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Contribution à la définition d’idéotypes de miscanthus valorisables pour la production de bioéthanol de 2ème génération et perspectives en sélection

/ Arnoult Stéphanie / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 29-09-2014
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Face à l’épuisement du pétrole, l’Europe s’oriente vers la production de bioéthanol 2ème génération à partir de biomasse végétale. L’espèce Miscanthus x giganteus est prometteuse de par son fort rendement et ses faibles impacts environnementaux. Cependant, sa diversité génétique est faible et sa composition de biomasse pas forcément optimale pour produire du bioéthanol 2ème génération. Cette thèse explore donc différentes espèces de Miscanthus pour définir des idéotypes et des pistes en sélection afin d’améliorer le miscanthus pour ce débouché. Trois approches ont été menées : une étude bibliographique, une étude expérimentale au champ et des tests en pilote industriel. L’étude bibliographique montre une forte variabilité environnementale et génotypique pour les caractères associés à la production et à la composition de biomasse. L’analyse des données expérimentales révèle des caractères antagonistes : une forte production de biomasse est associée à de fortes teneurs en cellulose et lignines, mais à de faibles teneurs en hémicelluloses, solubles et cendres. De fortes teneurs en lignines contribuent également à réduire l’efficacité de la transformation de la biomasse en bioéthanol 2ème génération. Enfin, des outils de phénotypage ont été définis : la hauteur de végétation et le volume aérien de la plante permettent de prédire la production de biomasse des stades adultes à partir des stades jeunes. La spectroscopie proche infra-rouge permet aussi de prédire la composition de la biomasse. Ce travail contribue à la définition d’idéotypes de miscanthus pour une valorisation en bioéthanol 2ème génération en proposant des critères, des outils et des perspectives en sélection.

Vers une compréhension moléculaire de la biosynthèse pariétale chez le lin

/ Chantreau Maxime / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 25-06-2014
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Certaines plantes comme le jute, la ramie et le lin contiennent de longues cellules fibres caractérisées par la présence d’une épaisse paroi secondaire riche en cellulose et pauvre en lignine. Peu de choses sont connues concernant la biosynthèse de leur paroi, particulièrement en ce qui concerne les mécanismes qui contrôlent la lignification. Pour améliorer nos connaissances sur ces mécanismes chez le lin, deux approches de génomique fonctionnelle ont été développées. La première approche repose sur la technique de VIGS (Virus-Induced Gene Silencing). Le protocole d’infection a été optimisé en utilisant le gène contrôle PDS (Phytoene desaturase). Cette approche a ensuite été appliquée pour caractériser fonctionnellement les gènes de cellulose synthases A. La seconde approche concerne la création d’une population de mutants EMS et le développement d’une stratégie de TILLinG (Targeted Induced Local Lesions in Genomes). Le criblage Li-Cor de deux gènes (C3H et CAD) impliqués dans la biosynthèse des monolignols a permis d’identifier respectivement 79 et 76 familles de mutants pour chaque gène. Les calculs indiquent que la population présente un taux de mutation 1/41 Kb. Un criblage cytologique de la population de mutants a ensuite permis d’identifier une sous-population (lbf) présentant des fibres lignifiées. Une caractérisation approfondie des mutants lbf1 indique que le contenu en lignine des fibres est augmenté de 350% et associé à d’importantes modifications dans le pool d’oligolignols. Les analyses transcriptomiques suggèrent que l’augmentation de la lignification est associée à une régulation positive de l’expression de peroxydases impliquées dans la lignification.

Origines biologiques et environnementales de la variabilité de la qualité des fibres de chanvre (Cannabis sativa L.) à destination d'agromatériaux

/ Fernandez Tendero Eva / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 13-12-2013
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L’intérêt pour la culture de chanvre industriel connaît un fort développement en raison du développement de nouvelles applications à base de fibres végétales (à la fois fibres xylémiennes et libériennes). La qualité des fibres et leur rendement peuvent être modulée par les procédés de transformation mais pourrait être également influencée par des facteurs génétiques et environnementaux. Afin de préciser l’impact de ces facteurs sur le chanvre, différentes variétés commerciales de chanvre ont été cultivées selon plusieurs modalités de culture et caractérisées aux niveaux de la teneur en fibres, de la taille des cellules et de la composition des parois. Nos résultats indiquent que l’irrigation et les fortes densités de semis ont un effet sur la formation des fibres secondaires (et non les fibres primaires) et induisent des modifications morphologiques et structurales des fibres primaires et secondaires. Ces différents paramètres sont susceptibles d’altérer la qualité des fibres industrielles, obtenues après défibrage mécanique. La spectroscopie infrarouge ATR a permis de révéler que les fortes densités de semis et l’irrigation se traduisent par une variabilité chimique des fibres techniques. Une étude transcriptomique (Fluidigm) a mis en évidence des variations dans l’expression de gènes associés à la biosynthèse et au remodelage des parois à la fois dans les tissus internes (riches en xylème), et les tissus externes (riches en fibres libériennes). En précisant certains évènements moléculaires associés au développement des fibres, cette étude pourrait fournir des critères d’amélioration du chanvre pour la production de fibres industrielles destinées à différentes applications.

Mise en évidence de la synténie de QTL de tolérance au gel sur les groupes de liaison VI chez Pisum sativum (WFD 6.1) et Medicago truncatula (Mt-FTQTL6) et cartographie fine de Mt-FTQTL6

/ Tayeh Nadim / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 21-05-2013
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L’identification des bases moléculaires de la tolérance au gel présente une grande importance tant sur le plan fondamental qu’appliqué. Medicago truncatula est une légumineuse modèle pour les espèces tempérées. Un QTL majeur de tolérance au gel après acclimatation au froid (Mt-FTQTL6), expliquant 40% de la variation phénotypique, a été détecté sur le chromosome 6 de cette espèce. En parallèle, un QTL pour le même caractère (WFD 6.1/FD164.c) a été identifié sur le groupe de liaison équivalent chez Pisum sativum. Cette thèse a pour objectifs de confirmer la synténie des régions chromosomiques contenant Mt-FTQTL6 et WFD 6.1/FD164.c et d’identifier des gènes candidats positionnels pour Mt-FTQTL6. Les premiers efforts ont permis de localiser Mt-FTQTL6 dans un intervalle de 3,7 cM qui coïncide avec une zone du génome de Medicago truncatula dont l’assemblage reste incomplet. Les ressources génomiques de Glycine max ont été ensuite exploitées. Cinq marqueurs géniques ont permis d'ancrer les régions chromosomiques de Mt-FTQTL6 et WFD 6.1/FD164.c. Des clones BAC correspondant à 15 marqueurs (sondes) ont été assemblés en 6 contigs couvrant l’intervalle de confiance de Mt-FTQTL6. Des lignées F7 ou F8, recombinantes au niveau de cet intervalle, ont été identifiées et phénotypées pour la tolérance au gel en conditions contrôlées. L'intervalle de confiance de Mt-FTQTL6 a ainsi été réduit à une région de 0,4 cM contenant 20 gènes parmi lesquels 12 gènes CBF/DREB1 en tandem. La variation allélique pour 11 gènes CBF/DREB1 a été mise en évidence chez les parents de la population de cartographie. La validation fonctionnelle est maintenant envisageable chez Medicago truncatula et Pisum sativum.

Identification of the traits of interest to drive the collecting of Miscanthus in China

/ Feng Xu-Ping / Université Lille1 - Sciences et Technologies, Zhejiang University (Hangzhou, Chine) / 28-01-2013
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Le climat, la qualité de l’air et la sécurité énergétique ont changé la façon de produire l’énergie, accroissant la demande en cultures énergétiques comme M. x giganteus. Néanmoins, élargir la diversité de cette espèce est nécessaire afin de couvrir une large gamme de pédo-climats. L’objectif est donc de définir des caractères d’intérêt pour mener à bien une collecte de miscanthus en Chine, un des pays où cette plante est originaire. 44 clones sauvages de trois espèces de Miscanthus (M. sinensis, M. sacchariflous, M. floridulus) ont été collectés dans différentes régions Centre, Sud et Ouest de la Chine et multipliés à Linan dans la province chinoise de Zhejiang. En France, nous avons étudié 21 clones implantés à l’INRA d’Estrées-Mons appartenant à 3 espèces (M. x giganteus, M. sinensis and M. sacchariflorus). La thèse comporte cinq chapitres. 1) La bibliographie décrit le miscanthus au niveau de sa taxonomie, de son origine géographique, de son aptitude à produire de la biomasse et de sa résistance à différents stress. 2) Les caractères les plus importants ont été identifiés pour reconnaître les espèces. 3) Nous avons découvert que les M. x giganteus ont un génome maternel commun à des M. sacchariflorus chinois. 4) Parmi les clones sauvages Chinois, M. floridulus présente le plus d’intérêt pour produire de la biomasse. 5) Enfin, nous avons mis en évidence les facteurs physiologiques et biochimiques expliquant l’effet de la disponibilité en azote sur la photosynthèse sur 3 espèces. Ainsi, la plupart des caractères qui ont été mis en évidence au sein de cette thèse vont être utiles pour la collecte de matériel végétal et les programmes de sélection du miscanthus.

Régulation des « gènes lignine » chez le lin à fibres, Linum usitatissimum L.

/ Huis Rudy / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 06-06-2012
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Le lin est une plante annuelle cultivée pour ses fibres longues et ses graines oléagineuses. Les fibres sont traditionnellement employées dans l’industrie textile et, depuis peu, incorporées dans des agro-matériaux. Les fibres longues sont situées dans la tige entre l’écorce et le bois, en périphérie du phloème. Les cellules fibreuses sont essentiellement composées de parois secondaires dans lesquelles la teneur en lignine est faible (2% à 4%). C’est pourquoi, elles sont qualifiées d’« hypolignifiées ». En effet, une paroi secondaire « classique » est généralement composée de 40 à 50% de cellulose et de 20 à 30% de lignine. Ainsi, nous suggérons l'existence d'une régulation particulière lors de la mise en place de cette paroi. On ne retrouve ce type de paroi secondaire que dans de très rares cas chez les végétaux comme dans d'autres fibres phloémiennes présentes par exemple chez le chanvre, mais aussi dans les couches G du bois de tension. Le lin est donc un bon modèle d’étude pour la compréhension de la régulation de la lignification des parois secondaires. Mes travaux visent ainsi à améliorer nos connaissances sur les mécanismes cellulaires et moléculaires permettant de mettre en place une telle paroi. Les raisons pour lesquelles ces fibres contiennent de faibles quantités de lignine demeurent complètement inconnues. Différentes pistes peuvent être explorées et parmi celles-ci, l'existence de phénomènes de régulations géniques spécifiques à ces types cellulaires. Les travaux réalisés dans le cadre de ma thèse s'inscrivent dans l'hypothèse de l'existence d'une régulation transcriptionnelle à ce niveau.

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