La fibrilline est une protéine majeure des structures fibrillaires de stockage des caroténoïdes dans les chromoplastes de poivron et elle semble être impliquée lors de réponses de la plante à des stress environnementaux. Afin de mieux comprendre la fonction de cette protéine, nous avons étudié ses homologues chez la plante modèle Arabidopsis thaliana. Nous avons identifié 13 gènes codant des membres de cette famille de protéines et nous les avons classés en 10 sous-familles. Sachant que des protéines de type fibrilline sont également présentes chez d'autres plantes et chez des cyanobactéries, nous proposons un schéma de l'évolution de cette famille de gènes dont les membres présents chez les plantes seraient issus de la multiplication de gènes ancestraux qui présentent des homologues chez les cyanobactéries. L'expression des 13 gènes de type fibrilline d'Arabidopsis thaliana est régulée différemment suivant les organes ou les conditions environnementales. Nous avons concentré notre étude sur la sous-famille 1-2 qui est la plus proche de la fibrilline de poivron identifiée à l'origine. Les 3 gènes présentent une régulation développementale avec une expression conséquente dans les feuilles et les fleurs. L'accumulation de la protéine FIB1b dans ces organes suggère une régulation transcriptionnelle de FIB1b. Les gènes FIB1a et FIB1b sont également induits lors de stress environnementaux, comme l'est le gène de la fibrilline de poivron, alors que le gène FIB2 est constitutivement exprimé. L'implication des fibrillines dans la réponse au stress a été étudiée par l'analyse de plantes ARNi réprimant l'expression des gènes de la sous-famille FIB1-2. Ces plantes montrent une croissance retardée, mais peu de modifications en réponse à un stress. Afin de mieux comprendre la voie de régulation qui conduit à l'induction du promoteur du gène de la fibrilline de poivron en réponse à un stress, nous avons développé une approche de mutagenèse. Pour cela, nous avons produit et criblé une population de mutant EMS d'Arabidopsis thaliana comportant une construction dans laquelle deux gènes rapporteurs (LUC, GUS) sont sous le contrôle du promoteur de la fibrilline de poivron. Des mutants, dont l'activité des gènes rapporteurs est altérée, ont été isolés.

L'amélioration de la technique, permettant d'induire in situ la gynogenèse afin de fiabiliser la production de lignées haploïdes doublées (HD) de maïs, a été entreprise. L'intérêt de son intégration dans les schémas de sélection, par rapport aux méthodes conventionnelles a été évalué. Le pourcentage moyen de plantes haploïdes obtenues, est passé d'environs 2,5 à environs 5 , puis 7. Dans une très large variabilité génétique il n'a généralement pas été observé de génotypes ne répondant pas à l'induction de la gynogenèse. Les lignées HD ont des phénotypes très semblables à ceux des lignées obtenues par autofécondation. Pour le rendement, la variance génétique des lignées HD est presque deux fois supérieure à celle des familles S1 dont elles sont issues. Par cycle de sélection récurrente, les lignées HD sont plus efficaces que les familles S1. L'haplométhode, mise au point au cours de ce travail, peut donc être considéré comme efficace et intéressante pour la selection d'hybrides de maïs.

Les plantes dépendent de leur système racinaire pour leur ancrage au substrat et leur nutrition hydrique et minérale. La bonne réalisation de ces fonctions dépend fortement de l'architecture du système racinaire dans son ensemble. Dans la plante modèle Arabidopsis thaliana, la ramification racinaire est la résultante d'événements d'initiation et d'émergence de nouvelles racines latérales, et présente un fort lien avec l'hormone végétale auxine. Le déroulement des événements d'initiation et d'émergence est aujourd'hui bien décrit aux échelles moléculaire et cellulaire, mais peu de données sont disponibles pour expliciter la régulation globale de ces événements. <br /><br />A l'aide d'une approche mêlant biologie, analyse mathématique et modélisation informatique, cette thèse s'est attachée à élucider les mécanismes de régulation de ces événements chez Arabidopsis, afin de proposer une vue intégrée de la ramification racinaire. <br /><br />Nous avons montré que la graviperception et l'initiation des racines latérales sont régulés par un même flux d'auxine, et qu'une gravistimulation peut induire l'initiation d'une nouvelle racine latérale. Nous avons mis en évidence l'existence d'un équilibre entre initiation et émergence basé sur une compétition pour les ressources. Enfin, nous avons développé un modèle macroscopique et un modèle cellulaire de flux d'auxine dans la racine, et avons analysé les propriétés respectives de ces deux modèles.

La rose présente un intérêt économique très important tant pour son utilisation pour la parfumerie et les cosmétiques que pour son utilisation en horticulture. La rose moderne résulte d'un long processus de sélection au cours duquel les variétés cultivées pour la fleur coupée, notamment, ont perdu leur parfum. Le parfum des roses est un mélange complexe de composés volatils, parmi lesquels les monoterpènes représentent une proportion importante. Aujourd'hui, le parfum est devenu un caractère de choix pour les créateurs de nouvelles variétés. Dans un premier temps, nous nous sommes attaché à caractériser le pétale de rose en tant qu'organe producteur et sécréteur de composés volatils. Nous avons pu montrer que les deux épidermes du pétale produisent et émettent des composés et renferment une enzyme responsable de leur synthèse. Des structures caractéristiques de la synthèse des monoterpènes ont été mises en évidence. Une étude comparative des pétales de roses parfumées et inodores a été réalisée parallèlement. Dans un deuxième temps, deux gènes impliqués dans la biosynthèse des monoterpènes ont été isolés : RhDXR et RhGPPS. L'activité enzymatique de la protéine RhGPPS n'a pas pu être mise en évidence in vitro. L'expression de ce gène est constitutive et non spécifique des roses produisant des monoterpènes. Le gène RhDXR code pour une protéine fonctionnelle. Son expression a été étudiée par RT-PCR semi-quantitative et sa localisation subcellulaire a été précisée par des fusions avec la GFP. Des tabacs transgéniques surexprimant RhDXR sont en cours d'analyse, dans le but d'évaluer la capacité des plantes à augmenter leur production en composés volatils.

Une méthode photographique pour estimer la géométrie d'arbres isolés a été développée sous la forme d'un logiciel appelé Tree Analyser. Il utilise un jeu de photographies de l'arbre, où chaque pixel est associé à la végétation ou au fond de l'image. Chaque image doit aussi être renseignée par ses paramètres géométriques (position et direction de visée, focale). La méthode permet d'estimer la dimension de la couronne, son volume, la surface foliaire totale et sa distribution spatiale. Les dimensions et le volume sont estimés à partir de la silhouette de la plante. Un procédé itératif d'érosion permet de calculer le volume. La surface foliaire totale est calculée par une méthode d'inversion de la fréquence de trous mesurée sur la photo, utilisant la loi de Beer ou la loi binomiale. La distribution spatiale de surface foliaire est estimée par une technique d'optimisation de moindres carrés non linéaires. Les méthodes ont été testées avec succès à partir d'une gamme d'arbres digitalisés en 3D.

La vacuole est un organite qui joue un rôle important dans de nombreux processus de la cellule végétale, et en particulier dans la protection contre les toxiques cellulaires. Parmi ceux-ci, le cadmium est un polluant courant qui affecte les fonctions physiologiques de la plante. La vacuole est connue pour sa capacité à séquestrer les ions métalliques présents dans le cytosol. Toutefois, les acteurs protéiques de cette compartimentation, et notamment les transporteurs, ne sont pas bien connus. Afin de mieux comprendre le rôle de cet organite dans les mécanismes de protection contre le stress métallique, nous avons mis en place une série d'outils d'analyse du protéome vacuolaire, dans le but de réaliser une caractérisation protéomique de référence de cet organite, utile pour l'étude de sa dynamique en conditions de stress. Mon travail a consisté dans un premier temps à mettre au point une méthode de purification de vacuoles à partir de cellules en culture d'Arabidopsis thaliana. La pureté des échantillons obtenus a été confirmée à l'aide de tests biochimiques (western-blots et mesures d'activités enzymatiques) et nous avons pu initier l'analyse par spectrométrie de masse des constituants protéiques de la membrane et de la fraction soluble de la vacuole. Celle-ci a permis d'identifier 689 protéines non-redondantes, dont 110 transporteurs. La localisation in vivo de 5 d'entre elles a été réalisée via l'expression in planta de ces protéines fusionnées à la GFP. Cette première approche protéomique a été complétée d'une étude plus approfondie du protéome vacuolaire, visant à en acquérir des notions quantitatives et organisationnelles. Pour cela, des gels d'électrophorèses bidimensionnelles (IEF / SDS-PAGE) ont été réalisés à partir de la fraction soluble des vacuoles. Les spots résolus ont été quantifiés via le logiciel d'analyse d'images PDQuest et identifiés par spectrométrie de masse. Cette étude a permis de mettre en évidence un certain nombre de protéines majeures de ce compartiment et a porté le nombre total de protéines vacuolaires identifiées par nos travaux à 709. Quelques protéines connues pour être cytosoliques ont toutefois été retrouvées, et une cartographie du protéome cytosolique a également été réalisée afin de la comparer avec celle du protéome soluble de la vacuole et tenter de mieux comprendre l'origine de ces protéines. Cette analyse a été complétée d'une expérience préliminaire de digestion de vacuoles intactes par la protéinase K. Les résultats obtenus suggèrent la présence de protéines à l'intérieur de la vacuole (probablement en cours de dégradation), et d'autres associées à la face externe du tonoplaste probablement de façon spécifique. Enfin, la présence de complexes protéiques a été évaluée à travers la réalisation d'électrophorèses en conditions non dénaturantes qui ont permis de retrouver des complexes connus (ATPase vacuolaire) mais aussi de mettre en évidence plusieurs complexes putatifs de protéines diverses (protéases, glycosidases ...). Un dernier aspect de mon travail a enfin consisté à développer un outil informatique d'exploitation de données d'analyses à haut débit. La confrontation, grâce à cette structure, des résultats de protéomiques vacuolaires et d'autres d'expression génique lors d'un stress cadmium ont permis d'identifier des protéines présentes dans (ou associées à) la vacuole dont le niveau de transcrit est modulé lors d'un stress. Ces analyses croisées ont notamment mis en évidence la protéine DWARF1, qui catalyse une étape de la biosynthèse des brassinostéroïdes, une classe d'hormones. L'étude de l'implication de cette hormone a alors montré que celle-ci est capable de moduler la tolérance au cadmium de plantules, très probablement via des mécanismes qui n'ont encore jamais été identifiés. L'ensemble de ce travail constitue une base pour l'étude ultérieure de la dynamique du protéome vacuolaire. Il propose des méthodes et des outils d'analyse, ainsi qu'une série de données de référence, pour mieux comprendre les processus vacuolaires de la détoxication métallique, et a d'ores et déjà permis de mettre en évidence des aspects nouveaux du fonctionnement de cet organite.

Trois ARN polymérases sont responsables de la transcription du génome plastidial. L'une d'entre elle, la PEP (Plastid-Encoded RNA Polymerase), est de type eubactérien et multimérique. Cette enzyme interagit avec des facteurs de transcription de type sigma au niveau des régions promotrices des gènes cibles. Chez Arabidopsis thaliana, six facteurs sigma sont codés par des gènes nucléaires et sont localisés dans les plastes. Nous avons étudié la fonction du facteur sigma 3 (SIG3), à l'aide de mutants d'insertion d'ADN-T d'Arabidopsis. L'analyse du profil d'expression des gènes plastidiaux (transcriptome) par puce à ADN nous a permis de montrer que le complexe PEP/SIG3 transcrit spécifiquement le gène psbN et régule l'expression des gènes atpH, atpA, atpE, atpF et atpB. Le gène psbN se trouve sur le brin opposé de l'opéron psbB, entre les gènes psbT et psbH. L'expression de psbN produit des ARNs antisens de psbT. Des expériences de protection à la RNase A/T1 nous permettent de suggérer que les transcrits sens et antisens de psbT forment in vivo un ARN double brin. Nous avons montré que chez le mutant sig3, le transcrit antisens de psbT est totalement absent alors que la protéine PsbT est plus abondante par rapport au sauvage. Ces résultats suggèrent que la formation d'un ARN double brin psbT sens/antisens diminue l'efficacité de la traduction de la protéine PsbT. Ainsi, le complexe SIG3-PEP, en reconnaissant spécifiquement le promoteur du gène psbN, permet la synthèse de transcrits complémentaires à psbT ce qui constitue un outil de régulation de l'expression de la protéine PsbT. Les gènes atpH et atpB font partie respectivement de l'opéron atpI/atpH/atpF/atpA et l'opéron atpB/atpE. En utilisant la spectinomycine, nous avons montré que l'expression des différents gènes codant les sous unités de l'ATP synthase plastidiale est exclusivement contrôlée par l'ARN polymérase plastidiale, PEP. Nous avons ensuite analysé l'expression de ces opérons dans le mutant sig3. Le gène atpH code la sous unité CF0-III du complexe de l'ATP synthase, 5-12 fois plus abondante que les autres sous unités. Le gène atpB code la sous unité β du complexe CF1 de l'ATP synthase. Nous avons observé par puce à ADN chez la plante sauvage que l'accumulation de l'ARNm atpH est 5 à 12 fois plus importante que les autres transcrits codant les sous unités de l'ATP synthase. Nous avons montré que l'ARNm atpH est produit soit par co-transcription des gènes atpI/atpH soit par transcription à partir d'un promoteur (PatpH-413) reconnu par le complexe SIG3-PEP. Nous suggérons ainsi que le complexe PEP/SIG3 pourrait participer par la régulation transcriptionnelle de l'expression du gène atpH à l'établissement de la stœchiométrie de l'ATP synthase plastidiale chez Arabidopsis thaliana. Par contre, l'opéron atpB/atpE est transcrit à partir de deux promoteurs: PatpB -520 et PatpB -467. Seul le promoteur PatpB -467 est sous le contrôle du facteur SIG3. Ces résultats suggérent donc que le facteur SIG3 régule de manière plus atténuée l'expression de l'opéron atpB/atpE.

La Sucrose non-fermenting Related Kinase (SnRK1), en interaction avec ses deux sous unités : b et g (SNF4), est un important régulateur du métabolisme et des réponses aux stress chez les plantes. Le but de cette thèse est d'étudier le rôle de MtSNF4b, une sous unité g spécifique des graines de Medicago truncatula, pendant l'imbibition en relation avec la germination. Une analyse physiologique de la germination des graines RNAi MtSNF4b au cours de la post maturation à sec montre que les graines n'exprimant pas MtSNF4b perdent leur dormance plus rapidement que les graines de type sauvage. Une analyse transcriptomique comparative entre des embryons RNAi MtSNF4b et types sauvages montre que la plupart des gènes sont réprimés dans les graines RNAi MtSNF4b et sont liés au stress biotiques. Ces gènes codent des pathogenesis related protéines de type PR-10, des chitinases ou des facteurs de transcription de type WRKY et des enzymes impliquées dans le métabolisme secondaire, notamment les voies métaboliques des phénylpropanoïdes et des isoflavonoïdes pour la biosynthèse de la médicarpine. Cependant, aucune différence dans la sensibilité des semences imbibées de type sauvage et RNAi MtSNF4b à deux souches de Xanthomonas par l'analyse de dynamiques de tailles des populations bactériennes n'a pu être mise en évidence. Des résultats préliminaires d'une étude de double hybride mettent en évidence plusieurs candidats potentiellement impliqués dans la régulation de ces gènes. La protéine MtSNF4b semble connecter la post maturation à sec avec les mécanismes de défenses dans les graines dormantes de Medicago truncatula.

Au cours du développement des plantes, l'auxine contrôle de nombreux processus dont notamment la dominance apicale, le phototropisme, la phyllotaxie, la formation des racines latérales et le développement des fruits. Le métabolisme, la perception ainsi que la signalisation de l'auxine ont majoritairement été étudiés chez Arabidopsis. Afin d'élucider la fonction de cette hormone au cours du développement des fruits, nous avons utilisé la tomate comme plante modèle. En effet la tomate est à la fois une espèce référence pour la famille des Solanacées mais également pour les plantes à fruits charnus. Les gènes Aux/IAA jouent un rôle déterminant dans la voie de signalisation auxinique en formant notamment un complexe avec l'un des récepteurs de cette hormone et en réprimant l'activité des facteurs de transcriptions de type ARF. Au cours de ce travail, nous avons caractérisé la famille multigènique des Aux/IAA chez la tomate. Elle est composée de 25 membres que nous avons nommés en référence à ceux d'Arabidopsis. Le niveau d'expression des gènes Aux/IAA est variable en fonction du gène, de l'organe ou du tissu considéré. L'expression de plusieurs de ces gènes est régulée à la fois par l'auxine et l'éthylène, ce qui suggère que les Aux/IAA sont reliés aux voies de signalisation de ces deux hormones. L'élucidation de la fonction des Aux/IAA de tomate est réalisée à travers la caractérisation de plantes transgéniques avec une attention particulière portée aux lignées montrant des phénotypes affectant le développement et la qualité du fruit ou présentant un intérêt pour le dialogue entre l'auxine et l'éthylène. Parmi ces lignées, les plantes sous-exprimant le gène Sl-IAA27 présentent une altération du développement des fleurs et des fruits. De plus, la diminution de l'expression de Sl-IAA27 entraine la sous-expression de gènes impliqués dans la voie de biosynthèse de la chlorophylle se traduisant par une diminution de la teneur en chlorophylle dans les feuilles. Ces résultats montrent la diversité fonctionnelle des Sl-IAA et souligne le rôle de régulateur joué par l'auxine au cours du développement du fruit.

Notre objectif à travers ce travail a été d'évaluer l'effet de l'exposition d'un organisme vivant à un CEM HF tel qu'il est possible d'en observer en milieu urbain. Ceci a été abordé en irradiant des plants de tomate par un CEM de courte durée (2 à 10 min), de faible amplitude (5 à 40 V.m-1), et dont la fréquence est l'une des plus utilisées par la téléphonie mobile (900 Mhz). Nous avons fait les choix suivants: un traitement electromagnétique bref ; un modèle vivant Eucaryote immobile: Lycopersicum esculentum ; un temps d'analyse court( l'heure suivant le traitement) ; un matériel d'émission conçu pour l'étude des CEM - Chambre Réverbérante à Brassage de Modes (CRBM) - et enfin des paramètres sensibles et précis (abondance d'ARN messagers, statuts énergétiques cellulaires) . Ces conditions nous ont permis de démontrer plusieurs analogies importantes entre la réponse moléculaire des plantes au CEM et leur réponse à des stress abiotiques tels que des brûlures de feuilles.