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Plants naturally produce the lipid-derived polyester cutin, which is found in the plant cuticle that is deposited at the outermost extracellular matrix of the epidermis covering nearly all aboveground tissues. Being at the interface between the cell and the external environment, cutin and the cuticle play important roles in the protection of plants from several stresses. A number of enzymes involved in the synthesis of cutin monomers have recently been identified, including several P450s and one acyl-CoA synthetase, thus representing the first steps toward the understanding of polyester formation and, potentially, polyester engineering to improve the tolerance of plants to stresses, such as drought, and for industrial applications. However, numerous processes underlying cutin synthesis, such as a controlled polymerization, still remain elusive. Suberin is a second polyester found in the extracellular matrix, most often synthesized in root tissues and during secondary growth. Similar to cutin, the function of suberin is to seal off the respective tissue to inhibit water loss and contribute to resistance to pathogen attack. Being the main constituent of cork, suberin is a plant polyester that has already been industrially exploited. Genetic engineering may be worth exploring in order to change the polyester properties for either different applications or to increase cork production in other species. Polyhydroxyalkanoates (PHAs) are attractive polyesters of 3-hydroxyacids because of their properties as bioplastics and elastomers. Although PHAs are naturally found in a wide variety of bacteria, biotechnology has aimed at producing these polymers in plants as a source of cheap and renewable biodegradable plastics. Synthesis of PHA containing various monomers has been demonstrated in the cytosol, plastids, and peroxisomes of plants. Several biochemical pathways have been modified in order to achieve this, including the isoprenoid pathway, the fatty acid biosynthetic pathway, and the fatty acid β-oxidation pathway. PHA synthesis has been demonstrated in a number of plants, including monocots and dicots, and up to 40% PHA per gram dry weight has been demonstrated in Arabidopsis thaliana. Despite some successes, production of PHA in crop plants remains a challenging project. PHA synthesis at high level in vegetative tissues, such as leaves, is associated with chlorosis and reduced growth. The challenge for the future is to succeed in synthesis of PHA copolymers with a narrow range of monomer compositions, at levels that do not compromise plant productivity. This goal will undoubtedly require a deeper understanding of plant biochemical pathways and how carbon fluxes through these pathways can be manipulated, areas where plant "omics" can bring very valuable contributions.

Sexual dimorphism in androdioecious Mercurialis annua, a wind-pollinated herb

Gender-dimorphic species often display a degree of sexual dimorphism in terms of life-history traits, yet little is known about dimorphism in androdioecious plants. Here we investigate sexual dimorphism in an androdioecious population of the wind-pollinated herb Mercurialis annua by comparing the resource allocation strategies of males and hermaphrodites grown under different nutrient-availability and competitive regimes. We found that males displayed smaller aboveground vegetative sizes than did hermaphrodites, but neither soil nutrient availability nor competition had a strong independent effect on their relative sizes. Plants adjusted their relative reproductive investment in response to nutrient availability. Specifically, hermaphrodites increased their reproductive allocation when growing in poor soils, whereas males displayed the opposite response. Finally, hermaphrodites were strongly female biased in their sex allocation, and this was more pronounced in nutrient-poor soils. To conclude, sexual dimorphism in androdioecious M. annua shares many features with dioecious and gynodioecious species, particularly wind-pollinated herbs. However, the direction of sex-allocation reaction norms displayed by hermaphrodites of M. annua differs from that documented for several insect-pollinated gynodioecious species, hinting at the importance of either the pollination mode or the sexual system as a context of selection shaping the reproductive strategy of plants with both male and female functions.

PH01 gene family in Arabidopsis thaliana and Physcomitrella patens

Summary Inorganic phosphate (Pi) is a main limiting nutrient to the growth and production yield of plants in many agro-ecosystems. Plants have evolved a series of metabolic and developmental adaptations to cope with low Pi availability. PH01 has been identified as a protein involved in the loading of Pi into the xylem of roots in Arabidopsis. In this study, the PHO1 gene family in both higher plant Arabidopsis and lower plant Physcomitrella was characterized. Additional ten PHO1 homologues in Arabidopsis and three homologues in Physcomitrella were identified. All proteins harbor a SPX tripartite domain in the N-terminal hydrophilic portion and an EXS domain in the highly conserved C-terminal hydrophobic portion. RT-PCR analysis of the Arabidopsis PHO1 genes revealed a broad pattern of expression in leaves, roots, stems, and flowers for most genes, although two genes are expressed exclusively in flowers, indicating their potential roles not only in Pi transport but also in Pi homeostasis within the Arabidopsis plant. The regulation of gene expression by different nutrient-starvations showed that some genes are strongly up-regulated by elements other than Pi, e.g. by NO3, Mg, and Zn starvation. Northern blot and RT-PCR analysis showed distinct expression patterns of the three Physcomitrella PHO1 genes. The investigation of Pi starvation effects on some Pi-deprivation responsive genes demonstrates that Physcomitrella has evolved a similar mechanism as higher plants to respond to Pi deficiency. Promoter activity analysis for the Physcomitrella PHO1 family genes using promoter-GUS fusions revealed their expression in protonemata and gametophores but at different levels and with different patterns, suggesting these genes may play distinct roles in Pi transport and/or Pi homeostasis in the moss plant. Single knockout mutants of the three genes were generated by gene targeting and one of them displayed a reduced Pi content in the protonemata under Pi starvation. The evolution of the PHO1 family in land plants was also discussed. Together, these findings indicate that the PHO1 family genes, present in a broad range of plant species from lower plants to flowering plants, play important roles in Pi transport and homeostasis. Résumé Le phosphate inorganique (Pi) est un nutriment essentiel à la croissance des plantes et au rendement de la production végétale. Dans beaucoup d'agro-écosystèmes, ce nutriment est limitant. Les plantes ont développé des adaptations métaboliques et développementales pour palier à la faible disponibilité du Pi. Il a été démontré que la protéine PHOI est indispensable au transfert du Pi dans le xylème des racines d' Arabidopsis. Cette étude porte sur la famille de gènes définie par PHO1 ; ceci, dans deux organismes modèles : la plante Arabidopsis pour les végétaux supérieurs, et la mousse Physcomitrella pour les végétaux inférieurs. Dix homologues à PHOI dans Arabidopsis et trois homologues dans Physcomitrella ont été identifiés. Toutes les protéines encodées présentent un domaine tripartite SPX dans leur partie N terminale hydrophile et un domaine EXS dans la partie C terminale hydrophobe hautement conservée d'entre eux. L'analyse par RT-PCR de l'expression des gènes PHO1 dans Arabidopsis révèle une expression ectopique pour la plupart, à l'exception de deux gènes dont l'expression est uniquement florale ; ceci suggère l'implication de cette famille non seulement dans le transport mais aussi dans l'homéostasie du Pi dans Arabidopsis. L'observation de l'expression de ces gènes en fonction de l'absence de différents nutriments montre que certains gènes sont fortement régulés lors de carences en NO3, Mg et Zn. L'analyse par northern blot et RT-PCR met en évidence des profils d'expression distincts pour les trois gènes de Physcomitrella. Les effets de la carence en Pi sur Physcomitrella ont été étudiés par le biais de gènes dépendants connus pour Arabidopsis, les résultats suggèrent un mode de réponse à cette carence conservé entre les végétaux inférieurs et supérieurs. La localisation tissulaire de l'expression de la famille PHO1 dans la mousse a été étudiée au moyen du gène rapporteur GUS fusionné aux différents promoteurs. Ceci a révélé leur expression dans les protonemata et les gametophores, mais à des intensités et avec des profils différents, ce qui suggère des implications distinctes dans le transport et/ou l'homéostasie du Pi dans la mousse. Des simples mutants knockout ont été générés pour chaque gène de mousse ; l'un d'eux présente une diminution du contenu protonemal en Pi lorsque soumis à une carence en Pi. L'évolution de la famille PHO1 dans les plantes terrestres est également discutée. Ensemble, ces résultats indiquent que les gènes de la famille PHO1 sont présents dans une large gamme de plantes allant des végétaux inférieurs aux supérieurs, et cette étude démontre que leur conservation se justifie potentiellement par le fait qu'ils sont probablement impliqués dans des mécanismes conservés de transport et d'homéostasie du Pi.

Plant species distributions along environmental gradients: do belowground interactions with fungi matter?

The distribution of plants along environmental gradients is constrained by abiotic and biotic factors. Cumulative evidence attests of the impact of biotic factors on plant distributions, but only few studies discuss the role of belowground communities. Soil fungi, in particular, are thought to play an important role in how plant species assemble locally into communities. We first review existing evidence, and then test the effect of the number of soil fungal operational taxonomic units (OTUs) on plant species distributions using a recently collected dataset of plant and metagenomic information on soil fungi in the Western Swiss Alps. Using species distribution models (SDMs), we investigated whether the distribution of individual plant species is correlated to the number of OTUs of two important soil fungal classes known to interact with plants: the Glomeromycetes, that are obligatory symbionts of plants, and the Agaricomycetes, that may be facultative plant symbionts, pathogens, or wood decayers. We show that including the fungal richness information in the models of plant species distributions improves predictive accuracy. Number of fungal OTUs is especially correlated to the distribution of high elevation plant species. We suggest that high elevation soil show greater variation in fungal assemblages that may in turn impact plant turnover among communities. We finally discuss how to move beyond correlative analyses, through the design of field experiments manipulating plant and fungal communities along environmental gradients.

Evaluation des pratiques d'irrigation, de fertilisation et d'application de pesticides dans l'agriculture périurbaine de Dakar, Sénégal

RESUMEL'agriculture urbaine et périurbalne - nommée ci-après AU - est un thème fort de recherche transversale, au vu des nombreux enjeux économiques, sociaux et environnementaux. L'objectif de cette recherche était de contribuer à une meilleure connaissance des processus de transfert de polluants et du cycle des nutriments à l'échelle locale, afin de déterminer sous quelles conditions l'AU de Dakar peut être pratiquée sans porter atteinte à la santé et à l'environnement.Une approche basée sur l'étude des processus géochimiques dans ie sol jusqu'à la nappe a été choisie, à l'échelle de la parcelle cultivée et à une échelle un peu plus large de la zone périurbaine de Dakar pour déterminer les influences du type d'occupation du sol.L'évaluation des impacts de l'irrigation avec des eaux usées brutes et des eaux de nappe saumâtres sur la qualité des sols (chapitre 2) a montré que l'alcalinité et les teneurs en calcium élevées des eaux saumâtres induisent la précipitation de CaC03 dans l'horizon superficiel du sol. Na remplace consécutivement Ca sur le complexe argilo-humique du sol et les bicarbonates diminuent dans la solution du sol. Le carbone organique dissout (COD) augmente significativement dans la solution du sol et dans la nappe sous-jacente. Malgré l'alcalinité et les teneurs très élevées en calcium des eaux usées, il y a peu de précipitation de CaC03 dans l'horizon superficiel du sol et une faible augmentation du sodium échangeable ESP. La nitrification de l'ammonium des eaux usées (moy 190mg/L à Pikine) produit des protons, qui ne sont plus tamponnés par les bicarbonates exportés hors du profil. Il y a alors une nette baisse de pH des sols irrigués par des eaux usées non traitées. Les sols irrigués par des eaux usées et saumâtres stockent moins de C et Ν que les sols de référence.L'évaluation de l'influence de l'occupation des sols en zone périurbaine sur à la nappe phréatique peu profonde (chapitre 3) a permis de déterminer les traceurs représentatifs de l'occupation du sol, à savoir Br/CI, NO3/CI et δ180-Ν03 pour l'irrigation par des eaux usées, pH et δ15Ν-Ν03 pour l'irrigation par des eaux de nappe, et Rb+Cr et Κ pour les lixiviats de fosses septiques. Ce chapitre a mis en évidence des points importants de la dynamique de l'azote en zone périurbaine sous deux occupations du sol : (1) la dénitrification est un processus important dans l'agrosystème périurbain de Dakar en bas de dune, dans les gleysols où l'on trouve des conditions temporairement réduites et un substrat organique favorables aux microorganismes de la dénitrification. Les teneurs en nitrates sont presque nulles avec irrigation d'eau de nappe. (2) en bas de pente, mais avec irrigation quotidienne par les eaux usées, l'apport continu d'ammonium inhibe probablement la dénitrification, mais favorise la volatilisation. (3) la nitrification de l'ammonium dans la nappe lors de la lixiviation des fosses septiques se distingue de la nitrification de l'ammonium dans la zone non saturée dans la zone d'agriculture périurbaine par la composition isotopique de l'oxygène de l'eau. Une comparaison des flux d'azote entre l'agrosystème et les quartiers périurbains de Dakar (chapitre 4) ont révélé que ces derniers étaient du même ordre de grandeur par unité de surface, à savoir 2-4 tonnes Ν /ha/an.L'évaluation des flux de pesticides dans l'agrosystème et des risques induits pour les eaux souterraines (chapitre 5) a révélé un fiux total de pesticides de 60kg/ha/an, totalisant 15 matières actives. Seules deux de ces matières actives sont autorisées par le comité des pesticides sahélien. Les pesticides les plus utilisés par les producteurs sont l'organochloré dicofol, les organophosphorés methamidophos, dimethoate et fenithrotion ainsi que le cabamate methomyl. Les flux les plus importants sont de 9 à 7 kg/ha/an (methomyl, methamidophos, ethoprophos et dicofol). Les pesticides qui présentent un risque élevé de contamination des eaux souterraines et qui devraient être prioritaires pour un suivi analytique sont : le carbofuran, le dimethoate, l'ethoprophos et le methomyl.En conclusion, une meilleure gestion de la fertilisation est nécessaire dans la zone d'AU de Dakar, afin de (1) réduire les pertes gazeuses qui contribuent à l'effet de serre, (2) de ralentir la minéralisation du carbone et de l'azote organiques pour créer un stock de C et Ν dans ces sols, (3) de limiter le lessivage dans la nappe et enfin, 4) d'augmenter l'efficacité d'utilisation de Ν par les plantes. Une optimisation de l'irrigation devrait limiter l'alcalinisation secondaire. Enfin, la mise en place d'une lutte intégrée ou biologique contre les ravageurs est indispensable afin de minimiser les risques pour les eaux souterraines et les mares permanentes.ABSTRACTUrban and periurban agriculture (UA) is an important issue in southern countries, because of its key role in their social and economical development and its environmental concern. The goal of this study was to contribute to a better understanding of pollutant transfer and nutrient cycling at the local scale, in order to implement the necessary improvements to guarantee the sustainability of this practice.An approach based on geochemical processes occurring in the vadose zone from the surface down to the groundwater level was chosen, at the scale of cultivated plots and at the regional scale of Dakar periurban areas, to determine the influence of land use.The assessment of irrigation with untreated domestic wastewater and brackish water on soil quality (chapter 2) showed: (1) that the high alkalinity and calcium contents of brackish water induce CaC03 precipitation in the top layer of the soil and therefore a replacement of Ca by Na on the clay- humic complexes, strongly marked during the dry season. Dissolved organic carbon (DOC) increased significantly in the soil solution and in the underlying groundwater. (2) in spite of the similarly high alkalinity and Ca contents of waste water, there is only little CaC03 precipitation and a low increase of the percentage of exchangeable sodium (ESP) in the soil top layer. The nitrification of the ammonium of wastewater (mean 190 mg/L in Pikine) produces protons, which are not any more buffered by bicarbonates exported out of the soil profile, which leads to a net decline of soil pH. Both soils irrigated with untreated wastewater and brackish water store less of C and Ν than soils irrigated with non saline groundwater.The assessment of the impact of land use on the shallow groundwater (chapter 3) allowed determining representative tracers of the land use. Low Br/CI ratio, high NO3/CI ratio and low δ1βΟ- nitrate indicated the influence of wastewater; high pH and high 515N-nitrates indicated the influence of brackish water together with high amendments of organic fertilizers; high Rb+Cr and Κ indicated the influence of poor sanitation facilities in periurban districts (septic tank leakage). This chapter also pointed out the following facts about the nitrogen dynamics : (1) denitrification is a key-process in the Dakar UA agrosystem in the gleysols irrigated with groundwater. The underlying groundwater is almost nitrate free. (2) in the Gleysols irrigated with waste water, ammonium inhibits denitrification but facilitate ammoniac volatilization. A comparison of nitrogen balance between the UA agrosystem and the periurban districts of Dakar (chapter 4) revealed similar flows per surface unit, namely 2-4 tons Ν / ha / year.The evaluation of pesticides use in the UA agrosystem and the risk assessment for the groundwater (chapter 5) revealed a total flow of pesticides of 60kg / ha / year, totalizing 15 active substances. Only two of these are authorized by the Sahelian Pesticides Committee. The most used pesticides are dicofol (organochlorinated), methamidophos, dimethoate and fenithrotion (organophosphate) as well as methomyl. (carbamate). The most important flows vary between 9 to 7 kg / ha / year. Pesticides with a high risk of groundwater contamination - according to SIRIS and EPRIP 2 indicators - are: carbofuran, dimethoate, ethoprophos and methomyl. These substances should be established as a priority for an analytical follow-up in the different environmental compartments.In conclusion, a better management of the fertilization is necessary in the Dakar UA, (1) to reduce the gaseous losses which contribute to greenhouse emissions (2) to slow down the mineralization of the organic carbon and the nitrogen, in order to enhance the C and Ν stock in these soils, (3) to limit the nitrate leaching in the groundwater and finally, 4) to increase the N-use efficiency of plants. An optimization of the irrigation scheme should limit the secondary sodisation if coupled with an increase the stable organic matter of the soil. An integrated or biologic crop pest strategy is urgently needed to minimize risks with respect to ground and surface water (ponds used for fishing).RESUME LARGE PUBLICL'agriculture mondiale connaît actuellement une crise majeure, affectée par les changements climatiques, la sécurité alimentaire et les dégradations de l'environnement. Elle n'a plus le rôle unique de produire, mais devient un élément essentiel de la protection des ressources naturelles et du paysage. Les politiques agricoles basées sur les marchés mondiaux devront se réorienter vers une agriculture locale basée sur le développement durable.La production alimentaire située dans l'enceinte des villes, nommée agriculture urbaine ou périurbaine (AU ci-après) joue un rôle important dans le contexte actuel d'accroissement de la population et de la pauvreté urbaines. L'AU concerne en effet la majorité des mégapoies du monde, fait vivre plus de 200 millions de personnes dans les pays du Sud, fournit jusqu'à 80% de la demande urbaine en certains produits frais, fait barrière à l'extension urbaine et permet un recyclage de certains déchets urbains. L'AU a pour particularité d'être à cheval entre des politiques rurales et urbaines, d'où un délaissement ce cette activité au secteur informel. Ce qui a développé de nombreuses stratégies à risques, comme à Dakar, où les petits producteurs périurbains irriguent quotidiennement avec des eaux usées domestiques par manque d'accès à une eau de bonne qualité et pour raccourcir les cycles de production. L'extrême précarité foncière des acteurs de l'AU de Dakar les empêchent d'investir à long terme et induit des pratiques inadéquates d'irrigation, d'usage de pesticides et de fertilisation de ces sols sableux.L'objectif de cette recherche était de contribuer à une meilleure connaissance des processus de transfert de polluants et du cycle des nutriments à l'échelle des parcelles cultivées par des eaux usées et des eaux saumâtres, afin de déterminer sous quelles conditions l'AU de Dakar peut être pratiquée et surtout maintenue sans porter atteinte à la santé et à l'environnement. Pour cela, une approche basée sur l'étude des processus géochimiques dans le sol jusqu'à la nappe a été choisie, à l'échelle de la parcelle cultivée et à une échelle un peu plus large de la zone périurbaine de Dakar pour déterminer les influences du type d'occupation du sol.Les résultats principaux de cette étude ont montré que (1) il y a un processus de salinisation anthropique des sols (sodisation) lors d'irrigation avec des eaux de nappe saumâtres, un processus accentué en saison sèche et lors d'années à pluviométrie déficitaire. Bien que les eaux usées soient aussi salines que les eaux de nappe, la salinisation des sols irrigués' par des eaux usées est limitée par l'ammonium présent dans les eaux usées (moy 190mg NH4/L à Pikine) qui produit de l'acidité lors de la transformation en nitrates dans le sol (nitrification). (2) les sols irrigués par des eaux usées (EU) stockent moins de C et Ν que les sois de référence, ce qui montrent bien que l'azote des eaux usées n'est pas disponible pour les plantes, mais est lessivé dans la nappe (100 à 450 mg/L N03 sous irrigation par EU, alors que la limite de OMS est de 50mg/L). (3) l'utilisation des isotopes stables des nitrates et des éléments traces, notamment le bore et le brome, ont permis de distinguer l'influence de l'irrigation par des eaux usées, de l'irrigation par des eaux de nappe et des lixiviats de fosses septiques sur les propriétés de la nappe. (4) Le processus de la dénitrification (atténuation naturelle des concentrations en nitrates de la nappe par biotransformation en azote gazeux) est important dans les zones basses de l'agrosystème périurbain de Dakar, sous irrigation par eaux naturelles (ΝΟ3 < 50mg/L). Tandis que sous habitat sans assainissement adéquat, les nitrates atteignent 300 à 700 mg/L. (5) Le flux total de pesticides dans l'AU est énorme (60kg/ha/an) totalisant 15 pesticides, dont deux seulement sont autorisés. Les pesticides les plus utilisés sont des insecticides organophosphorés et organochlorés classés extrêmement dangereux à dangereux par l'OMS, appliqués à des doses de 2 à 9 kg/ha/an. Les pesticides qui ont montré un risque élevé de contamination des eaux souterraines avec les indicateurs SIRIS et EPRIP2 sont : le carbofuran, le dimethoate, l'ethoprophos et le methomyl.En conclusion, nous recommandons la reconstitution d'un horizon superficiel des sols riche en matière organique stable et structuré par production locale de compost. Cette mesure réduira les pertes gazeuses contribuant à l'effet de serre, augmentera le stock de Ν dans ces sols, alors utilisable par les plantes et permettra de diminuer l'irrigation car la capacité de rétention de l'eau dans le sol sera accru, ce qui limitera le lessivage des nitrates dans la nappe et l'alcalinisation secondaire. Enfin, la mise en place d'une lutte intégrée ou biologique contre les ravageurs est indispensable afin de minimiser les risques pour les eaux souterraines et lesmares permanentes.

A spatial accommodation by neighboring cells is required for organ initiation in Arabidopsis.

Lateral root formation in plants can be studied as the process of interaction between chemical signals and physical forces during development. Lateral root primordia grow through overlying cell layers that must accommodate this incursion. Here, we analyze responses of the endodermis, the immediate neighbor to an initiating lateral root. Endodermal cells overlying lateral root primordia lose volume, change shape, and relinquish their tight junction-like diffusion barrier to make way for the emerging lateral root primordium. Endodermal feedback is absolutely required for initiation and growth of lateral roots, and we provide evidence that this is mediated by controlled volume loss in the endodermis. We propose that turgidity and rigid cell walls, typical of plants, impose constraints that are specifically modified for a given developmental process.

bHLH class transcription factors take centre stage in phytochrome signalling.

The phytochrome family of photoreceptors (there are five phytochromes in Arabidopsis, named phyA to phyE) maximally absorbs red and far-red light and plays important functions throughout the life cycle of plants. Several recent studies have shown that multiple related bHLH (basic helix-loop-helix) class transcription factors play key roles in phytochrome signal transduction. Somewhat surprisingly these transcription factors primarily act as negative regulators of phytochrome signalling. Moreover, in some cases, the phytochromes inhibit those negative regulators.

Rapid genotypic change and plasticity in arbuscular mycorrhizal fungi is caused by a host shift and enhanced by segregation.

Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) are among the most abundant symbionts of plants, improving plant productivity and diversity. They are thought to mostly grow vegetatively, a trait assumed to limit adaptability. However, AMF can also harbor genetically different nuclei (nucleotypes). It has been shown that one AMF can produce genotypically novel offspring with proportions of different nucleotypes. We hypothesized that (1) AMF respond rapidly to a change of environment (plant host) through changes in the frequency of nucleotypes; (2) genotypically novel offspring exhibit different genetic responses to environmental change than the parent; and (3) genotypically novel offspring exhibit a wide range of phenotypic plasticity to a change of environment. We subjected AMF parents and offspring to a host shift. We observed rapid and large genotypic changes in all AMF lines that were not random. Genotypic and phenotypic responses were different among offspring and their parents. Even though growing vegetatively, AMF offspring display a broad range of genotypic and phenotypic changes in response to host shift. We conclude that AMF have the ability to rapidly produce variable progeny, increasing their probability to produce offspring with different fitness than their parents and, consequently, their potential adaptability to new environmental conditions. Such genotypic and phenotypic flexibility could be a fast alternative to sexual reproduction and is likely to be a key to the ecological success of AMF.

The IBO germination quantitative trait locus encodes a phosphatase 2C-related variant with a nonsynonymous amino acid change that interferes with abscisic acid signaling.

Natural genetic variation is crucial for adaptability of plants to different environments. Seed dormancy prevents precocious germination in unsuitable conditions and is an adaptation to a major macro-environmental parameter, the seasonal variation in temperature and day length. Here we report the isolation of IBO, a quantitative trait locus (QTL) that governs c. 30% of germination rate variance in an Arabidopsis recombinant inbred line (RIL) population derived from the parental accessions Eilenburg-0 (Eil-0) and Loch Ness-0 (Lc-0). IBO encodes an uncharacterized phosphatase 2C-related protein, but neither the Eil-0 nor the Lc-0 variant, which differ in a single amino acid, have any appreciable phosphatase activity in in vitro assays. However, we found that the amino acid change in the Lc-0 variant of the IBO protein confers reduced germination rate. Moreover, unlike the Eil-0 variant of the protein, the Lc-0 variant can interfere with the activity of the phosphatase 2C ABSCISIC ACID INSENSITIVE 1 in vitro. This suggests that the Lc-0 variant possibly interferes with abscisic acid signaling, a notion that is supported by physiological assays. Thus, we isolated an example of a QTL allele with a nonsynonymous amino acid change that might mediate local adaptation of seed germination timing.

Sex-differential herbivory in androdioecious Mercurialis annua.

Males of plants with separate sexes are often more prone to attack by herbivores than females. A common explanation for this pattern is that individuals with a greater male function suffer more from herbivory because they grow more quickly, drawing more heavily on resources for growth that might otherwise be allocated to defence. Here, we test this 'faster-sex' hypothesis in a species in which males in fact grow more slowly than hermaphrodites, the wind-pollinated annual herb Mercurialis annua. We expected greater herbivory in the faster-growing hermaphrodites. In contrast, we found that males, the slower sex, were significantly more heavily eaten by snails than hermaphrodites. Our results thus reject the faster-sex hypothesis and point to the importance of a trade-off between defence and reproduction rather than growth.

Investigation phytochimique d'une plante médicinale malgache Hypoestes serpens (Vahl) R. Br. (Acanthaceae) variété glabre et étude comparative avec la variété poilue

Résumé A Madagascar, comme dans plusieurs pays en développement, une grande partie de la population utilise les plantes pour se soigner. Plusieurs espèces des plantes sont ainsi utilisées en médecine traditionnelle malgache. Par ailleurs, la plupart de ces plantes ne font l'objet que de très peu d'étude scientifique. En effet, dans le cadre de l'investigation phytochimique de plantes utilisées en médecine traditionnelle malgache et dans la recherche des nouvelles substances biologiquement actives, Hypoestes serpens (Vahl) R. Br. (Acanthaceae) a été étudiée. Elle se présente sous deux variétés (glabre et poilue) qui sont tous utilisées dans la région sud-centre de Madagascar pour traiter la blennorragie. De l'extrait dichlorométhanique des feuilles de H. serpens (Vahl) R. Br. variété glabre, 12 diterpénoides dont 8 nouveaux ont été isolés. Ils ont tous montré une activité antifongique contre un champignon pathogène des plantes, Cladosporium cucumerinum, dans la bioautographie directe sur CCM. Quelques-uns ont également présenté une activité contre une levure saprophyte chez l'homme, Candida albicans et une activité inhibitrice de l'enzyme acétylcholinesterase. Les diterpènoïdes sont déjà considérés comme les principaux métabolites secondaires du genre Hypoestes. Le fractionnement de l'extrait méthanolique a conduit à l'isolement de 5 glycosides des flavonoïdes dont 4 sous formes C-g,lycosides qui n'ont jamais été identifiés dans la famille Acanthaceae. Ces flavonoïdes ont présenté une activité antiradicalaire contre le DPPH. Le fractionnement et la purification des extraits ont été effectués à l'aide des différentes techniques chromatographiques telles que la chromatographie sur colonne ouverte, la filtration sur gel, la chromatographie liquide à haute pression, la chromatographie liquide à moyenne pression et la chromatographie liquide à basse pression. Par ailleurs, les structures des composés isolés ont été élucidées par des techniques spectroscopiques (UV, MS, RMN) et de méthode chimique (hydrolyse acide). En plus de ces techniques, certaines méthodes physiques (cristallographie par rayons-X, mesure de rotation optique) ont été réalisées pour confirmer certaines structures. Comme l'espèce Hypoestes serpens (Vahl) R. Br. se présente en deux variétés, une étude comparative a été effectuée. Cette étude avait montré que ces deux variétés ont une activité biologique similaire. Finalement, une technique analytique couplée, HPLC-UV-APC1-MS a permis de montrer la présence de toutes les substances isolées de la variété glabre dans la variété poilue. Second résumé Depuis des milliers d'almées, l'homme utilise les plantes pour se soigner. De nos jours, même avec le développement de la médecine moderne, la phytothérapie reste toujours la forme des soins de santé abordable et accessible pour la majorité des populations rurales des pays en développement. En outre, les plantes médicinales constituent une source potentielle de molécules biologiquement actives pour les industries pharmaceutiques et actuellement, on estime que 25% des médicaments commercialisés dans le monde sont à base de plantes Dans le cadre de la recherche des nouvelles molécules à intérêt thérapeutique qui pourraient devenir un médicament ou un modèle de structure ("lead compound") pour le développement de nouveaux médicaments, nous avons fait une étude sur l'espèce, Hypoestes serpens (Vahl) R. Br, plante utilisée en médecine traditionnelle malgache. Cette espèce existe en deux variétés, une glabre et une autre poilue qui sont tous utilisées dans la région sud-centre de Madagascar pour traiter la blennorragie. Par ailleurs, les tradipraticiens utilisent de préférence la variété poilue. Dans la première partie de ce présent travail, une investigation phytochimique de H serpens, variété glabre (variété moins utilisée) a d'abord été effectuée afm d'isoler et d'identifier le maximum des molécules biologiquement actives qu'elle contient. De ce fait, 17 composés dont 8 nouveaux ont été isolés. Les potentiels d'activités thérapeutiques des substances isolées ont ensuite été dépistés sur les différents cibles suivants.: deux souches de champignons (Cladosporium cucumerinum et Candida albicans), l'enzyme acétylcholinesterase et le radical DPPH. La deuxième partie de ce travail a été consacrée sur l'étude comparative des deux variétés (glabre et poilue) de H. serpens à la fois sur le plan biologique et sur le plan phytochimique. A l'issue de cette comparaison, nous avons constaté que l'utilisation de ces deux variétés en médecine traditionnelle malgache n'est pas un hasard ; les deux variétés avaient présenté une activité biologique très remarquable et contiennent les mêmes substances actives. Ces résultats démontrent les potentiels thérapeutiques de H serpens en médecine traditionnelle malgache et pourraient également encourager les tradipraticiens à utiliser la variété glabre tout en protégeant la variété poilue qui est en voie de disparition actuellement. En bref, l'investigation phytochimique de H. serpens justifiée par l'isolement et l'identification de certains de ses principes actifs ouvre la voie aux recherches des médicaments d'origine naturelle. Abstract In Madagascar, as in many developing countries, most people use plants to cure. A large number of plant species are employed in Malagasy traditional medicine. Moreover, most of these plants have been subject only very little scientific study. As part of a phytochemical investigation of plants used in Malagasy traditional medicine and in the search for new biologically active substances, Hypoestes serpens (Vah1) R.Br. (Acanthaceae) was investigated. This species exists in two varieties (glabrous and hairy) which are used in the south-center part of Madagascar to treat gonorrhoea. From the dichloromethane extract of the leaves of H. serpens (Vah1) R. Br. glabrous variety, 12 diterpenoids 8 of which were new, were isolated. They showed antifungal activity against the plant pathogen Cladosporium cucumerinum, in the direct TLC bioautography. Some of them also had activity against the yeast Candida athicans and inhibited acetylcholinesterase. The diterpenes are considered as the principal secondary metabolites of the genus Hypoestes. Fractionation of the methanol extract led to the isolation of 5 flavonoid glycosides, 4 of which were C-glycosides, never before identified in the Acanthaceae family. These flavonoids showed radical scavenging activity against DPPH. The fractionation and the purification of the extracts were achieved by different chromatographic techniques such as open-column chromatography, gel filtration, high- pressure liquid chromatography, medium-pressure liquid chromatography and low-pressure liquid chromatography. Moreover, the structures of the isolated compounds were elucidated by spectroscopic techniques (UV, MS, NMR) and chemical technique (acid hydrolysis). In addition, some physical methods (X-ray crystallography, measurement of optical rotation) were performed to confirm some structures. As the species Hypoestes serpens (Vah1) R. Br. is present in two varieties, a comparative study was carried out. This study showed that these two varieties had similar biological activity. Finally, a coupled analytical technique HPLC-UV-APCI-MS showed the presence of the same compounds in both the glabrous and hairy varieties.

Comparative population genetic structure in a plant-pollinator/seed predator system.

Comparative analyses of spatial genetic structure of populations of plants and the insects they interact with provide an indication of how gene flow, natural selection and genetic drift may jointly influence the distribution of genetic variation and potential for local co-adaptation for interacting species. Here, we analysed the spatial scale of genetic structure within and among nine populations of an interacting species pair, the white campion Silene latifolia and the moth Hadena bicruris, along a latitudinal gradient across Northern/Central Europe. This dioecious, short-lived perennial plant inhabits patchy, often disturbed environments. The moth H. bicruris acts both as its pollinator and specialist seed predator that reproduces by laying eggs in S. latifolia flowers. We used nine microsatellite markers for S. latifolia and eight newly developed markers for H. bicruris. We found high levels of inbreeding in most populations of both plant and pollinator/seed predator. Among populations, significant genetic structure was observed for S. latifolia but not for its pollinator/seed predator, suggesting that despite migration among populations of H. bicruris, pollen is not, or only rarely, carried over between populations, thus maintaining genetic structure among plant populations. There was a weak positive correlation between genetic distances of S. latifolia and H. bicruris. These results indicate that while significant structure of S. latifolia populations creates the potential for differentiation at traits relevant for the interaction with the pollinator/seed predator, substantial gene flow in H. bicruris may counteract this process in at least some populations.

Changes in reproductive investment with altitude in an alpine plant

Aims: In perennial species, the allocation of resources to reproduction results in a reduction of allocation to vegetative growth and, therefore, impacts future reproductive success. As a consequence, variation in this trade-off is among the most important driving forces in the life-history evolution of perennial plants and can lead to locally adapted genotypes. In addition to genetic variation, phenotypic plasticity might also contribute to local adaptation of plants to local conditions by mediating changes in reproductive allocation. Knowledge on the importance of genetic and environmental effects on the trade-off between reproduction and vegetative growth is therefore essential to understand how plants may respond to environmental changes. Methods: We conducted a transplant experiment along an altitudinal gradient from 425 m to 1921 m in the front range of the Western Alps of Switzerland to assess the influence of both altitudinal origin of populations and altitude of growing site on growth, reproductive investment and local adaptation in Poa alpina. Important findings: In our study, the investment in reproduction increased with plant size. Plant growth and the relative importance of reproductive investment decreased in populations originating from higher altitudes compared to populations originating from lower altitudes. The changes in reproductive investment were mainly explained by differences in plant size. In contrast to genetic effects, phenotypic plasticity of all traits measured was low and not related to altitude. As a result, the population from the lowest altitude of origin performed best at all sites. Our results indicate that in P. alpina genetic differences in growth and reproductive investment are related to local conditions affecting growth, i.e. interspecific competition and soil moisture content.

Cuticular defects lead to full immunity to a major plant pathogen.

In addition to its role as a barrier, the cuticle is also a source of signals perceived by invading fungi. Cuticular breakdown products have been shown previously to be potent inducers of cutinase or developmental processes in fungal pathogens. Here the question was addressed as to whether plants themselves can perceive modifications of the cuticle. This was studied using Arabidopsis thaliana plants with altered cuticular structure. The expression of a cell wall-targeted fungal cutinase in A. thaliana was found to provide total immunity to Botrytis cinerea. The response observed in such cutinase-expressing plants is independent of signal transduction pathways involving salicylic acid, ethylene or jasmonic acid. It is accompanied by the release of a fungitoxic activity and increased expression of members of the lipid transfer protein, peroxidase and protein inhibitor gene families that provide resistance when overexpressed in wild-type plants. The same experiments were made in the bodyguard (bdg) mutant of A. thaliana. This mutant exhibits cuticular defects and remained free of symptoms after inoculation with B. cinerea. The expression of resistance was accompanied by the release of a fungitoxic activity and increased expression of the same genes as observed in cutinase-expressing plants. Structural defects of the cuticle can thus be converted into an effective multi-factorial defence, and reveal a hitherto hidden aspect of the innate immune response of plants.

Approaching invasive species in Madagascar

While a number of plants, animals, and insects in Madagascar have been called 'invasive', the topic of invasive species has until recently received less attention here than in other island contexts. Some species, often alien to Madagascar and introduced by humans, have expanded their range rapidly and have had both negative and positive effects on landscapes, on native biodiversity, and on livelihoods. Examples include the prickly pear (raketa), the silver wattle (mimosa), and, recently, the Asian common toad (radaka boka). Building on a conceptual approach to 'invasive species', this paper emphasizes the importance of inclusive and deliberative site- and population - specific management of invasive species. It analyses three separate concepts commonly used in definitions of invasion: the origin, behaviour, and effects of particular species. It places these concepts in their broader social and ecological context, with particular attention to local perspectives on invasive species. We illustrate these concepts with Malagasy examples and data. The examples demonstrate that while invasions can have dramatic consequences, there can be multiple, often competing, interests as well as site - specific biophysical, environmental, and cultural considerations that need to be taken into account when designing policy and management interventions. We conclude with a number of lessons learned. RESUME FRANCAIS Contrairement à la plupart des autres îles, et en dépit du qualificatif 'invasif' rattaché depuis longtemps à certaines espèces qui s'y sont naturalisées, les réflexions autour de l'approche des espèces invasives à Madagascar demeurent récentes. L'opuntia (Opuntia spp.) figure certes parmi les plus anciens exemples d'espèces traités dans la littérature sur les invasions biologiques. Mais ce n'est vraiment qu'avec le retentissement médiatique autour de la détection en 2011 de la présence du crapaud masqué (Duttaphrynus melanostictus) et la recherche d'une parade appropriée que s'est affirmée la nécessité de traiter cette question des espèces invasives en tant que telle. Une posture nativiste et uniforme qui ignorerait la spécificité des contextes biophysiques et socio - économiques locaux, mais aussi la pluralité des formes d'invasion biologique et des défi- nitions qui s'y rattachent, ne saurait être privilégiée. L'article montre qu'il s'agit de situer les réflexions dans un contexte insulaire socio - économique dans lequel les espèces allogènes tiennent depuis longtemps une large place. Il défend en outre la nécessité d'envisager les espèces invasives non pas selon une forme de perception unique et autoritariste, mais selon une diversité de points de vue, conforme aux conflits d'intérêts qui se manifestent parfois, et mettant plutôt en avant le caractère exogène des espèces invasives, leurs effets (négatifs, mais aussi positifs) sur le milieu, ou leur mode de fonctionnement (disper- sion, dominance) dans des contextes spécifiques et locaux. Il convient en particulier d'observer qu'aux coûts générés par les invasions biologiques peuvent s'ajouter des bénéfices économiques, et que les impacts écologiques néfastes peuvent se combiner avec des incidences heureuses, y compris auprès d'espèces indigènes en situation critique. En outre, le point de vue des populations humaines, leur connaissance d'espèces invasives quotidiennement rencontrées, leur réticence à scin- der le vivant en espèces indigènes et allogène, mais aussi leur vision pragmatique, ne sauraient être mésestimés, et moins encore oubliés. Enfin, l'article invite à prendre du recul face aux effets rhétoriques liés aux discours conventionnels sur les inva- sions biologiques, à éviter les amalgames et les généralisations excessives, à tenir compte des contraintes environnementales mais aussi des aspirations socio - économiques des populations locales, et à prendre en compte la diversité des spécificités locales, qu'elles soient biophysiques ou sociales. En conclusion, il est sans doute heureux que Madagascar n'ait rejoint que très récemment la mouvance internationale des réflexions sur les espèces invasives : cela lui permet en effet d'être en mesure de disposer d'une position équilibrée, déjouant certains discours catastrophistes, et préférant une approche résolument contextualisée, à l'échelle nationale comme aux échelles régionales.