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This work aimed at characterizing xylem hydraulic architecture and at describing its relationships with whole plant water and carbon relations among Populus deltoides × P. nigra hybrids under contrasting water regimes. Eight genotypes differing in carbon isotope discrimination were grown in the field in a common garden test. Significant variations were observed between genotypes for all xylem anatomical characteristics, stem or whole-plant hydraulic efficiency and xylem resistance to cavitation. Drought-induced acclimation was observed for xylem structural features and xylem resistance to cavitation, but in a genotype-dependant manner. Under optimal irrigation, a trade-off was observed between hydraulic efficiency and xylem resistance to cavitation or growth performance. These two trade-offs translated into an uncommon positive relationship between xylem resistance to cavitation and growth performance. Under water deficit,this relationship broke down. No relationship could be detected between xylem hydraulics and water-use efficiency estimates. Our results suggest in part that several common relationships that are observed at the between-species level may not necessarily hold true at narrower scales. Further, this work opens up prospects both for identifying the molecular basis of xylem structural acclimation and for breeding strategies.; Cette thèse visait à caractériser l’architecture hydraulique du xylème chez les hybrides de peuplier Populus deltoides × P. nigra et à juger de ses relations avec le fonctionnement hydrique et carboné de l’arbre en conditions d’irrigation contrastées. A cette fin, huit génotypes se distinguant par leur discrimination isotopique vis-à-vis du carbone 13 ont été cultivés en pépinière. Nos travaux ont permis de mettre en évidence d’importantes variations entre génotypes pour les caractéristiques anatomiques du xylème, l’efficience hydraulique de la tige et de la plante entière ainsi que la résistance à la cavitation. Nos travaux démontrent également que l’anatomie et la résistance à la cavitation du xylème s’ajustent aux conditions hydriques du milieu de façon génotype-dépendante. En condition hydrique non limitante, nous avons mis en évidence un compromis entre l’efficience hydraulique et la résistance à la cavitation ou le potentiel de croissance. Ces deux compromis expliquent la relation positive observée entre la résistance à la cavitationet le potentiel de croissance. En condition hydrique limitante, cette relation n’était toutefois plus observable. Aucune relation n’a pu être identifiée entre les propriétés hydrauliques et l’efficience d’utilisation de l’eau. Ces travaux suggèrent que certaines relations couramment observées à l’échelle inter-spécifique ne sont pas nécessairement applicables à des échelles d’étude plus réduites. Ce travail ouvre des perspectives sur le plan fondamental pour l’identification du déterminisme moléculaire à l’origine de la plasticité structurale observée et sur le plan appliqué, pour la création variétale.

Cette thèse visait à caractériser l’architecture hydraulique du xylème chez les hybrides de peuplier Populus deltoides × P. nigra et à juger de ses relations avec le fonctionnement hydrique et carboné de l’arbre en conditions d’irrigation contrastées. A cette fin, huit génotypes se distinguant par leur discrimination isotopique vis-à-vis du carbone 13 ont été cultivés en pépinière. Nos travaux ont permis de mettre en évidence d’importantes variations entre génotypes pour les caractéristiques anatomiques du xylème, l’efficience hydraulique de la tige et de la plante entière ainsi que la résistance à la cavitation. Nos travaux démontrent également que l’anatomie et la résistance à la cavitation du xylème s’ajustent aux conditions hydriques du milieu de façon génotype-dépendante. En condition hydrique non limitante, nous avons mis en évidence un compromis entre l’efficience hydraulique et la résistance à la cavitation ou le potentiel de croissance. Ces deux compromis expliquent la relation positive observée entre la résistance à la cavitationet le potentiel de croissance. En condition hydrique limitante, cette relation n’était toutefois plus observable. Aucune relation n’a pu être identifiée entre les propriétés hydrauliques et l’efficience d’utilisation de l’eau. Ces travaux suggèrent que certaines relations couramment observées à l’échelle inter-spécifique ne sont pas nécessairement applicables à des échelles d’étude plus réduites. Ce travail ouvre des perspectives sur le plan fondamental pour l’identification du déterminisme moléculaire à l’origine de la plasticité structurale observée et sur le plan appliqué, pour la création variétale., This work aimed at characterizing xylem hydraulic architecture and at describing its relationships with whole plant water and carbon relations among Populus deltoides × P. nigra hybrids under contrasting water regimes. Eight genotypes differing in carbon isotope discrimination were grown in the field in a common garden test. Significant variations were observed between genotypes for all xylem anatomical characteristics, stem or whole-plant hydraulic efficiency and xylem resistance to cavitation. Drought-induced acclimation was observed for xylem structural features and xylem resistance to cavitation, but in a genotype-dependant manner. Under optimal irrigation, a trade-off was observed between hydraulic efficiency and xylem resistance to cavitation or growth performance. These two trade-offs translated into an uncommon positive relationship between xylem resistance to cavitation and growth performance. Under water deficit,this relationship broke down. No relationship could be detected between xylem hydraulics and water-use efficiency estimates. Our results suggest in part that several common relationships that are observed at the between-species level may not necessarily hold true at narrower scales. Further, this work opens up prospects both for identifying the molecular basis of xylem structural acclimation and for breeding strategies.

Aims: Genetic variability in grapevine cultivars may influence their strategy to cope with drought through stomatal regulation of transpiration rate. The aim of the present study was to evaluate the stomatal sensitivity of five cultivars (EkigaIna, Grenache. Marselan, Mourvedre. and Syrah) to soil water status and air water vapor pressure deficit (VPD). Methods and results: Leaf gas exchange and canopy light interception efficiency (epsilon(1)) were evaluated through a wide range of predawn leaf water potential (psi(PD)) measurements in a field experiment in Southern France. Additionally. greenhouse experiments were carried out to monitor stomatal response to increasing VPD levels. Ekigaina showed a strong isohydric behavior with the highest decrease in leaf gas exchange in response to soil water stress and VPD. Mourvedre and Grenache showed a similar but relatively less extreme behavior. These three cultivars showed a constant leaf water status during the day through stomatal regulation and a strong decrease in epsilon(1). In contrast, Syrah and Marselan displayed anisohydric behavior as they presented a less sensitive stomatal control. Both cultivars showed fluctuating midday leaf water potential and Marselan was the least affected in tem of c. Conclusion: This study demonstrated that grape cultivars differed in their stomatal response to soil water deficit and VPD. For a given cultivar, a similar stomatal behavior was found in response to both tyro and VPD. Significance and impact of the results: Adaptation to drought and viticulture viability in hot and dry environments could be achieved by identifying and breeding cultivars with drought tolerance traits, Objectifs : La variabilité génétique existante chez les cépages de vigne peut affecter leur stratégie d’adaptation à la sécheresse en régulant la transpiration au travers de la fermeture des stomates. L’objectif du travail a été d’évaluer la sensibilité des stomates de cinq cultivars (Ekigaïna, Grenache, Marselan, Mourvèdre et Syrah) à la disponibilité en eau du sol et au déficit de pression de vapeur (VPD). Méthodes et résultats : Les échanges gazeux des feuilles et l’efficience d’interception du rayonnement (ei) ont été évalués dans une large gamme des valeurs de potentiel hydrique de base (yPD) en conditions de terrain dans le Sud de la France. En outre, une expérimentation complémentaire en serre a été réalisée pour analyser la réponse des stomates face à une augmentation du VPD. L’Ekigaïna a présenté un caractère ioshydrique très marqué avec la plus grande diminution des échanges gazeux en réponse au déficit hydrique du sol et au VPD. Le Mourvèdre et le Grenache ont présenté un comportement similaire bien que moins extrême que l’Ekigaïna. Ces trois cultivars ont montré un potentiel hydrique foliaire constant pendant la journée à cause d’une forte régulation stomatique et une diminution de ei. Par contre, le Syrah et le Marselan, ont montré un comportement anisohydrique avec un control stomatique moins sensible. Les deux cultivars ont présenté une diminution du potentiel hydrique foliaire à midi tandis que le Marselan a été le moins affecté en termes de ei. Conclusions : La présente étude montre que les cultivars présentent des différences dans leur réponse au déficit hydrique du sol et au VPD. Pour un cultivar donné, un comportement stomatique similaire a été observé en réponse au yPD et au VPD. Impacts et signification des résultats : L’adaptation à la sécheresse et la viabilité de la viticulture sur de climats chauds et secs pourrait être atteint par la sélection de cultivars avec de caractères de tolérance.

International audience; The effects of drought, enhanced UV-B radiation and their combination on plant growth and physiological traits were investigated in a greenhouse experiment in two populations of Populus cathayana Rehder originating from high and low altitude in south-west China.* In both populations, drought significantly decreased biomass accumulation and gas exchange parameters, including net CO2 assimilation rate (A), stomatal conductance (gs), transpiration rate (E) and photosynthetic nitrogen use efficiency (PNUE). However, instantaneous water use efficiency (WUEi), transpiration efficiency (WUET), carbon isotope composition (δ13C) and nitrogen (N) content, as well as the accumulation of soluble protein, UV-absorbing compounds and abscisic acid (ABA) significantly increased in response to drought. On the other hand, cuttings from both populations, when kept under enhanced UV-B radiation, showed very similar changes, as under drought, in all above-mentioned parameters.* Compared with the low altitude population, the high altitude population was more tolerant to drought and enhanced UV-B, as indicated by the higher level of biomass accumulation, gas exchange, water-use efficiency, ABA concentration and UV-absorbing compounds.* After one growing season of exposure to different UV-B levels and watering regimes, the decrease in biomass accumulation and gas exchange, induced by drought, was more pronounced under the combination of UV-B and drought. Significant interactions between drought and UV-B were observed in WUEi, WUET, δ13C, soluble protein, UV-absorbing compounds, ABA and in the leaf and stem N, as well as in the leaf and stem C:N ratio.* Our results showed that UV-B acts as an important signal allowing P. cathayana seedlings to respond to drought and that the combination of drought and UV-B may cause synergistically detrimental effects on plant growth.; Les effets d'une sécheresse, d'une augmentation du rayonnement UV-B et de leur combinaison ont été étudiés sur la croissance et les caractéristiques physiologiques de plants de deux populations de Populus cathayana Rehder originaires de haute et basse altitude dans le sud-ouest de la Chine.* Dans les deux populations, la sécheresse a réduit de manière significative l'accumulation de biomasse et les échanges gazeux foliaires, y compris l'assimilation nette (A) de CO2, la conductance stomatique (gs), la transpiration (E) et l'efficience photosynthétique d'utilisation de l'azote (PNUE). Toutefois, l'efficience instantanée d'utilisation de l'eau (WUEi), l'efficience de transpiration (WUET), la composition isotopique du carbone (δ13C) et le contenu en azote (N), ainsi que l'accumulation de protéines solubles, des composés absorbant les UV et de l'acide abscissique (ABA) ont présenté une augmentation significative en réponse à la sécheresse. D'autre part, des boutures des deux populations, quand elles ont été conservées sous un rayonnement UV-B renforcé, ont montré des changements de tous les paramètres mentionnés ci-dessus, similaires à ceux induits par la sécheresse.* Par rapport à la population de faible altitude, la population de haute altitude, était plus tolérante à la sécheresse et au renforcement du rayonnement UV-B; cela s'est traduit par le niveau plus élevé d'accumulation de biomasse, d'échanges gazeux, de l'efficience d'utilisation de l'eau, de la concentration d'ABA et des composés absorbant les UV.* Après une saison de croissance, la diminution de l'accumulation de biomasse et des échanges gazeux induite par la sécheresse, était plus prononcée dans le cadre de la combinaison du rayonnement UV-B et de la sécheresse. Des interactions significatives entre sécheresse et UV-B ont été observées pour WUEi, WUET, δ13C, les protéines solubles, les composés absorbant les UV, l'ABA et l'azote des feuilles et des tiges, ainsi que pour le rapport C/N des feuilles et des tiges.* Nos résultats ont montré que les UV-B agissent comme un signal important en permettant aux jeunes plants de P. cathayana de faire face à la sécheresse et que la combinaison de la sécheresse et des UV-B peut causer par synergie des effets néfastes pour la croissance des plants.

International audience; Whereas the effects of water and nitrogen (N) on plant Delta C-13 have been reported previously, these factors have scarcely been studied for Delta O-18. Here the combined effect of different water and N regimes on Delta C-13, Delta O-18, gas exchange, water-use efficiency (WUE), and growth of four genotypes of durum wheat [Triticum turgidum L. ssp. durum (Desf.) Husn.] cultured in pots was studied. Water and N supply significantly increased plant growth. However, a reduction in water supply did not lead to a significant decrease in gas exchange parameters, and consequently Delta C-13 was only slightly modified by water input. Conversely, N fertilizer significantly decreased Delta C-13. On the other hand, water supply decreased Delta O-18 values, whereas N did not affect this parameter. Delta O-18 variation was mainly determined by the amount of transpired water throughout plant growth (T-cum), whereas Delta C-13 variation was explained in part by a combination of leaf N and stomatal conductance (g(s)). Even though the four genotypes showed significant differences in cumulative transpiration rates and biomass, this was not translated into significant differences in Delta O-18(s). However, genotypic differences in Delta C-13 were observed. Moreover, similar to 80% of the variation in biomass across growing conditions and genotypes was explained by a combination of both isotopes, with Delta O-18 alone accounting for similar to 50%. This illustrates the usefulness of combining Delta O-18 and Delta C-13 in order to assess differences in plant growth and total transpiration, and also to provide a time-integrated record of the photosynthetic and evaporative performance of the plant during the course of crop growth.

International audience; Genotypic variability for productivity, wateruse efficiency and leaf traits in 33 genotypes selected from an F1 progeny of Populus deltoides Bartr. ex Marsh • Populus trichocarpa L. was explored under optimal and moderate water-deficit conditions. Saplings of the 33 genotypes were grown in a two-plot open field at INRA Orle´ ans (France) and coppiced every year. A moderate water deficit was induced during two successive years on one plot by withholding irrigation, while the second one remained irrigated (control). Stem biomass and leaf structure (e.g., specific leaf area and leaf area) were measured in 2004 and 2005 and functional leaf traits (e.g., carbon isotope discrimination, D) were measured only in 2004. Tolerance to water deficit was estimated at genotype level as the ability to limit losses in biomass production in water deficit versus control trees. Stem biomass, leaf structure and D displayed a significant genotypic variability whatever the irrigation regime. For all traits, genotype ranks remained stable across years for similar irrigation conditions. Carbon isotope discrimination scaled negatively with productivity and leaf nitrogen content in controls. The most productive genotypes were the least tolerant to moderate water deficit. No relationship was evidenced between D and the level of tolerance to water deficit. The relationships between traits evidenced in this collection of P. deltoides • P. trichocarpa F1 genotypes contrast with the ones that were previously detected in a collection of P. deltoides • Populus nigra L. cultivars tested in the same field trial.

En zone soudano-sahélienne, la productivité des cultures est limitée par la disponibilité de l'eau. Le coton en est particulièrement affecté au moment de son établissement. L'utilisation des résidus de la culture précédente comme couverture du sol est une voie d'amélioration de I'alimentation en eau en début et/ou en fin de saison des pluies. Pour tester cette hypothèse, nous avons comparé le système de culture conventionnel avec deux semis directs sur couverture végétale dans lesquels le coton est cultivé sur résidus de sorgho (sorghum bicolor) et sur résidus de sorgho/Brachiaria ruziziensis sp. Les résultats obtenus montrent que le sol était suffisamment couvert avant la culture du coton (4,4t/ha à 9,2t/ha). Les états de surface produits par ces résidus étaient ditrérents de ceux qui ont été produits en système conventionnel. En revanche, les enherbements en semis direct ont été mal maitrisés. La présence de résidus a permis une levée du coton Iégèrement plus rapide mais, elle n'a pas assuré de meilleures densités de peuplement qu'en système conventionnel. Le rendement du cotonnier n'a pas été amélioré (1,6 t/ha) de manière significative par rapport au système conventionnel (1,7 t/ha). Les deux années (zoo6 et 2oo7) ont été exceptionnellement pluvieuses, ce qui n'a pas permis de valoriser le gain d'infiltration lié aux résidus.

International audience; The effects of drought, enhanced UV-B radiation and their combination on plant growth and physiological traits were investigated in a greenhouse experiment in two populations of Populus cathayana Rehder originating from high and low altitude in south-west China.* In both populations, drought significantly decreased biomass accumulation and gas exchange parameters, including net CO2 assimilation rate (A), stomatal conductance (gs), transpiration rate (E) and photosynthetic nitrogen use efficiency (PNUE). However, instantaneous water use efficiency (WUEi), transpiration efficiency (WUET), carbon isotope composition (δ13C) and nitrogen (N) content, as well as the accumulation of soluble protein, UV-absorbing compounds and abscisic acid (ABA) significantly increased in response to drought. On the other hand, cuttings from both populations, when kept under enhanced UV-B radiation, showed very similar changes, as under drought, in all above-mentioned parameters.* Compared with the low altitude population, the high altitude population was more tolerant to drought and enhanced UV-B, as indicated by the higher level of biomass accumulation, gas exchange, water-use efficiency, ABA concentration and UV-absorbing compounds.* After one growing season of exposure to different UV-B levels and watering regimes, the decrease in biomass accumulation and gas exchange, induced by drought, was more pronounced under the combination of UV-B and drought. Significant interactions between drought and UV-B were observed in WUEi, WUET, δ13C, soluble protein, UV-absorbing compounds, ABA and in the leaf and stem N, as well as in the leaf and stem C:N ratio.* Our results showed that UV-B acts as an important signal allowing P. cathayana seedlings to respond to drought and that the combination of drought and UV-B may cause synergistically detrimental effects on plant growth.; Les effets d'une sécheresse, d'une augmentation du rayonnement UV-B et de leur combinaison ont été étudiés sur la croissance et les caractéristiques physiologiques de plants de deux populations de Populus cathayana Rehder originaires de haute et basse altitude dans le sud-ouest de la Chine.* Dans les deux populations, la sécheresse a réduit de manière significative l'accumulation de biomasse et les échanges gazeux foliaires, y compris l'assimilation nette (A) de CO2, la conductance stomatique (gs), la transpiration (E) et l'efficience photosynthétique d'utilisation de l'azote (PNUE). Toutefois, l'efficience instantanée d'utilisation de l'eau (WUEi), l'efficience de transpiration (WUET), la composition isotopique du carbone (δ13C) et le contenu en azote (N), ainsi que l'accumulation de protéines solubles, des composés absorbant les UV et de l'acide abscissique (ABA) ont présenté une augmentation significative en réponse à la sécheresse. D'autre part, des boutures des deux populations, quand elles ont été conservées sous un rayonnement UV-B renforcé, ont montré des changements de tous les paramètres mentionnés ci-dessus, similaires à ceux induits par la sécheresse.* Par rapport à la population de faible altitude, la population de haute altitude, était plus tolérante à la sécheresse et au renforcement du rayonnement UV-B; cela s'est traduit par le niveau plus élevé d'accumulation de biomasse, d'échanges gazeux, de l'efficience d'utilisation de l'eau, de la concentration d'ABA et des composés absorbant les UV.* Après une saison de croissance, la diminution de l'accumulation de biomasse et des échanges gazeux induite par la sécheresse, était plus prononcée dans le cadre de la combinaison du rayonnement UV-B et de la sécheresse. Des interactions significatives entre sécheresse et UV-B ont été observées pour WUEi, WUET, δ13C, les protéines solubles, les composés absorbant les UV, l'ABA et l'azote des feuilles et des tiges, ainsi que pour le rapport C/N des feuilles et des tiges.* Nos résultats ont montré que les UV-B agissent comme un signal important en permettant aux jeunes plants de P. cathayana de faire face à la sécheresse et que la combinaison de la sécheresse et des UV-B peut causer par synergie des effets néfastes pour la croissance des plants.

International audience; Water-use efficiency is an important functional trait that can be defined at very different temporal and spatial scales in trees as well as in crops. Transpiration efficiency (TE) is usually defined at tree or even stand level as the ratio between transpired water and accumulated biomass. Intrinsic water-use efficiency (Wi) is defined at instant leaf scale as the ratio net CO2 assimilation rate vs. stomatal conductance (A/gs). Wi is usually estimated by isotopic discrimination against 13CO2 during photosynthesis (Delta). Delta can be measured at the instantaneous time-scale on-line with new spectroscopic techniques, but is usually recorded from the isotopic composition of different metabolic pools (bulk leaf matter, soluble sugars, cellulose in leaves and wood). Delta is a plastic trait and is therefore largely used as an index for short term (interannual) changes in water availability and for climate constraints. Delta is also under tight genetic control in trees like in many other species and shows a large diversity. This was shown for populations from different origins, within populations on ecological clines, and among clones. Furthermore, quantitative genetics approaches identified a few highly significant QTLs for Delta in full-sib offsprings of oaks, maritime pine, chestnut and poplars, and thus identified a small number of genomic regions that are active in the control of Delta. The range of genotypic values identified in these approaches encompasses up to 3-4 ‰, which would translate into 30-50% difference in intrinsic water-use efficiency. Due to technical difficulties, much less evidence is available about the genetic control of Wi and of TE. Moreover, the parameters of the model relating Delta to Wi may also display some degree of genotypic variability, and the suitability of Delta as an index for Wi has been questioned. In this presentation, some evidence will be produced in support for the tight correlation between Delta and Wi in support of the use of Delta as a screening tool for Wi and even TE. Based on the accumulated data demonstrating the large diversity of Wi as well as the tight genetic control over this trait, a few research perspectives will be identified and discussed

• We examined the relationships between productivity, leaf traits and carbon isotope discrimination in bulk leaf matter (Δl) and in phloem sap (Δs) from more than 5-year-old trees belonging to Populus deltoides × P. nigra and Populus trichocarpa × P. deltoides; trees were grown in alluvial and non alluvial sites in a commercial poplar plantation. • On both sites, a large genetic variability was evidenced for all variables. The genotypic ranking remained stable between years for all variables, while it differed between sites. Δl scaled positively with Δs and neither Δl nor Δs were correlated with productivity. A significant genotype by site interaction was evident for all variables. The non alluvial site resulted in lower productivity, and in thicker/denser leaves with lower nitrogen and carbon contents. Noteworthy, the genotypic ranking for Δl measured at the alluvial site was similar to that previously established in a glasshouse. • As observed in previous studies from younger trees, there is a potential to select genotypes, combining high productivity and high water-use efficiency, for growth in moderately drought-prone areas., • La productivité, des caractères foliaires et la discrimination isotopique vis-à-vis du carbone de la matière organique des feuilles (Δl) et de la sève élaborée (Δs) ont été étudiés chez Populus deltoides × P. nigra et Populus trichocarpa × P. deltoides à partir d’arbres âgés de plus de cinq ans, cultivés en peupleraie sur des sites alluviaux et non alluviaux. • Des différences génotypiques ont été observées pour toutes les variables. Le classement des génotypes était conservé entre deux années, alors qu’il variait entre sites une année donnée. Δl était corrélé positivement avec Δs et aucun lien n’a été détecté entre Δl ou Δs et productivité. Une interaction significative entre génotype et site a été observée pour toutes les variables. Les arbres du site non alluvial se caractérisaient par une plus faible productivité et des feuilles plus épaisses/denses avec des teneurs en azote et en carbone plus faibles. De façon intéressante, le classement des génotypes pour Δl était maintenu entre les expériences réalisées sur site alluvial et celles précédemment menées en serre. • Toutes expériences confondues, il semble possible de sélectionner des génotypes productifs et efficients afin d’étendre les plantations à des terrains enclins à des sécheresses modérées.

National audience; Des études récentes réalisées à partir de différents génotypes hybrides Populus x euramericana ont mis en évidence une forte diversité génotypique pour l'efficience d'utilisation de l'eau. La présente étude s'intéresse à la comparaison des profils protéiques foliaires de deux génotypes de peupliers euraméricains contrastés pour leur efficience d'utilisation de l'eau, ainsi qu'à la modulation de ces profils par une contrainte édaphique réalisée, en pépinière, de juin à septembre 2004. Les génotypes retenus pour cette étude correspondaient aux cultivars' Agathe_F' et 'Cima' qui présentent respectivement une forte et une faible efficience pour l'utilisation de l'eau. L'analyse des profils protéiques par électrophorèse bidimensionnelle a révélé plus de 800 polypeptides pour chaque génotype. En condition hydrique non limitante, 2 polypeptides étaient spécifiques au génotype' Agathe_F' et 45 distinguaient quantitativement les 2 génotypes. En réponse à la sécheresse, une baisse significative des teneurs globales en protéines totales a été observée pour les 2 génotypes. La comparaison des profils protéiques entre plants témoins et plants soumis à une sécheresse a montré des variations d'expression de 36 polypeptides chez' Agathe_F' et de 28 polypeptides chez 'Cima' parmi lesquels 6 polypeptides étaient communs aux 2 génotypes.

National audience; Cette étude entre dans le cadre général du programme national de conservation des ressources génétiques du peuplier noir, qui implique la constitution d’un réseau de sites de conservation dynamique in situ (CRGF, MAP, responsable M. Villar). Ces sites de conservation requièrent des processus efficaces de régénération de l’espèce Populus nigra. La recherche des déterminants d’une régénération efficace portera sur les facteurs écophysiologiques et génétiques, qui n’ont à ce jour jamais été étudiés conjointement chez P. nigra. D’un point de vue écophysiologique, l’efficience d’utilisation de l’eau (W) apparaît comme un paramètre clé puisqu’il est contrôlé par la disponibilité en eau mais aussi par la température qui agit directement sur l’ouverture des stomates. Concernant les jeunes semis de peuplier noir, leur potentialité de survie après la phase estivale passe par leur aptitude à réguler la température foliaire, en maintenant une forte transpiration, et par la thermotolérance de leur système photosynthétique. La survie des semis pourrait alors être directement reliée à une faible efficience d’utilisation de l’eau ; ce paramètre étant sous la dépendance de facteurs génétiques. L’objectif de ce projet vise à savoir (i) si les régénérations naturelles de peuplier noir de Loire sont affectées par une sélection naturelle vis-à-vis de l’efficience d’utilisation de l’eau, (ii) comment la diversité pour W évolue-t-elle au cours de l’âge des plants (de l’année du semis jusqu'à l’arbre mature) en fonction des contraintes estivales de la première année et des années suivantes ? (iii) La diversité des populations des bords de Loire est-elle représentative d’autres populations françaises aux conditions environnementales contrastées (Drôme / influence méditerranéenne, Pyrénées / influence montagnarde).

National audience

183 pedunculate oaks from a full-sib family were exposed for one year to 380 or 680 vpm [CO2] in glasshouses. Gas exchanges and growth were measured at several dates. Biochemical measurements on the photosynthetic apparatus and discrimination against 13C were also determined. The general stimulation of the trees growth under elevated [CO2] is associated with higher water use efficiency linked to a lowered stomatal conductance. Photosynthesis is stimulated for a moment although the nitrogen is clearly redirected to other physiological processes. Several genome regions are of special interest with a large number of detected QTLs (Quantitative Trait Loci) associated with different characters. Several QTLs showed a significant response to the [CO2] variation on atmosphere. This approach is new in integrative biology, and first results suggest great opportunities by continuing such experiments., 183 chênes pédonculés plein-frères ont été exposés durant un an à 380 ou 680 vpm de [CO2] en serre. Les échanges gazeux et la croissance ont été mesurés à différentes dates. Des dosages biochimiques sur l'appareil photosynthétique et des mesures de discrimination contre le 13C ont également été réalisées. La croissance plus élevée des individus sous fort [CO2] est liée à une meilleure efficience d'utilisation de l'eau grâce à une diminution de la conductance stomatique. La photosynthèse est stimulée transitoirement bien que l'azote soit redirigé vers d'autres processus physiologiques. Plusieurs zones du génome présentent un nombre important de QTLs (Quantitative Trait Loci) liés à des caractères différents. Plusieurs QTLs ont montré une réponse spécifique à la variation de [CO2] atmosphérique. Cette approche représente une nouveauté dans le domaine de la biologie intégrative et les premiers résultats obtenus présagent de grandes potentialités pour les prochaines expérimentations.

International audience; • Here we tested whether some leaf traits could be used as predictors for productivity in a range of Populus deltoides × P. nigra clones. These traits were assessed in 3-yr-old rooted cuttings from 29 clones growing in an open field trial, in a five randomized complete block design, under optimal irrigation. • Variables were assigned to four groups describing productivity (above-ground biomass, total leaf area), leaf growth (total number of leaves increment rate), leaf structure (area of the largest leaf, specific leaf area, carbon and nitrogen contents), and carbon isotope discrimination in the leaves (∆). • High-yielding clones displayed larger total leaf area and individual leaf area, while no correlation could be detected between productivity and either leaf structure or ∆. By contrast, ∆ was negatively correlated with number of leaves increment rate and leaf N content. • Our study shows that there is a potential to improve water-use efficiency in poplar without necessarily reducing the overall productivity.

International audience

National audience

Diffusion du document : INRA Antilles-Guyane, UMR ECOFOG, 97387 Kourou, Guyane (France) Diplôme : Dr. d'Universite; Ce travail avait pour objectif principal la caractérisation de la diversité fonctionnelle des espèces d'arbres de la forêt tropicale humide guyanaise à l'aide des méthodologies basées sur la composition isotopique du carbone (SDC) et sur des approches éco- physiologiques complémentaires. Une très forte variabilité interspécifique de "DC (amplitude de 6.0 %0) a été mise en évidence, traduisant des variations du simple au triple de l'efficience d'utilisation de l'eau intrinsèque (WUEint), définie comme le rapport vitesse d'assimilation de CO²/conductance stomatique pour H,O (Ngs). Cette amplitude de variations est nettement plus forte que celle observée dans d'autres écosystèmes terrestres. Un regroupement des espèces sur la base de critères éco-physio- logiques (δ13C) et écologiques (tolérance à l'ombre, type phénologique foliaire) a pu être effectué, constituant une étape préalable intéressante vis à vis de la modélisation du fonctionnement hydrique et carboné de l'écosystème forestier tropical et de l'étude du rôle de la diversité fonctionnelle dans ce fonctionnement. Les relations linéaires négatives observées entre δ13C et le potentiel hydrique foliaire minimum (Ψ'wm) suggèrent l'existence d'une relation négative entre δ13C et la conductance hydraulique spécifique foliaire (le rapport entre conductance hydraulique et surface foliaire). L'analyse éco-physiolo- gique comparée sur le terrain et en chambre phytotronique de quatre espèces différents par leurs valeurs de δ13C montre que les valeurs très négatives de δ13C (i.e. WUEint très faible) sont associées à des valeurs élevées de g, et de Ψwn ainsi qu'à une sensibilité stomatique très forte vis à vis du dessèchement du sol. Un modèle original de régulation homéostatique du potentiel hydrique foliaire est proposé pour interpréter le comportement atypique des deux espèces de Virola (Myristicaceae) (absence de réponse du potentiel hydrique foliaire à la sécheresse atmosphérique ou édaphique, La signification écologique des différents types de réponses stomatiques à la sécheresse est discutée. Un objectif additionnel de ce travail était de caractériser le fonctionnement intégré du couvert forestier en estimant la discrimination isotopique du carbone à l'échelle du couvert (ΔA). Un modèle de ΔA intégrant la diversité fonctionnelle des espèces de la canopée est proposé. Les valeurs de ΔA des trois peuplements étudiées ici sont nettement supérieures à celles précédemment obtenues à l'aide d'autres modèles. Ces résultats trouvent des applications majeures dans l'étude du rôle des différents écosystèmes terrestres dans les échanges de CO, avec l'atmosphère.

Non disponible / Not available, Les objectifs de ce travail de thèse ont été d'analyser les composantes de l'efficience d'utilisation de l'eau de trois espèces forestières (Q. petraea, Q. robur et P. pinaster) en réponse à un doublement de la concentration en C02 de l'air (350 et 700 µmol mol-1) et à des dessèchements du sol en période estivale. L'effet dépressif de la sécheresse sur la croissance n'a pas été contrebalancé par l'augmentation de la concentration en C02 de l'air. Cependant en conditions de sécheresse modérée, la tolérance à la sécheresse de Q. robur a été améliorée par le doublement de la concentration en C02 de l'air. L'efficience d'utilisation de l'eau instantanée a été doublée par le doublement de la concentration en C02 de l'air alors que dans le cas de la mesure intégrée de l'efficience d'utilisation de l'eau, la stimulation a été inférieure à 2. L'étude du marquage naturel en carbone 13 ([delta]¹³C) dans la matière végétale a permis d'analyser plus finement les variations de l'efficience d'utilisation en réponse aux modifications environnementales. Le doublement de l'efficience d'utilisation de l'eau a été lié au maintien de [delta]¹³C, tandis que le non doublement a été relié à une diminution des valeurs de [delta]¹³C chez Q. robur.

Non disponible / Not available, Les objectifs de ce travail de thèse ont été d'analyser les composantes de l'efficience d'utilisation de l'eau de trois espèces forestières (Q. petraea, Q. robur et P. pinaster) en réponse à un doublement de la concentration en C02 de l'air (350 et 700 µmol mol-1) et à des dessèchements du sol en période estivale. L'effet dépressif de la sécheresse sur la croissance n'a pas été contrebalancé par l'augmentation de la concentration en C02 de l'air. Cependant en conditions de sécheresse modérée, la tolérance à la sécheresse de Q. robur a été améliorée par le doublement de la concentration en C02 de l'air. L'efficience d'utilisation de l'eau instantanée a été doublée par le doublement de la concentration en C02 de l'air alors que dans le cas de la mesure intégrée de l'efficience d'utilisation de l'eau, la stimulation a été inférieure à 2. L'étude du marquage naturel en carbone 13 ([delta]¹³C) dans la matière végétale a permis d'analyser plus finement les variations de l'efficience d'utilisation en réponse aux modifications environnementales. Le doublement de l'efficience d'utilisation de l'eau a été lié au maintien de [delta]¹³C, tandis que le non doublement a été relié à une diminution des valeurs de [delta]¹³C chez Q. robur.

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National audience; Cropping system simulation can address the complex and interactive nature of resilience and allows for biological (crop growth and development), physical (soil-water dynamics), chemical (soil carbon and N turnover), and management related (e.g. crop choice, applications of nitrogen fertilizer, timing of sowing) aspects of resilience to be quantified. Soltani & Sinclair (2012) recently presented a non-calibrated, mechanistic, simple model, called Simple Simulation Model (SSM), which uses a generic approach for simulating the growth and yield of cereal and legume crops. The robustness of the legume and cereal versions of SSM has been demonstrated for a wide range of environments and various species including wheat (Soltani et al., 2013) and chickpea (Vadez et al. 2013). In cropping systems of the semi-arid Mediterranean region, variable and deficient rainfall and drought episodes are primary constraints to productivity. Under these conditions, maximizing water-use efficiency (WUE, defined as the ratio of yield per unit evapotranspiration) is critical. Hence the accurate prediction of soil-water dynamics and crop–water relations is required to identify management strategies that increase the use of scarce rainfall and its conversion into grain yield. We applied SSM to examine rotations including wheat and chickpea that are representative of rainfed environments of the southern and eastern Mediterranean.

International audience; Because world resources of fossil fuels are rapidly decreasing, it is necessary and urgent to find alternative sources of energy. By 2020, the European Union aims at reaching 20% of the share of total energy produced by renewable energy. One way to achieve this is to use crops specifically dedicated to the production of woody biomass. Currently, woody biomass comes mainly from logging residues or from the waste wood industry. However, cropping systems specifically dedicated to the production of woody biomass as short rotation coppice are presently gaining in importance. In a context of large-scale production of biomass produced from fast growing woody species, it is important to optimize the production by selecting species and genotypes adapted to local conditions. Plant material can be selected either directly for biomass production or for potential determinants of wood production such as phenology, ramification, leaf growth and composition, or water- and nutrient-use efficiencies (WUE and NUE). Then, wood production can be maximized by playing either on the choice of the plant material (species and genotypes within species) for a given pedoclimatic context and/or on the adopted cultural system (notably through planting densities / rotation length). The prerequisite is to evaluate the strength of the relationships between wood production and its potential determinants, and their reliability (plasticity) for the different species, cultural systems, and pedoclimatic contexts. Studies have already been conducted to analyze the effect of the interaction between genotype and environment. The present study will provide new information about this interaction as it takes into account factors that were not studied concurrently in previous studies. Our experiment proposes to study the influence of genetic and environmental factors (and their interaction, GxE) on phenological, architectural, functional (WUE and NUE), and foliar determinants of wood production. The genetic factor is considered at inter-specific level (comparison of three fast-growing species, poplar, willow and black locust) and at intraspecific level (clonal tests for each species). The environmental factor consists of different pedoclimatic contexts in France and different cultural systems (more or less intensive). Two experimental sites at the West and East sides of France are used in this experiment. These sites are located (1) in French Brittany (47°60’N, 1°91’W) with an oceanic climate and (2) in Burgundy (47°18’N, 5°19’E) with a continental climate. Determinants of productivity such as NUE, WUE, bud and leaf phenology, ramification, growth in height and girth, leaf increment, and foliar structure and function will be analyzed throughout the growing season with repeated measurements and observations (from March to October 2010) at the two sites, for the different clones of the three species, and for different planting densities. This monitoring is done under the framework of a French project called SYLVABIOM (2008 to 2012). The SYLVABIOM project is supported by the Bioenergy thematic of the French research national agency (ANR).