Plant N Fluxes and Modulation by Nitrogen, Heat and Water Stresses: A Review Based on Comparison of Legumes and Non Legume Plants

Chapter 5International audienc

Combining ecophysiological modelling and quantitative trait locus analysis to identify key elementary processes underlying tomato fruit sugar concentration

A mechanistic model predicting the accumulation of tomato fruit sugars was developed in order (i) to dissect the relative influence of three underlying processes: assimilate supply (S), metabolic transformation of sugars into other compounds (M), and dilution by water uptake (D); and (ii) to estimate the genetic variability of S, M, and D. The latter was estimated in a population of 20 introgression lines derived from the introgression of a wild tomato species (Solanum chmielewskii) into S. lycopersicum, grown under two contrasted fruit load conditions. Low load systematically decreased D in the whole population, while S and M were targets of genotype×fruit load interactions. The sugar concentration positively correlated to S and D when the variation was due to genetic introgressions, while it positively correlated to S and M when the variation was due to changes in fruit load. Co-localizations between quantitative trait loci (QTLs) for sugar concentration and QTLs for S, M, and D allowed hypotheses to be proposed on the processes putatively involved at the QTLs. Among the five QTLs for sugar concentration, four co-localized with QTLs for S, M, and D with similar allele effects. Moreover, the processes underlying QTLs for sugar accumulation changed according to the fruit load condition. Finally, for some genotypes, the processes underlying sugar concentration compensated in such a way that they did not modify the sugar concentration. By uncoupling genetic from physiological relationships between processes, these results provide new insights into further understanding of tomato fruit sugar accumulation

Genetic and physiological analysis of tomato fruit weight and composition: influence of carbon availability on QTL detection

Throughout tomato domestication, a large increase in fruit size was associated with a loss of dry matter and sugar contents. This study aims to dissect the contributions of genetic variation and the physiological processes underlying the relationships between fruit growth and the accumulation of dry matter and sugars. Fruit quality traits and physiological parameters were measured on 20 introgression lines derived from the introgression of Solanum chmielewskii into S. lycopersicum, under high (HL, unpruned trusses) and low (LL, trusses pruned to one fruit) fruit load conditions. Inter- and intra-genotypic correlations among traits were estimated and quantitative trait loci (QTL) for size, composition, and physiological traits were mapped. LL increased almost all traits, but the response of sugar content was genotype-dependent, involving either dilution effects or differences in carbon allocation to sugars. Genotype×fruit load interactions were significant for most traits and only 30% of the QTL were stable under both fruit loads. Many QTL for fresh weight and cell or seed numbers co-localized. Eleven clusters of QTL for fresh weight and dry matter or sugar content were detected, eight with opposite allele effects and three with negative effects. Two genotypic antagonistic relationships, between fresh weight and dry matter content and between cell number and cell size, were significant only under HL; the second could be interpreted as a competition for carbohydrates among cells. The role of cuticular conductance, fruit transpiration or cracking in the relationship between fruit fresh weight and composition was also emphasized at the genetic and physiological levels

All-sky search for gravitational-wave bursts in the second joint LIGO-Virgo run

We present results from a search for gravitational-wave bursts in the data collected by the LIGO and Virgo detectors between July 7, 2009 and October 20, 2010: data are analyzed when at least two of the three LIGO-Virgo detectors are in coincident operation, with a total observation time of 207 days. The analysis searches for transients of duration < 1 s over the frequency band 64-5000 Hz, without other assumptions on the signal waveform, polarization, direction or occurrence time. All identified events are consistent with the expected accidental background. We set frequentist upper limits on the rate of gravitational-wave bursts by combining this search with the previous LIGO-Virgo search on the data collected between November 2005 and October 2007. The upper limit on the rate of strong gravitational-wave bursts at the Earth is 1.3 events per year at 90% confidence. We also present upper limits on source rate density per year and Mpc^3 for sample populations of standard-candle sources. As in the previous joint run, typical sensitivities of the search in terms of the root-sum-squared strain amplitude for these waveforms lie in the range 5 10^-22 Hz^-1/2 to 1 10^-20 Hz^-1/2. The combination of the two joint runs entails the most sensitive all-sky search for generic gravitational-wave bursts and synthesizes the results achieved by the initial generation of interferometric detectors.Comment: 15 pages, 7 figures: data for plots and archived public version at https://dcc.ligo.org/cgi-bin/DocDB/ShowDocument?docid=70814&version=19, see also the public announcement at http://www.ligo.org/science/Publication-S6BurstAllSky

Cultures de légumineuses et qualité des graines

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Analyse des variations de poids et de teneurs en sucres du fruit de tomate par une approche intégrative combinant des études écophysiologique, génétique et moléculaire

3 annexes, 6 p. Diplôme : Dr. d'UniversitéFruit weight and sugar content are two complex traits largely involved in tomato quality. The aim of this study is to dissect these two traits via a multidisciplinary approach combining ecophysiology, genetics and genomics. A population of 20 introgression lines of Solanum chmielewskii in the genetic background of S. lycopersicum were grown in 2006 and 2007 under two fruit load conditions in order to modulate carbon availability to fruit. Under high load conditions, trusses were not pruned while under low load conditions, trusses were pruned to one fruit. Indicators of ecophysiological processes involved in tomato fruit weight and sugar content were measured or estimated and allowed the characterization of main processes underlying QTL for quality traits such as cell division and expansion, fruit transpiration or allocation of carbon for the synthesis of structural compounds. A high effect of fruit load was emphasized on QTL expressions, indicating the occurrence of genotype x fruit load interactions. The combined use of an ecophysiological model predicting the final fruit sugar content and QTL detection allowed the identification of co-localizations between QTL for quality traits and QTL for variables involved in fruit functioning such as the assimilate supply to the fruit, the metabolic transformation of sugars into other compounds, or the dilution by water uptake. Finally, an introgression line harbouring QTL for fresh weight and sugar content with opposite allele effects, and the line conferring the genetic background were studied at the transcriptome level during the cell expansion phase. Candidate genes whose expression levels could be associated to the variation of weight and sugar content led by a fruit load change were identified. The kinetic analysis of expressions from a set of candidate genes allowed establishing links between ecophysiological and molecular variables.Le poids et la teneur en sucres du fruit sont deux caractères complexes, importants pour la qualité de la tomate. L’objectif de cette thèse est de disséquer ces deux caractères par une démarche pluridisciplinaire, impliquant des approches écophysiologiques, génétiques et moléculaires. Une population de 20 lignées d’introgression de Solanum chmielewskii dans le fonds génétique de S. lycopersicum a été cultivée en 2006 et en 2007 sous deux conditions de charges en fruits afin de moduler sa disponibilité en carbone : une forte charge où tous les fruits sont conservés sur les bouquets, et une faible charge constituée par un unique fruit par bouquet. Des indicateurs de processus écophysiologiques impliqués dans le poids et la teneur en sucres du fruit ont été mesurés ou estimés. Ils ont permis de caractériser les principaux processus écophysiologiques sous-jacents aux QTL de qualité, notamment la division et l’expansion cellulaire, la transpiration du fruit, et l’allocation carbonée pour la synthèse de composés structuraux. Un fort effet de la charge en fruits a été mis en évidence sur l’expression des QTL pour la plupart des caractères observés, indiquant l’occurrence d’interactions génotype x charge en fruits. L’utilisation d’un modèle écophysiologique prédisant la teneur en sucres d’un fruit de tomate à maturité, combiné à une détection de QTL, a permis d’identifier des colocalisations entre QTL de qualité et QTL de variables de fonctionnement du fruit telles que la fourniture du fruit en assimilats, la transformation métabolique des sucres en d’autres composés, ou la dilution des composés par l’entrée d’eau dans le fruit. Enfin, une lignée d’introgression portant des QTL de poids frais et de sucres avec des allèles aux effets opposés ainsi que la lignée conférant le fonds génétique ont été étudiées au niveau moléculaire par une analyse du transcriptome en phase d’expansion cellulaire. Des gènes candidats dont le niveau d’expression serait associé aux variations de poids et de teneurs en sucres du fruit, engendrées par une modification de la charge en fruits ont été identifiés. L’analyse en cinétique de l’expression de quelques gènes candidats a permis de mettre en évidence des liens entre variables écophysiologiques et moléculaires

Démarches de biologie intégrative pour la compréhension des flux de carbone, azote et eau dans la plante

Les démarches de biologie intégrative, qui ont constitué le fil rouge de l’ensemble de mes travaux de recherche ont été abordées au sein de deux Axes Thématiques principaux : un axe concernant la qualité des produits récoltés et un axe concernant la valorisation des interactions plante-microorganismes favorisant le prélèvement des ressources azotées en conditions hydriques fluctuantes. C’est sur ce dernier axe que je travaille depuis mon recrutement en tant que Chargée de Recherche au sein de l’UMR Agroécologie. Cette approche de biologie intégrative (multi-disciplinaire et multi-échelle) me permet de hiérarchiser les processus écophysiologiques, métaboliques et moléculaires qui pourront être des cibles d’amélioration pour la conception d’idéotypes de légumineuses plus stables en conditions hydriques fluctuantes. Les travaux menés ont été déclinés en différents niveaux de complexité des interactions plante x microorganismes : entre une légumineuse cultivée (le pois Pisum sativum principalement, mais également d’autres espèces telles que le soja Glycine max, la féverole Vicia faba, la lentille Lens culinaris ou le lupin Lupinus albus) et des partenaires microbiens du sol allant d’une souche de rhizobium, à la communauté microbienne du sol rhizosphérique. Les travaux menés jusqu’alors ont permis de progresser dans la compréhension des équilibres et compromis entre gestion de l’eau, de l’azote et du carbone par la légumineuse en conditions de sécheresse, en plaçant le système racinaire au cœur de cette vision systémique et ils ont permis d’identifier de potentiels leviers agronomiques et génétiques pour une meilleure résilience de la légumineuse

Effets de stress hydriques simples et répétés sur les réponses racinaires du pois

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Caractérisation éco-physiologique du développement de pois et lien avec l'amélioration variétale

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