Parmi les principaux polluants générés par les activités industrielles, les métaux lourds, tels que le Cu, le Pb, le Cr... posent des problèmes particulièrement préoccupants. En effet, ces éléments, par nature non biodégradables, présentent une forte écotoxicité et pourraient être impliqués dans de nombreuses pathologies. Ainsi, pour reprendre les termes d'un récent rapport de l'Office Parlementaire des Choix Scientifiques et Technologiques : « si les métaux lourds ont fait la civilisation, ils peuvent aussi la défaire ». Il est donc aujourd'hui indispensable non seulement de mieux connaître les effets de ces polluants sur les organismes vivants, mais aussi de mettre en œuvre des solutions durables, visant à limiter leurs risques. Dans ce contexte, les plantes représentent un objet d'étude intéressant. En effet, celles-ci, directement confrontées aux composés toxiques du milieu, pourraient non seulement être utilisées en tant que marqueurs de la toxicité du milieu, mais aussi en tant qu'outil de stabilisation des polluants. Cependant, à l'heure actuelle, les données concernant l'influence des métaux lourds sur les communautés végétales soumises à une exposition chronique de polluants, de même que le rôle des plantes sur le devenir des métaux, sont encore insuffisantes. Il est donc nécessaire de poursuivre les recherches dans ce domaine afin de mieux comprendre les modalités des interactions entre les plantes et les milieux pollués et de trouver de nouvelles espèces utilisables dans des programmes de phytoremédiation.<br />Pour répondre à cet objectif, l'étude des populations végétales naturelles de trois crassiers métallurgiques de la région Rhône-Alpes a été réalisée. Malgré de fortes teneurs en métaux lourds, les relevés réalisés ont permis de répertorier un peu plus de 200 espèces de plantes supérieures appartenant à une cinquantaine de familles botaniques. Par ailleurs, l'utilisation d'une méthode chimique normalisée a montré que la fraction métallique “phytodisponible” était importante. Par opposition, l'analyse des concentrations foliaires n'a pas permis de mettre en évidence une accumulation métallique supérieure à celle retrouvée dans une plante référence. Par conséquent, le risque de transfert des polluants métalliques apparaît limité. L'analyse des relevés phytosociologique a cependant révélé que le substrat influence l'organisation de groupements végétaux inédits, qui pourraient être utiles pour désigner la végétation la plus adaptée pour un programme de phytoremédiation. Au sein de ces groupements, une espèce abondante, Plantago arenaria Waldst. & Kit. a montré de bonnes capacités de tolérance vis-à-vis de différents métaux lourds, en particulier pour le cadmium. Il s'est avéré que la tolérance de cette espèce est un caratère constitutif pour le Cd et le Ni et un caractère adaptatif pour le Cu. Cette bonne tolérance constitutive pourrait être une caractéristique des plantes pionnières et résistantes à la sécheresse. Chez cette espèce, les mécanismes de résistance au cadmium semblent impliquer une activation du système anti-oxydant racinaire et une limitation de la translocation.<br />La suite possible de ce travail pourrait consister à orienter les recherches vers les mécanismes complémentaires de la résistance aux métaux lourds chez P. arenaria et notamment en ce qui concerne les phénomènes de chélation intracellulaire. D'autre part, il serait intéressant de procéder aux premiers tests de recolonisation en conditions réelles.

La symbiose Methylobacterium nodulans / Crotalaria podocarpa est une symbiose originale. En effet, la méthylotrophie, propriété remarquable de la bactérie, s'exprime à l'apex du nodule et modifie localement le métabolisme : une dégradation apicale marquée des tissus est observée suite à une digestion des parois végétales, libérant du méthanol directement utilisable par la bactérie. Grâce à ce métabolisme, le bactéroïde -de taille et de forme inhabituellement grandes- fournirait l'énergie nécessaire à l'activité de la nitrogénase, et permettrait à la plante d'accumuler des réserves carbonées sous forme d'amyloplastes dans les cellules infectées. Cette propriété méthylotrophique bactérienne apporte également à la plante-hôte un gain de biomasse (>40 % par rapport aux mutants non méthylotrophes). En revanche, à l'échelle de l'espèce, la crotalaire n'est pas avantagée, en termes de fixation d'azote, à s'associer avec M. nodulans ou avec Bradyrhizobium sp., autre genre bactérien décrit en symbiose avec ces plantes. L'originalité de cette association symbiotique se situe également au niveau du dialogue moléculaire : les gènes nod de M. nodulans sont insensibles aux isoflavones, flavonoïdes inducteurs des Bradyrhizobium, mais sont induits par les flavanones et les flavones. L'analyse phylogénétique des gènes nod révèle que M. nodulans forme une branche particulière avec Methylobacterium sp. 4-46 et Burkholderia tuberum STM678, isolées de nodules de Légumineuses appartenant à la tribu des Crotalariae. Au niveau du signal bactérien, une structure unique de facteur Nod a été caractérisée chez M. nodulans ORS2060T : MnV(C18:1, S). Enfin, si la symbiose fonctionnelle M. nodulans/ Crotalaria a été identifiée seulement chez trois espèces de ce genre, la capacité du partenaire bactérien à former des pseudonodules avec d'autres Crotalaria laisse entrevoir un rôle clé de plusieurs composés pendant le processus d'infection suggérant différents mécanismes moléculaires impliqués dans la spécificité d'hôte.

La paroi cellulaire des végétaux supérieurs est une structure complexe jouant de nombreux rôles au cours du développement ainsi qu'en réponse aux stress. Les protéines pariétales sont notamment importantes au cours de l'élongation cellulaire. Des hypocotyles étiolés d'Arabidopsis thaliana ont été choisi comme modèle d'élongation cellulaire parce qu'ils subissent une élongation polarisée et rapide en l'absence de division cellulaire. Deux stades de développement ont été comparés grâce à des analyses protéomique et transcriptomique : pendant leur élongation vs après la fin de leur croissance. Pour rendre l'analyse protéomique efficace, une nouvelle méthode de purification de parois et une stratégie de séparation des protéines pariétales ont été établies. Les protéines ont été identifiées par cartographie peptidique massique en utilisant la spectrométrie de masse de type MALDI-TOF. Cette étude a permis d'identifier 137 protéines parmi lesquelles 51 n'avaient pas été identifiées auparavant. Plusieurs familles de protéines connues pour être impliquées dans l'elongation cellulaire ou son arrêt ont été trouvées par l'une ou l'autre approche (XTH, PG, expansines, peroxydases, laccases). De nouvelles protéines candidates pour jouer des rôles dans l'élongation cellulaire ont été identifiées, telles des protéases, des protéines liées au métabolisme des lipides ou des protéines de fonction inconnue. La comparaison des résultats de protéomique et de transcriptomique ne montre pas de cohérence systématique, suggérant l'existence de mécanismes de régulation post-transcriptionnels des gènes codant les protéines pariétales.

Chez les espèces végétales soumises à dessiccation, les réserves lipidiques des graines sont stockées sous forme de globules, les oléosomes. Ces oléosomes sont composés d'un cœur de triglycérides (TGs), entouré d'une monocouche de phospholipides (PLs) dans laquelle s'insèrent de petites protéines, majoritairement des oléosines. Ces protéines sont constituées de trois domaines : N- et C-terminaux amphiphiles et un segment central hydrophobe de 72 acides aminés très conservé. Les oléosines sont certainement des protéines de structure et par leur présence, les oléosomes ne coalescent pas, même lors de la re-imbibition de la graine au moment de la germination. Bien que les levures présentent des organites de stockage similaires à ceux des végétaux, leur pool protéique est très différent. Nous avons cloné et exprimé deux isoformes d'oléosines d'A. thaliana dans E. coli et dans Y. lipolytica. Les oléosines exprimées chez la levure sont bien dirigées vers le corps lipidique. Par ailleurs, les oléosines exprimées chez la bactérie ont été purifiées à l'homogénéité en conditions dénaturantes. Par des études in silico et in vitro d'oléosine, nous postulons que le segment hydrophobe est organisé en hélices α. Des études de tension de surface ont montré que les oléosines recombinantes purifiées pouvaient s'insérer à des interfaces eau / huile et qu'elles en abaissaient fortement la tension de surface (ceci mieux que des caséines β). Elles peuvent aussi s'insérer dans des monocouches de PLs situées à l'interface eau / air. Les oléosines des végétaux présentent donc bien des caractéristiques d'émulsifiant huile dans eau.

Le maïs est l'une des plantes les plus utilisées dans le monde. Le maïs cultivé aujourd'hui résulte de cinq siècles d'amélioration par l'homme. Les techniques d'hybridation ainsi que l'utilisation des biotechnologies ont abouti à une grande diversité de variétés de<br />maïs, face auxquelles les croisements intervariétaux nécessitent d'être maîtrisés. En particulier, la coexistence entre maïs transgénique et non transgénique est actuellement au<br />cœur du débat scientifique. Pour répondre à cette question, l'approche actuelle est de mesurer directement la fécondation croisée. Cependant, elle ne permet pas de fournir un outil prédictif car elle ne fait pas le lien avec les conditions de l'environnement physique, et plus particulièrement les conditions météorologiques. L'objet de ce travail est de mieux comprendre les processus de dispersion atmosphérique du pollen de maïs à l''aide d''une approche mécaniste à l'échelle de la parcelle. Dans un premier temps, un modèle mécaniste initialement développé pour étudier la dispersion atmosphérique de l'ammoniac a été adapté à la dispersion du pollen de maïs. Ensuite, pour valider le modèle, des mesures dispersion de pollen ont été effectuées.

La division des chloroplastes des cellules végétales fait intervener des protéines d'origine procaryotique et eucaryotique. Parmi les protéines d'origine procaryotique on trouve la protéine FtsZ, l'ancêtre de la tubiline. Alors que les bactéries n'utilisent qu'une protein FtsZ pour se diviser, les chloroplastes de plantes supérieures possedent deux familles de protéines FtsZ: FtsZ1 et FtsZ2. La caractérisation des mutants FtsZ d'Arabidopsis thaliana montre que les protéines FtsZ en plus d'être impliquées dans la division des plastes ont acquis de nouvelles fonctions au cours de l'évolution. La localization des protéines FtsZ avec les thylacoïdes au cours du développement suggère un rôle des protéines FtsZ dans la biogenèse des chloroplastes au cours du développement des feuilles. Le nombre et la taille des grains d'amidon dans les mutants d'Arabidopsis, ainsi que l'expression des protéines FtsZ au cours de la transition proplastes-amyloplastes dans les cellules BY2 de tabac, suggèrent une fonction de ces protéines dans le metabolisme du grain d'amidon.

La rose est la fleur la plus vendue au monde. Elle a une place prépondérante en horticulture et dans l'industrie des parfums, c'est pourquoi des études visant à préciser les mécanismes cellulaires d'émission du parfum ont été entreprises. Des travaux antérieurs ont permis d'émettre une hypothèse selon laquelle le parfum serait véhiculé par des vésicules lipidiques. Nos observations ont montré que dans les pétales de roses, les vésicules sont composées d'une matrice centrale où se concentrent les triglycérides entourés d'une membrane à un seul feuillet phospholipidique. Ces caractéristiques étayent la théorie selon laquelle les vésicules lipidiques purifiées de pétales de rose sont des oléosomes. Cependant, l'oléosine, protéine marqueur de ce compartiment, n'a pas été identifiée. Ces vésicules sembleraient être impliquées dans le stockage des enzymes des voies de biosynthèse des parfums et des parfums eux-mêmes. Le gène RhPAAS, impliqué dans la voie de biosynthèse du 2-phényléthanol, a également été étudié. Des travaux préliminaires montrent que le QTL majeur expliquant la présence de 2-phényléthanol chez Rosa wichuraiana et le gène RhPAAS sont localisés sur le même locus dans le groupe de liaison B7. La modulation de l'expression du gène RhPAAS a donc été une hypothèse pour expliquer la présence ou l'absence de 2-phényléthanol dans la population HW. Au stade BJO, seuls les descendants produisant beaucoup de 2-phényIéthanoI, expriment RhPAAS. Le transcrit est accumulé au stade BJO dans les pétales c'est-à-dire avant le maximum d'émission du parfum. L'allèle a1 lié à la production du 2-phényléthanol a été identifié tandis qu'un autre allèle a2 s'exprime uniquement chez les roses produisant très peu de 2-phényléthanol

L'induction par un hôte d'un stress oxydatif chez un parasite représente l'une des stratégies de défense chimique les plus répandues. Chez les Brassicacées, famille de plantes comprenant des espèces à fort intérêt agronomique comme le chou ou le colza, ou d'intérêt scientifique comme Arabidopsis thaliana, le stress oxydatif peut être généré soit par des formes actives d'oxygène libérées au niveau de la zone d'agression lors du burst oxydatif soit par des molécules issues du métabolisme secondaire de la plante telles que les isothiocyanates (ITC). Bien que fortement exposé à un tel stress lors de l'infection, Alternaria brassicicola, champignon pathogène nécrotrophe inféodé aux Brassicacées, est capable d'accomplir son cycle parasitaire et donc de s'y adapter. Cette thèse met en évidence que la tolérance du champignon aux stress oxydatif est partiellement dépendante du métabolisme du mannitol qui participe à la résistance des conidies lors du burst oxydatif in planta ou à la protection contre les dommages intracellulaires des FAO générées par les ITC lors des phases précoces de l'interaction. Les travaux réalisés montrent également que la charge fongitoxique des dérivés des glucosinolates peut être inhibée par leur conjugaison au glutathion via des Glutathion-Stransférases (GST) spécifiques. L'altération du métabolisme du mannitol ou l'inactivation de ces GST diminue significativement le pouvoir pathogène d'A. brassicicola et la régulation de ces voies métaboliques est donc à considérer dans l'optique de développer de nouvelles stratégies de protection des cultures.

La spécificité d'hôte est le résultat de plusieurs phases d'interaction avec l'hôte : attraction, multiplication, colonisation et transmission. Nous avons émis l'hypothèse que la spécificité d'hôte se dessine dès les étapes précoces d'attraction et d'adhésion. Pour tester cette hypothèse, nous avons sélectionné les gènes codant des senseurs du chimiotactisme (MCPs) et des régulateurs à deux composants, des transporteurs TonBdépendants et des adhésines, et avons déterminé leur distribution dans une collection de 173 souches appartenant à différents pathovars de Xanthomonas spp. ayant des gammes d'hôtes différentes. Les résultats obtenus montrent que la majorité des pathovars (28/34) présente des répertoires uniques et propres de ces gènes candidats, indiquant une corrélation entre le répertoire des gènes candidats et la gamme d'hôte. Six pathovars non individualisés partagent chacun leur répertoire avec seulement un autre pathovar. Ces similarités pourraient refléter des spécificités écologiques communes. Les analyses de séquences des gènes codant les senseurs du chimiotactisme et les adhésines ont révélé la présence de signaux de sélection positive dans la divergence adaptative entre les espèces de Xanthomonas spp. Au sein de l'espèce X. axonopodis, les gènes candidats sont soumis à une pression de sélection positive ou purificatrice. La pression de sélection positive s'exerce sur des sites appartenant à des domaines fonctionnels de ces protéines. Ces résultats suggèrent que la pression de sélection purificatrice agirait sur les gènes impliqués dans la reconnaissance de molécules végétales communes alors que la pression de sélection positive agirait sur les gènes impliqués dans la reconnaissance de molécules spécifiques d'une niche particulière. Ces résultats révèlent que la spécificité d'hôte se dessine dès les étapes précoces d'attraction et d'adhésion à la plante. Les études phylogénétiques et généalogiques menées sur les souches de X. axonopodis confirment l'existence de sous-groupes au sein de cette espèce et indiquent une divergence très ancienne pour certains d'entre eux. Malgré un long isolement de ces sous-groupes, de nombreux échanges de matériel génétique ont été identifiés et associés à des transferts de gènes codant des facteurs de virulence. Les résultats présentés montrent l'importance de la perception de l'environnement et de l'adhésion dans les interactions entre les bactéries phytopathogènes et les leurs plantes hôtes.

L'oxydase terminale plastidiale (PTOX) est une plastoquinol oxidase. Le mutant ghost de tomate, déficient en PTOX, présente un phénotype de feuilles panachées et accumule du phytoène (dans ses secteurs blancs) et montre un déficit en caroténoïdes dans les fruits mûrs. Pour élucider les différents rôles de PTOX, qui ont en commun la modulation de l'état redox de plastoquinones, nous avons utilisé différentes conditions expérimentales. Nous avons montré que l'importance du rôle de PTOX dans la désaturation des caroténoïdes, en tant que cofacteur redox, se limite à certaines étapes développementales comme la différentiation des chloroplastes et des chromoplastes. En effet, en faible lumière, ghost peut produire des feuilles adultes et des fruits verts, qui contiennent la même quantité des caroténoïdes que celle de la tomate nondéficiente en PTOX, et qui n'accumulent pas de phytoène. D'autre part, nous avons constaté que des plantes de tomates transgéniques surexprimant PTOX ne surproduisent pas les carotenoides. Tandis que la surexpression de PTOX a un effet minimal sur la photosynthèse, les feuilles et les fruits verts de ghost sont moins capables d'éviter des dommages oxydatifs et sont plus sensibles à la photoinhibition et aux dommages de PSII. Cette sensibilité vient d'un niveau élevé de surréduction non-photochimique des plastoquinones à l'obscurité et d'un état réduit plus important de la chaîne de transfert d'électrons photosynthétiques à la lumière. Ainsi, PTOX joue un rôle indispensable et direct dans la photosynthèse, notamment sur l'état redox du pool des plastoquinones entre PSII et PSI. Nous proposons que PTOX a un rôle régulateur dans la distribution des électrons photosynthétiques entre flux linéaire et circulaire, plutôt qu'un rôle de puits d'électrons, et que sa présence est importante dans la transition de l'obscurité à la lumière ainsi que de la faible lumière à la forte lumière.