Ce travail de thèse porte sur l’étude des régulations post-transcriptionnelles en réponse à la lumière chez A.thaliana. Nous avons étudié deux systèmes de réponse à la lumière, la régulation traductionnelle des antennes photosynthétiques (Lhc) et la régulation de la voie des anthocyanes par le RNA silencing permettant la photoprotection. Dans une première partie nôtre approche a permis de montrer que la lumière a un impact sur le niveau de traduction global. De plus nous avons pu mettre en évidence que certaines Lhc sont régulées de façon traductionnelles en réponse à la lumière. Cette régulation pourrait être une composante du signal rétrograde entre le chlorolaste et le noyau. En parrallèle dans une seconde partie nous avons caractérisé la voie TAS4 de RNA silencing chez les plantes. Cette voie est mise en place en réponse à la forte lumière et régule l’accumulation des anthocyanes. / This work concerned post-transcriptional regulations in response to light in Arabidopsis thaliana. We are interested in two light responsive systems, translational regulation of the photosynthetic antenna protein and the regulation of the anthocyanin pathway by RNA silencing.In a first part we have shown that light affects global translation level. Furthermore our data indicate that some Lhc proteins are regulated at translational level in response to light. It seems that transaltional regulation of Lhc is a part of retrograde signaling between chlroroplast and nuclear. In a second part we have characterized the TAS4 RNA silencing pathway in Arabidopsis. We show that TAS4 regulate the accumulation of anthocyanin pathway in respose to high light.

Estudo das ressonâncias de três corpos na zona habitável (ZH), da estrela GJ 581 (Gliese 581), envolvendo dois planetas conhecidos e um terceiro planeta dentro da ZH. Séries de Lie são usadas para obter o Hamiltoniano médio (de segunda ordem nas massas) e teoria de Chirikov é usada para gerar um novo sistema de varáveis canônicas em que os momentos se orientam ao longo e através da ressonância. Um mapa de Hadjidemetriou é construido e permite o cálculo rápido da difusão das órbitas em uma extensa grade de condições iniciais. / Study of three-body resonances in the habitable zone (ZH), the star GJ 581 (Gliese 581), involving two known planets, and a third planet in the ZH. Lie series are used to obtain the average Hamiltonian (the second-order mass) and Chirikov theory is used to generate a new canonical variables system in which the moments are oriented along and across the resonance. A map of Hadjidemetriou is constructed and allows rapid calculation of the diffusion of orbits in an extensive grid of initial conditions.

Estudo das ressonâncias de três corpos na zona habitável (ZH), da estrela GJ 581 (Gliese 581), envolvendo dois planetas conhecidos e um terceiro planeta dentro da ZH. Séries de Lie são usadas para obter o Hamiltoniano médio (de segunda ordem nas massas) e teoria de Chirikov é usada para gerar um novo sistema de varáveis canônicas em que os momentos se orientam ao longo e através da ressonância. Um mapa de Hadjidemetriou é construido e permite o cálculo rápido da difusão das órbitas em uma extensa grade de condições iniciais. / Study of three-body resonances in the habitable zone (ZH), the star GJ 581 (Gliese 581), involving two known planets, and a third planet in the ZH. Lie series are used to obtain the average Hamiltonian (the second-order mass) and Chirikov theory is used to generate a new canonical variables system in which the moments are oriented along and across the resonance. A map of Hadjidemetriou is constructed and allows rapid calculation of the diffusion of orbits in an extensive grid of initial conditions.

Dans les conditions naturelles, les plantes sont soumises à des conditions environnementales très variées qui peuvent conduire à un excès d'énergie dans les chloroplastes, résultant en une production d'espèces réactives de l'oxygène (ERA). Pour faire face à ces ERA, les plantes ont développé différents mécanismes de protection, comme des alkénal réductases, des peroxyrédoxines et des lipocalines. Le travail présenté dans cette thèse a pour but de caractériser et de déterminer leur importance dans la protection des contre les stress oxydants. Une analyse préliminaire de mutants d'Arabidopsis a mis en évidence le rôle important des peroxyrédoxines à 2 cystéines et des lipocalines dans la tolérance au stress photooxydant. Cette thèse s'est surtout concentrée sur les lipocalines. Deux lipocalines ont été récemment identifiées chez les plantes, TIL (lipocaline thermoinduite) et CHL (chloroplastique), toutes les deux induites par des conditions de stress. Chez Arabidopsis, chaque lipocaline semble être spécialisée dans la réponse à des conditions différentes: chaleur (AtTIL) et fortes lumières (AtCHL). Le double mutant AtCHL KO × AtTIL KO est plus sensible à la chaleur et la forte lumière que les simples mutants. La mutation de AtCHL a augmenté fortement la photosensibilité de mutants (vte1, npq1) affectés dans des mécanismes de protection des lipides (tocopherols, zéaxanthine), confirmant ainsi le rôle des lipocalines dans la protection contre la peroxydation lipidique. Les résultats obtenus dans cette thèse montrent que les lipocalines AtTIL and AtCHL ont des fonctions redondantes dans la protection des lipides qui sont essentielles à la résistance des plantes au stress. / Under field conditions, plants are exposed to various environmental conditions that can lead to an excess of energy in the chloroplasts, resulting in the production of toxic reactive oxygen species (ROS). To cope with the harmful effects of ROS, plants have developed various protection mechanisms, such as alkenal-reductases, peroxiredoxins and lipocalins. The work performed in this thesis aimed at understanding their importance in the protection against lipid peroxidation. A first screening of Arabidopsis mutants lacking one of those mechanisms brought into light that 2-Cys PRX and lipocalins are important for the tolerance against photooxidative stress. This thesis is focused mainly on lipocalins, a group of proteins recognized as carriers of small lipophilic molecules. However, two true lipocalins have been recently identified in plants, the temperature-induced lipocalin (TIL) and the chloroplastic lipocalin (CHL), their expression beeing induced by various abiotic stresses. Each lipocalin appeared to be specialized in the responses to specific stress conditions in Arabidopsis, with AtTIL and AtCHL playing a protective role against heat and high light, respectively. The double mutant AtCHL KO × AtTIL KO deficient in both lipocalins was more sensitive to temperature, drought and light stresses than the single mutants. Seeds of the AtCHL KO × AtTIL KO double mutant were very sensitive to natural and artificial aging, and again this phenomenon was associated with the oxidation of polyunsaturated lipids. The results obtained in this thesis show that AtTIL and AtCHL have overlapping functions in lipid protection which are essential for stress resistance and survival.

La lumière est indispensable à la survie des plantes via le processus photosynthétique, pourtant les plantes doivent s'adapter à différentes conditions environnementales où la quantité et la qualité de la lumière peuvent être non optimales pour la photosynthèse. Cela peut provoquer des dégâts photo-induits par formation d'espèces réactives de l'oxygène (ROS), qui sont dangereux pour la plante. Pour limiter la formation des ROS, les plantes mettent en place une régulation importante qui est la dissipation thermique de l'énergie absorbée en excès, appelé Non photochemical quenching (NPQ). Il est connu que la protéine PsbS joue le rôle clé de senseur du pH bas du lumen thylacoïdal, qui est le signal initial pour activer le NPQ. Dans le contexte de cette thèse, on propose d'étudier l'hypothèse que l'absence de la protéine PsbS (diminué NPQ) pourrait augmenter la croissance et la productivité des plantes en conditions contrôlées de faible lumière par l'éminilation de la protéine PsbS chez Arabidopsis thaliana et chez la tomate. Les résultats obtenus indiquent qu'en lumière faible les plantes mutantes montrent une augmentation du rendement de photosystème II conduisant une croissance et un nombre de fleurs significativement augmentés par rapport aux plantes sauvages.De plus, une autre régulation de la photosynthèse, nommée « transitions d'état », est importante pour optimiser la photosynthèse en réponse aux variations de la quantité et de la qualité de la lumière, grâce à la migration réversible des antennes collectrices d'énergie LHCII phosphorylées du PSII au PSI, c'est aussi étudié dans ma thèse. / Light is indispensable for plant survival, but plants have to cope with different environmental situations where light quantity and quality can be not optimal for photosynthesis. This can cause photodamage due to the formation of harmful reactive oxygen species (ROS). To limit ROS formation, plants developed a mechanism important as the dissipation of excess absorbed energy as heat and is called Non Photochemical Quenching (NPQ). The PsbS protein plays the key role of sensor of the low lumenal pH, the signal to activate NPQ. In this thesis, we proposed and investigated the hypothesis that PsbS absence (NPQ decrease) would improve growth under controlled low light upon elimination of the PsbS in Arabidopsis and tomato plants. Results showed that the increase of photosystem II yield in mutant plants leaded to a significant improvement of growth and flower number in mutants as compared with wild type plants under low light, suggesting that this mutation could be useful to improve plant performances in controlled conditions where light is strongly limiting. In addition, another photosynthetic regulation, called “state transitions”, which is important to optimize photosynthesis under variable light for intensity and quality thank to reversible migration of phosphorylated light harvesting complexes LHCII from PSII to PSI also investigated in my thesis.

Dans les thylakoïdes des végétaux supérieurs, la réaction photochimique de la photosynthèse implique un transfert d’électrons linéaire ayant lieu entre les photosystèmes II et I et aboutit à la production de pouvoir réducteur (NADPH) et d’ATP. En parallèle à ce transfert linéaire, le transfert cyclique d’électrons autour du PS I court-circuite le PS II et fait intervenir distinctement les complexes PGR (PGR5/PGRL1) et NADPH déshydrogénase (NDH). Ces deux voies alternatives permettent la production d’ATP sans accumulation de NADPH dans le stroma et particulièrement en conditions de stress environnemental. Ces voies sont essentielles pour la physiologie de la plante mais leur régulation demeure mal connue. Une hypothèse a été émise quant à leur régulation redox en étudiant plusieurs thiorédoxines chloroplastiques. Des expériences menées in vivo et in vitro sur des mutants d’Arabidopsis, de tabac et de tomate ont mis en évidence le rôle très spécifique de la thiorédoxine m4 dans la régulation négative des voies dépendantes de PGR et NDH. Une stratégie originale a été mise en place pour capturer les cibles putatives de cette thiorédoxine en mutant le site actif de la protéine chez Arabidopsis. Les résultats obtenus ont montré l’existence de plus de 160 cibles potentielles et certaines d’entre elles pourraient être impliquées dans la régulation des voies dépendantes des complexes PGR et NDH. / In plants thylakoids, the photochemical reaction of photosynthesis implies a linear electron flow between photosystems II and I which produces reducing power (NADPH) and ATP. In addition of linear electron flow, the cyclic electron flow around PS I bypasses PS II and involves distinctly the PGR (PGR5/PGRL1) and the NADPH dehydrogenase (NDH) complexes. These two alternative pathways lead to the production of ATP without accumulation of NADPH in the stroma especially under environmental stress conditions. Both pathways are essential for the plant physiology but their regulation remains unclear. An assumption concerning a redox regulation has been considered by surveying several chloroplastic thioredoxins. In vivo and in vitro studies of Arabidopsis, tobacco and tomato mutants revealed that the m4 thioredoxin plays a very specific role in the down-regulation of the PGR and NDH dependant pathways. An original strategy to capture putative targets of this thioredoxin has been established by mutating the active site of the protein in Arabidopsis. The results showed the existence of more than 160 potential targets and some of them could be involved in the regulation of PGR and NDH dependant pathways.

Les travaux présentés ici portent sur les P1B-ATPases HMA2, HMA3 et HMA4 d'Arabidopsis thaliana, transporteurs de cations présents sur différentes membranes chez les plantes. L'étude du contenu cationique de plantes mutantes hma2 et hma4 a précisé le rôle important de HMA4 dans la translocation du Zn et du Cd vers les parties aériennes et sa forte affinité pour le Cd. La mesure du contenu cationique de graines de différents génotypes a montré un effet complexe des modulations de l'expression des gènes correspondants, la surexpression du gène HMA4 conduisant à une teneur en Zn de la graine similaire à celle du mutant perte de fonction. Ces résultats confirment l'importance de HMA4, et montrent la nécessité d'adapter la construction aux objectifs biotechnologiques visés. Afin de préciser le rôle de résidus conservés au sein de la famille des P1B-ATPases, j'ai étudié l'effet de l'expression d'un variant de HMA4 pour le domaine fortement conservé CPC. Les résultats obtenus in planta suggèrent une interaction avec la version native du transporteur entraînant une perte de l'activité de HMA4. Pour mener une approche structure/fonction sur ces transporteurs, L. lactis a été défini comme le meilleur candidat pour produire HMA3. Suite à l'expression de HMA3, un gain de tolérance au Cd a été observé et a permis de valider 3 variants de HMA3, mutés au niveau du pore ou du site d'hydrolyse de l'ATP, comme affectés dans l'activité de la protéine. Les membranes de L. lactis enrichies en transporteur HMA3 ou de ses variants ont permis une reconstitution in vitro en protéoliposomes permettant de mesurer une activité de transport du Cd compétitive avec le Zn et inhibée par le vanadate. / Work presented here is about Arabidopsis thaliana P1B-ATPases HMA2, HMA3 et HMA4, cation transporters found in different plant membranes. Cation content study of mutant plants hma2 and hma4 precised important role of HMA4 in upward translocation of Zn and Cd, and its high affinity for Cd. Cation content measure of seeds from different genotypes showed a complex effect of modulations of related genes expression levels, HMA4 overexpression leading to a seed Zn content similar the loss-of-function mutant one. These results confirm the importance of HMA4 and show the needs to adapt construction to biotechnological aims. To precise the role of residus conserved among the P1B-ATPases family, I studied the effect of the expression of a HMA4 variant for the highly conserved domain CPC. Obtained in planta results suggest an interaction with the native transporter leading to a loss of HMA4 activité. To perform a structure/function study on these transporters, L.lactis has been shown as the best candidate to produce HMA3. Due to HMA3 expression, a gain of Cd tolerance has been observed and allowed to validate three HMA3 variants, mutated in the pore or the ATP hydrolysis site, as affected in the protein activity. L.lactis membranes enriched with HMA3 or variants allowed an in vitro reconstitution in proteoliposomes and the measurement of a Cd transport activity competing with Zn and inhibited by vanadate.

Cette thèse confidentielle public/privé porte sur l’étude des sources biologiques de la palytoxine (PlTX) dont l’identification est nécessaire afin de développer un protocole industriel standardisé permettant d’obtenir des quantités importantes de toxine pour réaliser diverses études. Premièrement, l’activité anticancéreuse in vitro de la PlTX a été évaluée sur des lignées cellulaires cancéreuses humaines et murines. La cytotoxicité de la PlTX est 106 fois plus importante sur les lignées cancéreuses par rapport aux lignées non cancéreuses témoins. La PlTX utilisée a été purifiée à partir d’une espèce encore non décrite de Palythoa, qui a été caractérisée phylogénétiquement et morphologiquement et qui fournit les quantités de PlTX pures les plus élevées à ce jour (2,8 ± 0,45 mg/g de matière fraîche). La localisation de la PlTX dans les tissus de cette espèce a été décrite par des techniques innovantes d’imagerie par spectrométrie de masse MALDI. Deuxièmement, une étude phylogénétique et une quantification de la PlTX par HPLC chez 29 échantillons de Zoantharia a été réalisée. La spectrométrie de masse ESI a permis de donner la structure chimique du type de PlTX purifiée à partir de ces échantillons. La dernière partie présente une étude préliminaire sur la culture ex hospite des endosymbiotes unicellulaires de Palythoa spp. appartenant au genre Symbiodinium afin de tester leur implication dans la synthèse de PlTX. En conclusion, il ressort que la PlTX présente un effet anticancéreux très prometteur. Le moyen le plus efficace actuellement pour obtenir de la PlTX en quantité importante est de l’extraire à partir d’une espèce de Palythoa caractérisée grâce à ce travail. / The work presented in this manuscript is the outcome of a confidential public/private collaboration. It concerns the study of biological sources of PlTX. Their identification is required to develop an industrial-standard protocol in order to obtain sufficient quantity of toxin to perform several studies. In the first part, the in vitro anti-cancer activity of PlTX was evaluated upon several human and murine cancerous cell lines. The cytotoxic activity of PlTX was 106-times more powerful against cancerous lines compared to non-cancerous control lines. The PlTX used in this work was purified from an undescribed species of Palythoa which was characterized based on phylogenetic and morphological analyses. This species produces the highest PlTX levels ever recorded (2.8 ± 0.45 mg/g fresh matter). PlTX localization in tissues of this Palythoa species was also described by innovative MALDI mass spectrometry imaging techniques. The second part presents a phylogenetic study of 29 samples of Zoantharia and quantification of PlTX by HPLC. The ESI-mass spectrometry allowed to characterize the chemical structure of the type of PlTX purified from these samples. The last part of this thesis constitutes a preliminary study on the ex hospite culture of unicellular endosymbionts belonging to the genus Symbiodinium. Ensosymbiont cells were isolated from Palythoa species containing high PlTX concentrations in order to test their implication in PlTX synthesis. In conclusion, PLTX has a very promising anticancer activity, and the best way to obtain large quantities of PlTX is the extraction from a Palythoa species characterized in this work.

Les éléments transposables (ETs) sont des composants ubiquitaires des génomes eucaryotes, parfois prépondérants chez les plantes. Ce sont des séquences mobiles, potentiellement mutagènes, reconnues comme des acteurs de l’évolution des génomes. Cependant, la plupart des ETs sont aujourd’hui inactifs car réprimés par des mécanismes épigénétiques très efficaces. Néanmoins, ces derniers peuvent être relâchés par des stress, conduisant à la réactivation d’ETs. De tels stress sont-ils suffisants pour activer la transposition dans les populations naturelles? L’application répétée d’un stress peut-elle expliquer les pics d’activité transpositionnelle qui ont eu lieu en conditions naturelles? De récents travaux chez un mutant d’Arabidopsis thaliana, affecté dans une voie de répression d’ETs, le RdDM (RNA-directed DNA Methylation), ont démontré qu’un stress thermique conduisait à la réactivation transpositionnelle d’un ET. Mes travaux de thèse portent sur l’étude de riz sauvage et d’un mutant non décrit, affecté dans le RdDM, cultivés en conditions normales ou de stress thermique sur plusieurs générations. Les objectifs de mes travaux ont été de déterminer (1) l’impact de la mutation sur les différentes étapes d’activation rétrotranspositionnelle et (2) l’activation rétrotranspositionnelle en réponse à un stress thermique. Une part importante de ce travail a été consacrée au développement et à la comparaison de méthodes d’identification des mouvements d’ETs et différentes approches « omiques » ont été utilisées. La réactivation de 5 ETs dans les plantes mutantes, dont la mobilité n’avait pas encore été observée, suggère que la voie RdDM est impliquée dans le contrôle de leur répression. De plus, nos résultats confirment que les ETs ne sont pas tous réprimés par les mêmes voies de régulation. / Transposable elements (TEs) are ubiquitous among eukaryotic genomes sometimes overriding in plants. Due to their ability to replicate and transpose, they are potentially mutagenic and recognized as actors of genome evolution. However, the analysis of the transpositional activity of TEs in different plant species have shown that most of them are maintained in a transcriptionally inactive state through powerful and specific epigenetic mechanisms. These silencing processes can nevertheless be allievated under stress conditions, leading to TE reactivation. Are these stress sufficient to activate transposition in natural populations? Are repeated heat stress able to trigger transposition and therefore lead to bursts of transposition? In recent reports, reactivation of retrotransposons has been shown in Arabidopsis thaliana mutants impaired in the RdDM pathway (RNA-directed DNA Methylation) and submitted to heat stress. My PhD works reports the study of of a wild rice and a new rice mutant, affected in the RdDM, cultivated under optimal or heat stress conditions over generations. Here, we propose to determine (1) the impact of the mutation at the different levels leading to the retrotranspositional activation and (2) the retrotranspositional activity in response to heat stress. An important part of this work has been devoted to the development and the comparison of different methods to identify TE movements, and different -omics approaches have been used. The reactivation of 5 new TEs in mutants, suggests that the RdDM pathway is involved in the control of the repression of these TEs. Furthermore, our result confirm that all TEs are not regulated through the same pathways but are under the control of different lock.

The aim of this work is to study the interaction between two classical objects of mathematics: the modular group, and the absolute Galois group. The latter acts on the category of finite index subgroups of the modular group. However, it is a task out of reach do understand this action in this generality. We propose a lattice which parametrizes a certain system of &rdquo / geometric&rdquo / elements in this category. This system is setwise invariant under the Galois action, and there is a hope that one can explicitly understand the pointwise action on the elements of this system. These elements admit moreover a combinatorial description as quadrangulations of the sphere, satisfying a natural nonnegative curvature condition. Furthermore, their connections with hypergeometric functions allow us to realize these quadrangulations as points in the moduli space of rational curves with 8 punctures. These points are conjecturally defined over a number field and our ultimate wish is to compare the Galois action on the lattice elements in the category and the corresponding points in the moduli space.