucun effet sur la disparition des mat dans l'ensemble du tractus digestif (rumen+intestin), il permet donc d'accroitre la part des fractions azotees d'origine alimentaire qui disparaissent dans l'intestin. La valeur azotee, estimee en termes de proteines digestibles dans l'intestin (pdie et pdin), est amelioree par l'extrusion; les teneurs en pdin sont augmentees en moyenne de 15 a 34% et celles des pdie de 56 a 149%. Par ailleurs, si l'extrusion n'affecte pas le profil des aa des proteines pour les graines entieres, des differences apparaissent, par rapport aux graines crues, dans les profils en aa des proteines residuelles ruminales et intestinales. Pour les fracions azotees qui disparaissent dans les regions postruminales, le traitement thermique releve de 3 a 35% les indices chimiques des aa essentiels, signe d'une valeur biologique superieure a celle des graines crues

Les etapes de la mise en place du rendement et l'utilisation du rayonnement par un peuplement de pois ont ete etudiees au champ. Les periodes de formation du nombre de graines et du poids par graine ont ete delimitees pour la plante et pour le nud; elles semblent peu affectees par le niveau de croissance des plantes. Le nombre de graines par nud est proportionnel au rayonnement absorbe a ce nud pendant la periode de formation des graines. L'avortement sur les nuds inferieurs est du a l'auto-ombrage. Une contrainte hydrique pendant la floraison n'a pas modifie ces relations. L'application de ces resultats au raisonnement de la conduite de la culture et au diagnostic cultural est discutee

Cette thèse a été réalisé dans le cadre d'une collaboration scientifique entre le Venezuela et la France et a pour objet l'étude de la biosynthèse et de l'activation de la concanavaline A (ConA), principale lectine accumulée dans les graines du haricot canavalia (Canavalia ensiformis). Cette lectine présente une forte toxicité qui limite son utilisation comme matière première en alimentation animale. Afin d'isoler un génotype sans activité lectine, nous avons développé un test qui a permis le criblage rapide de 1186 mutants générés par irradiation aux rayons γ, et l'identification de 3 mutants présentant une activité lectine plus faible que le cultivar commercial, mais encore trop élevée pour une utilisation directe des graines dans l'alimentation de poulets. Par conséquent, un programme a été initié vers la création d'un génotype sans activité lectine par manipulation génétique. Afin de définir la (ou les) cible(s) d'une telle manipulation génétique, nous avons étudié la biosynthèse de la ConA afin de caractériser les étapes de l'activation de la prolactine (proConA) inactive en ConA active. Dans un premier temps, nous avons pu établir la structure du N-glycanne associe a la proConA, et montrer que celui-ci n'est pas impliqué dans un processus d'auto-inhibition de l'activité lectine du précurseur. Par ailleurs, nous avons établi que l'activation de la proConA nécessite sa déglycosylation et une acidification du milieu. Dans un deuxième temps, nous avons cloné et exprimé, dans des cellules de tabac BY2, le gène codant pour la ConA. L'ensemble de ce travail a permis d'établir les bases d'un nouveau projet de recherche au Venezuela, ayant pour objectif l'expression antisens du gène d'une des enzymes clés de l'activation de la ConA ; permettant ainsi d'obtenir un génotype de Canavalia sans activité lectine.

Accroître la biodiversité dans les agroécosystèmes est une stratégie écologique qui permettrait de rendre les productions plus durables. Une des pistes prometteuses est la culture en association de deux espèces sur une même parcelle et pendant une durée significative de leur cycle de développement. Ces cultures associées et notamment les mélanges céréalelégumineuse présentent de nombreux avantages, en particulier dans les systèmes à faible disponibilité en azote, en termes de production, de qualité et de bénéfices environnementaux. Ces performances sont étroitement liées à l’expression des complémentarités de niche et la réduction des effets de compétition entre les composantes de l’association. Les interactions interspécifiques dépendent fortement des caractéristiques phénotypiques (physiologie, morphologie, phénologie) des espèces et variétés associées. L’objectif de notre travail était d’étudier l’effet de la variabilité génotypique de espèces sur les performances des cultures associées de blé dur-légumineuse à graine et d’analyser le comportement des cultivars vis-à-vis des interactions inter et intra-spécifiques. Pour cela, nous avons mis en place deux expérimentations de 2011 à 2013 afin de tester plusieurs combinaisons de variétés présentant des traits phénotypiques différents. Chaque variété a été semée en culture pure en densité normale et en demi-densité (afin d’étudier les interactions intra-spécifiques) et en association de type substitutive (les deux espèces sont semées en demi densité et en mélange sur le rang) afin d’étudier les interactions interspécifiques. Nos résultats ont confirmé que le comportement d’un génotype est variable entre culture pure et association et que la performance d’une espèce en association dépendrait de sa performance en culture pure mais aussi de sa compétitivité. Ce pouvoir compétitif est sensible aux traits phénotypiques de chaque espèce et à la variation des conditions pédoclimatiques. Une analyse de la dynamique des interactions interspécifiques montre qu’à partir de la période de floraison des légumineuses, les compétitions deviendraient plus intenses et pourraient influencer les rendements en grains. In fine, ce travail nous a permis d’identifier des traits marqueurs de la performance des légumineuses en association qui serviront à concevoir des idéotypes adaptés aux couverts plurispécifiques afin d’optimiser les services rendus par ces systèmes cultivés
Increasing biodiversity in agroecosystems may contribute to a sustainable productions. Intercropping, the growth of two or more species in the same space at the same time, is considered as a practical application of ecological principles based on biodiversity. Grain legume-cereal intercropping reveals many potential advantages in productivity, stability of outputs and ecological sustainability particularly in low N-input systems. These advantages occur when intercrop components have a complementary ecological niches and competitive interaction are reduced. Interspecific interactions are greatly influenced by phenotypic traits (physiological, morphological and phenological) among cultivars and species. The aim of our study is to study the effect of genotypic variability of species on the performance of durum wheat-grain legume intercrops and to analyze the response of cultivars toward inter and intraspecific interactions. An experimental trial was carried out during two years (2011 to 2013) to test different cultivar combinations. Each cultivar and specie was cultivated as sole crop, half density sole crop and intercrop in a replacement design to evaluate inter- and intra-specific interactions. Our results confirmed that genotype behavior is different between sole crop and intercropping. The intercrop performance is dependent on its performance on sole crop and on its competitiveness. Phenotypic traits and pedoclimatic conditions influence the competitive ability of intercrops. Besides, a dynamic analysis of interspecific interactions shows that from the legumes flowering period, competitions would be the most intense and would impact the grain yield. Finally, this study has allowed to identify some indicators of the performance of grain legumes on intercropping that would help to concept ideotypes adapted to multispecies systems in order to optimize their advantages

La qualité nutritionnelle des graines des légumineuses constitue un enjeu économique majeur face aux besoins croissants en protéines végétales destinées à l’alimentation animale et humaine. Les facteurs de transcription (TFs) interviennent dans le contrôle transcriptionnel de l’accumulation des protéines de réserve. Ce travail a consisté (i) à définir un cadre d'étude du développement de la graine, (ii) à identifier des TFs potentiellement impliqués dans la phase de remplissage, (iii) à valider leur rôle chez la légumineuse modèle Medicago truncatula ainsi que leur influence sur la qualité de la graine de pois (Pisum sativum). Dans un premier temps, une vision globale de l'expression de 51k gènes pendant le développement de la graine a permis de mettre en évidence sept stades clefs du développement de la graine. Le profil d'expression de 712 facteurs de transcription (TFs) a été déterminé à ces stades par qRT-PCR. Les 170 TFs montrant une expression différentielle lors du développement de la graine ont été répartis dans différents groupes associés à l'embryogénèse, à la transition embryogenèse-remplissage, à la synthèse des différentes protéines de réserve et enfin à la dessiccation. Dans un deuxième temps, le rôle du facteur de transcription LEAFY COTYLEDON1-LIKE (L1L) a été étudié chez M. Truncatula et P. Sativum. Les résultats obtenus ont montré que, chez ces espèces, le gène L1L s'exprimait préférentiellement dans la graine lors de la transition embryogenèse-remplissage. L'analyse des mutants EMS et des transformants RNAi indique un rôle négatif de ce gène dans l'accumulation des protéines de réserve, ainsi qu'un rôle dans le caractère poids de la graine mature
The nutritional quality of legume seeds is an important economic issue in the light of the growing demand for vegetable protein for livestock consumption and humans. Certain transcription factors (TFs) play an important role in the transcriptional regulation of different seed storage proteins. The goal of this study has been (i) to define a framework of seed development, (ii) to identify TFs potentially involved in the filling phase, (iii) and to validate their role with the model legume Medicago truncatula and evaluate their influence on the pea seed quality (Pisum sativum). Firstly, an overview of the expression of 51k genes during seed development allowed us to identify seven key stages of seed development and corresponding molecular processes. These stages have been chosen for the profiling of 712 TFs using qRT-PCR. Out of these, 170 TFs showed differential expression during seed development. These have been divided into functional groups associated with late embryogenesis, the transition between embryogenesis and seed filling, the synthesis of vicilin, legumin A, legumin K and finally the desiccation processes. Secondly, we focused on the role of the transcription factor, LEAFY COTYLEDON1-LIKE (L1L) in legumes. Our results showed that in M. Truncatula and P. Sativum, L1L genes were expressed preferentially at the transition between embryogenesis and seed filling. Mutant analyses in both species indicated a negative role of this gene in seed storage protein accumulation, with a possible antagonistic role to that of LEC1. A sequence polymorphism of PsL1L correlated with grain weight, suggesting the fundamental role of the gene L1L in determining legume seed quality

L'insertion des légumineuses à graines dans les systèmes agricoles est un enjeu majeur de la transition alimentaire et écologique actuelle. En effet, ces cultures constituent une source durable de protéines et leur symbiose avec des bactéries du sol capables de fixer l'azote atmosphérique permet de réduire l’utilisation d’engrais azotés. Cependant, elles sont affectées par de nombreux stress biotiques et abiotiques impactant directement leur production, en particulier dans les systèmes agroécologiques. De nombreuses données sur la tolérance aux stress ont d'abord été acquises sur les espèces légumineuses modèles. La démocratisation des technologies de séquençage ont permis le développement de ressources en génétique, génomique et autres -omiques chez les légumineuses cultivées, dont le pois, la féverole et la lentille. Il est aujourd'hui indispensable de créer des outils visant à faciliter la comparaison et l'intégration des données hétérogènes acquises et le transfert de connaissances entre espèces, modèles ou cultivées. L'objectif de ma thèse a été de créer une base de données de type graphe, permettant (i) de croiser et d'interroger les données génétiques et -omiques disponibles, de manière intelligente et efficiente, au sein et entre des espèces d'intérêt et (ii) d'explorer sur des cas concrets le potentiel de la recherche translationnelle et ses limites pour le transfert de connaissances entre espèces. Dans un premier temps, un pipeline nommé Ortho_KB a été conçu pour intégrer les données hétérogènes disponibles chez différentes espèces (données génomiques, génétiques, transcriptomiques, annotation fonctionnelle des gènes, homologie et synténie). La base de données graphe OrthoLegKB, issue d'Ortho_KB et dédiée aux légumineuses, a été ensuite créée. Des données de génomique comparative entre les espèces considérées ont été générées par la détection des gènes orthologues et des régions synténiques entre leurs chromosomes. Un corpus de données a été constitué à partir de la littérature et des données disponibles dans l'équipe. L'ensemble de ces données a été annoté avec des ontologies, permettant l'utilisation d'un vocabulaire contrôlé et commun pour les différentes espèces. OrthoLegKB a été testée par l'étude de la conservation d'un gène régulateur de la floraison. Dans un second temps, OrthoLegKB a été exploitée pour étudier la tolérance au gel chez les légumineuses des régions tempérées. Des requêtes sur les données disponibles pour ce trait, issues à la fois de la littérature et d'une GWAS réalisée dans l'équipe pour la féverole, ont montré une forte synténie des régions contrôlant ce trait au sein du sous-groupe des Fabeae. Ces régions incluent des gènes candidats appuyés par des données d'expression différentielle en conditions de basses températures. De plus, OrthoLegKB a permis de révéler des régions génomiques associées simultanément à la tolérance au gel et à différents traits morphologiques. Pour conclure, ma thèse a (i) produit un outil pour la recherche translationnelle sur les légumineuses, OrthoLegKB, et (ii) fourni des preuves que cet outil est applicable pour identifier des gènes candidats multi-espèces de traits d'intérêt pour l'amélioration variétale. Ortho(Leg)KB a été utilisé pour d'autres caractères, au travers de collaborations initiées dans des projets de recherche ; il a été présenté à différents publics lors de conférences, réunions de travail ou formations. Les perspectives de ce travail sont (i) d'élargir le champ de ses applications pour couvrir de nouveaux traits et (ii) de continuer à développer Ortho_KB pour améliorer son utilisation et sa diffusion
Promoting the integration of grain legumes into the agricultural and food systems is a major goal in the current agroecological transition. Indeed, nitrogen fixed by soil bacteria in symbiosis with legumes is an alternative to synthetic fertilizers, and grain legumes are a sustainable source of proteins. However, they are affected by many biotic and abiotic stresses that directly impact their production, particularly in agroecological systems. Numerous data on stress tolerance were first acquired on model legume species. The democratization of sequencing technologies has enabled the development of genetic, genomic and other -omic resources directly for cultivated legumes, including pea, faba bean and lentil. It is now essential to create tools that facilitate the transfer of knowledge between model and/or cultivated species. The objective of my thesis was to create a graph database, allowing to (i) cross-reference and query available genetic and -omic data, in an intelligent and efficient manner, within and between target species and (ii) explore through use cases the possibilities offered by translational approaches and their limits for the transfer of knowledge between species. First, a pipeline named Ortho_KB was developed to integrate the heterogeneous data available in different species; genomic, genetic and transcriptomic data, as well as functional annotation of genes and homology and synteny. The OrthoLegKB graph database, derived from Ortho_KB and dedicated to legumes, was created. Comparative genomic data between the species considered were generated by the detection of orthologous genes and syntenic regions between their chromosomes. A collection of heterogeneous data was constituted from the literature and the data available from the host research team. All these data were annotated using ontologies, which provided a controlled and common vocabulary for the different species. And, OrthoLegKB was tested by studying the conservation of a gene controlling flowering time. In a second step, OrthoLegKB was exploited to study the genetic and molecular determinism of frost tolerance in legumes from temperate regions. Queries on the data available for this trait, from both the literature and a GWAS carried out in the team for faba bean, showed a strong synteny of the regions controlling this trait within the Fabeae subgroup. These regions included candidate genes supported by differential expression data under low temperature conditions. In addition, OrthoLegKB revealed genomic regions controlling simultaneously frost tolerance and key morphological traits. To conclude, my thesis has (i) produced a tool for translational research in legumes, OrthoLegKB, and (ii) provided evidence that this tool is applicable for comparative and translational approaches that can benefit for varietal improvement. Ortho(Leg)KB has been used for other traits, through collaborations initiated in research projects; it has been presented to different audiences during conferences, working meetings or trainings. The perspectives of this work are to expand its applications to new traits and to continue to develop Ortho_KB to improve its use and dissemination

De la reconnaissance protéine-glucides. Une activité lectine avec une spécificité mannose/glucose a été détectée dans les graines de Platypodium elegans, une légumineuse de la sous-tribu Dalbergiae. Le gène de la lectine PELa a été cloné. Son produit est une protéine de 261 acides aminés appartenant à la famille des lectines de légumineuses et présentant des similarités avec l'agglutinine de Pterocarpus angolensis (PAL). La lectine recombinante a été exprimée dans E. coli et renaturée à partir des corps d'inclusion. L'analyse de la spécificité par Glycan Array montre une préférence très rare pour des N-glycanes de type complexe avec des branches disymmétriques. Une branche courte composée d'un résidu de mannose est préférée sur le bras 1-6 des N-glycanes, tandis que l'extension par les résidus GlcNAc et Gal et favorable sur le bras 1-3. Les affinités ont été mesurées par microcalorimétrie de titration en utilisant des heptasaccharides liés à une asparagine et obtenus par une méthode semi-enzymatique. Une très forte affinité de 5 uM a été obtenue pour deux ligands symétriques et disymmétriques. Les structures cristallographiques de PELa complexé avec le trimannose branché et l'heptasaccharide-Asn symétrique de type complexe ont été résolues respectivement à 2,1 et 1,65 Å de résolution. La lectine adopte l'organisation dimérique canonique des lectines de légumineuses. Le trimannose ponte les sites de liaison de deux dimères voisins, résultant en la formation de chaînes infinies dans le cristal. L'heptasaccharide-Asn se lie par le mannose du bras 1-6 dans le site principal de liaison et de nombreux contacts supplémentaires sont établis avec les autres résidus glucidiques. Le GlcNAc du bras 1-3 interagit avec la surface de la protéine dans une conformation contrainte qui peut expliquer la plus grande affinité que l'on observe sur les puces pour les oligosaccharides avec des bras 1-3 courts qui ne contiennent pas ce monosaccharide.

La qualité des produits végétaux constitue une attente majeure de la société. Dans le cas des légumineuses étudiées, soja et haricot, les producteurs et l'ensemble de la filière jusqu'à la commercialisation portent un intérêt marqué à l'amélioration de la composition des graines pour leur utilisation dans l'industrie alimentaire ou non alimentaire. Notre démarche s'inscrit dans ce contexte et vise à caractériser les moyens d'élaboration de la qualité recherchée et de production satisfaisante par le choix du génotype et de l'adaptation des conduites de culture. La première partie de ce travail met en évidence les variations de composition de la graine sous l'effet des conditions agro-climatiques (date de semis, irrigation, choix génotypique et année culturale). Pour les deux légumineuses, la disponibilité hydrique pendant les phases de formation et de grossissement des graines joue un rôle déterminant sur la concentration en protéines et en Oligosaccharide de la famille du Raffinose (RFO). L'effet de décalage de semis et l'effet de l'année culturale sont significativement plus marqués pour le soja que pour le haricot. La seconde partie décrit l'évolution des équilibres entre les constituants de la graine dans les différentes conditions. Elle met en évidence la compétition entre les accumulations de protéines et d'huile (soja) entre protéines et RFO (soja, haricot), entre les différents acides gras (soja). La troisième partie souligne les relations entre la composition et les indicateurs de la production (rendement / Poids Moyen d'une Graine ou PMG). Pour les génotypes améliorés étudiés, les relations rendement / teneur en protéines et rendement / teneur en RFO sont généralement peu significatives; ceci suggère une relative indépendance entre les processus de formation des organes fructifères et ceux des synthèses des composés. En conclusion, ce travail dégage des éléments de connaissance sur l'élaboration de la composition des graines de soja et de haricot récoltées dans des conditions de culture diversifiées. Il propose quelques voies pour maîtriser l'orientation des synthèses des constituants recherchés par les utilisateurs et les consommateurs sans préjudice appréciable pour la production.

Les légumineuses sont souvent considérées comme des cultures clés pour une agriculture durable. Dans ce cadre, elles sont souvent cultivées en association avec les céréales et présentent de nombreux avantages d'ordres agronomique, environnemental et socio-économique. Cependant, malgré ces nombreux avantages, leur part dans l'agriculture européenne est encore très limitée. Dans la région Midi-Pyrénées (sud-ouest de la France), la superficie occupée par les légumineuses ne représente que 1 à 3% de la superficie totale cultivée, traduisant la réticence des agriculteurs à cultiver ce type de culture. Dans ce contexte, l'objectif de la thèse étaient de: i) identifier les principales contraintes pour la production de légumineuses dans la région Midi-Pyrénées, ii) identifier les principaux leviers techniques et socio-économiques (exprimés sous forme de scénarios) afin de promouvoir les légumineuses dans les systèmes de cultures actuels et iii) évaluer, en utilisant la chaîne de modélisation APES-FSSIM-indicateurs, les impacts de ces scénarios en calculant des indicateurs socio-économiques et environnementaux au niveau de trois exploitations représentatives (FT1, FT2 et FT3) de la diversité observée au niveau de la zone d'étude.L'identification des principales contraintes a été basée sur la bibliographie et les dires d'experts locaux. Ces contraintes traduisent la sensibilité des légumineuses aux types de sols et de climat, les compétences techniques demandées pour cultiver convenablement des légumineuses, la compétitivité économique des légumineuse par rapport aux autres cultures et à l'actuel prix et rendement des légumineuses et surtout leurs variabilité inter-annuelle. Pour promouvoir les légumineuses, des scénarios alternatifs ont été définis et comparés à la situation actuelle (scénario de référence). Les scénarios alternatifs, se différencie par rapport au scénario de référence par les paramètres suivantes: l'introduction de nouvelles rotations à base de légumineuses dans les systèmes de culture actuels (Stec.innov), l'octroie d'une prime spécifique aux légumineuses (Spremium), l'augmentation du prix de vente ( Sprice) et du rendement (Syield) des légumineuses, la réduction de la variabilité du prix (Sprice.var) et du rendement (Syield.var) des légumineuses et enfin, la combinaison de tous ces paramètres dans un seul scénario (Scomb). Tous les scénarios ont été simulés et comparés en utilisant la chaîne de modèles APES-FSSIM-indicateurs. Cette chaine de modèles a permis de calculer des indicateurs environnementaux et socio-économiques.Les résultats ont montré que, contrairement aux attentes, l'introduction de nouvelles rotations et la réduction de la variabilité des rendements ou des prix (Stec.innov, Sprice.var et Syield.var) n'entrainent pas l'augmentation de la superficie des légumineuses. Toutefois, une augmentation de la superficie des légumineuses a été observée pour les scénarios Spremium, Sprice, Syield et Scomb. Le scénario combiné (Scomb) a été jugé comme le plus efficace, montrant une augmentation importante de la superficie des légumineuses, soit 34 ha, 32 ha et 7 ha respectivement pour FT2, FT3 et FT1. Ce changement a entrainé également une modification significative au niveau des valeurs des indicateurs socio-économiques et environnementaux. L'augmentation de la superficie des légumineuses et la variation des indicateurs économiques et environnementaux dépendent des caractéristiques structurelles des exploitations, de la part de la surface irriguable, des systèmes de culture présents et des types de sol au niveau de chaque exploitation.Les résultats de cette étude montrent que l'application d'une nouvelle politique pour promouvoir les légumineuses, peut conduire, selon les stratégies de production adoptées par les agriculteurs afin de maximiser leurs revenus, à plusieurs changements économiques et environnementaux. Ces stratégies se traduisent principalement par la modification des superficies allouées
Grain legumes are generally considered as key crops for sustainable agriculture. They offer many agronomic, environmental and socio-economic benefits when grown in succession with cereals. Although grain legumes have many advantages, their share in European agriculture is still very limited. In the Midi-Pyrénées region (south-west of France), their area varies from 1 to 3% of the total cultivated area, moreover farmers show little interest in growing grain legumes on their farms. In this context, the objectives of the thesis were to; i) identify the main constraints for grain legume production in the Midi-Pyrénées region, ii) identify key technical and socio-economic levers (expressed as scenarios) to promote grain legumes in current cropping systems and iii) assess, by using the APES-FSSIM-Indicators modelling chain, the impacts of these scenarios on the socio-economic and environmental behaviours of three representative arable farm types (FT1, FT2 and FT3) of the Midi-Pyrénées region.The main constraints have been identified based on bibliography and in consultation with local experts. These constraints are derived from the grain legumes sensitivity to: soils and climatic conditions, farmer technical skill and expertise for sowing and harvesting the grain legumes, economic competitiveness in comparison with cereals and their yield and market prices amounts and fluctuations. From the above statement, the alternative scenarios, in comparison to the current situation (reference scenario) have been identified to promote grain legumes. They included, the introduction of new grain legumes rotations in current cropping systems of the region (Stec.innov), provision of more premiums to grain legumes (Spremium), increase in sale price (Sprice) and yield (Syield) of grain legumes, reduction in price (Sprice.var) and yield (Syield.var) variability of grain legumes, and combination of all these components (Scomb). All scenarios have been assessed with quantitative environmental and socio-economic indicators and are calculated with the APES-FSSIM-Indicators modeling chain.Results show that, contrary to expectation, the introduction of new legumes rotations or the reduction of yield or price variability (Stec.innov, Sprice.var and Syield.var) did not increase the grain legumes area. However, an increase in grain legumes area was observed for Spremium, Sprice, Syield and Scomb. The combined scenario (Scomb) was found to be most efficient, showing an important increase in grain legumes area by 34 ha, 32 ha and 7 ha respectively for FT2, FT3 and FT1 with a significant change in socio-economic and environmental indicators for all three farm types. The increase in grain legumes area and modification in economic and environmental indicators depend on the farm characteristics and can be explained by the differences in irrigable area between irrigated crops (i.e. maize, peas and soybean), cropping pattern, soil types and climatic conditions (rainfed and irrigation) on the three farms types.The results obtained from this study show that the modification of policies or the inclusion of new technologies, may lead to several economic and environmental changes, which reveal the adaptation strategies adopted by farmers in order to optimize their farm income. These strategies are mainly implemented by modifying the areas allocated to different crops on different soil types and by changes of management practices. The grain legumes area can be increased on Midi-Pyrénées farming system by the combination of slightly increase in premium, sale price and crop yield of the grain legumes. This methodology can easily be adapted to other regions of France and also EU for identifying the main developmental conditions for grain legumes production provided the skilled experts are properly selected and sufficient data are available for parameterization of the modeling chain

Contribution à la valorisation des protéines de féveroles pour l'alimentation humaine et animale. Dans l'approche méthodologique, on détermine quelques caractéristiques physico-chimiques, et la valeur nutritionnelle des graines de féveroles par une étude de croissance et de bilan azote chez les rats. Les résultats montrent que la germination des graines de féveroles présente plus d'avantages que d'inconvénients : la germination élimine partiellement ou en totalité certains facteurs antinutritionnels, les facteurs antitrypsiques sont très peu modifiés pendant la germination des graines de féveroles