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In transgenic research the precise control of transgene expression is crucial in order to obtain transformed organisms with expected desirable traits. A broad range of transgenic plants use the constitutive cauliflower mosaic virus (CaMV) 35S promoter to drive expression of selectable marker genes. Due to its strong enhancer function, this promoter can disturb the specificity of nearby eukaryotic promoters. When inserted immediately downstream of the 35S promoter in transformation vectors, special DNA sequences called insulators can prevent the influence of the CaMV35S promoter/enhancer on adjacent tissue-specific promoters for the transgene. Insulators occur naturally in organisms such as yeasts and animals but few insulators have been found in plants. Therefore, the goal of this study is to identify DNA sequences with insulator activity in Arabidopsis thaliana. A random oligonucleotide library was designed as an initial step to obtain potential insulators capable of blocking enhancer-promoter interactions in transgenic plants. Fragments from this library with insulator activity were identified and re-cloned into pB31, in order to confirm their activity. To date, one insulator sequence (CLO I-3) has been identified as likely possessing enhancer-blocking activity. Also, two other oligonucleotide sequences (CLO II-10 and CLO III-78) may possess insulator activity but more sampling is needed to confirm their activity. Further studies are needed to validate the function of plant insulator(s) and characterize their associated proteins.

In transgenic research the precise control of transgene expression is crucial in order to obtain transformed organisms with expected desirable traits. A broad range of transgenic plants use the constitutive cauliflower mosaic virus (CaMV) 35S promoter to drive expression of selectable marker genes. Due to its strong enhancer function, this promoter can disturb the specificity of nearby eukaryotic promoters. When inserted immediately downstream of the 35S promoter in transformation vectors, special DNA sequences called insulators can prevent the influence of the CaMV35S promoter/enhancer on adjacent tissue-specific promoters for the transgene. Insulators occur naturally in organisms such as yeasts and animals but few insulators have been found in plants. Therefore, the goal of this study is to identify DNA sequences with insulator activity in Arabidopsis thaliana. A random oligonucleotide library was designed as an initial step to obtain potential insulators capable of blocking enhancer-promoter interactions in transgenic plants. Fragments from this library with insulator activity were identified and re-cloned into pB31, in order to confirm their activity. To date, one insulator sequence (CLO I-3) has been identified as likely possessing enhancer-blocking activity. Also, two other oligonucleotide sequences (CLO II-10 and CLO III-78) may possess insulator activity but more sampling is needed to confirm their activity. Further studies are needed to validate the function of plant insulator(s) and characterize their associated proteins.

In transgenic research the precise control of transgene expression is crucial in order to obtain transformed organisms with expected desirable traits. A broad range of transgenic plants use the constitutive cauliflower mosaic virus (CaMV) 35S promoter to drive expression of selectable marker genes. Due to its strong enhancer function, this promoter can disturb the specificity of nearby eukaryotic promoters. When inserted immediately downstream of the 35S promoter in transformation vectors, special DNA sequences called insulators can prevent the influence of the CaMV35S promoter/enhancer on adjacent tissue-specific promoters for the transgene. Insulators occur naturally in organisms such as yeasts and animals but few insulators have been found in plants. Therefore, the goal of this study is to identify DNA sequences with insulator activity in Arabidopsis thaliana. A random oligonucleotide library was designed as an initial step to obtain potential insulators capable of blocking enhancer-promoter interactions in transgenic plants. Fragments from this library with insulator activity were identified and re-cloned into pB31, in order to confirm their activity. To date, one insulator sequence (CLO I-3) has been identified as likely possessing enhancer-blocking activity. Also, two other oligonucleotide sequences (CLO II-10 and CLO III-78) may possess insulator activity but more sampling is needed to confirm their activity. Further studies are needed to validate the function of plant insulator(s) and characterize their associated proteins.

L’épissage alternatif et l’export nucléaire de l’ARN pré-génomique 35S du virus de la mosaïque du chou-fleur (CaMV) ont fait l’objet de peu d’études. Quatre isoformes épissées de l’ARN 35S ont déjà été décrites. Nos résultats montrent que l’épissage alternatif est plus complexe vu que plus d’une douzaine d’isoformes d’ARN 35S sont générées par ce mécanisme. Ce processus ne semble pas avoir pour fonction d’augmenter la complexité du protéome viral. Le rôle de l’épissage alternatif apparait encore difficile à appréhender puisque l’inactivation des sites d’épissage est systématiquement contrecarrée par l’utilisation de sites cryptiques. Pour maintenir l’intégrité du génome viral, des molécules d’ARN 35S préservées de l’épissage sont exportées vers le cytoplasme. L’essentiel de nos travaux sur ce sujet a porté sur le développement d’approches destinées à l’étude de la voie d’export nucléaire de l’ARN 35S, et des séquences et protéines virales potentiellement impliquées dans ce processus. / Alternative splicing and nuclear export of the pregenomic 35S RNA are two steps of the infectious cycle of Cauliflower mosaic virus (CaMV) that are poorly understood. Four 35S RNA spliced isoforms were described in previous reports. Our results show that at least twelve spliced 35S RNA isoforms are generated upon infection. Alternative splicing is important for CaMV infectivity but apparently, it does not expand CaMV proteome. Its role is difficult to assess because inactivation of splice donor or acceptor sites is constantly rescued by the use of cryptic sites. In order to maintain CaMV genomic integrity, unspliced 35S RNA must be exported to the cytoplasm. Our work has been mainly focused on developing experimental tools dedicated to study the 35S RNA nuclear export pathway as well as viral sequences and proteins potentially involved in this process.

La réinitiation de la traduction est un mécanisme permettant de traduire des ORF qui sont présents dans la région leader de différents ARNm cellulaires (uORF). La majorité des cas de réinitiation de la traduction chez les eucaryotes concerne des uORF de petite taille. Des stratégies alternatives ont été développées, entre autres par les virus, afin de réinitier la traduction après un long uORF. Le virus de la mosaïque du chou-fleur (CaMV) exprime un ARNm polycistronique codant la totalité des protéines virales. L’une d’entre elle, la protéine TAV (TransActivateur/Viroplasmine) est un facteur essentiel qui rend possible la réinitiation de la traduction après de longs ORF et qui, de plus, active la protéine kinase TOR. La sous-unité h du facteur d’initiation de la traduction eIF3, requise pour promouvoir la reinitiation après un petit ORF chez les plantes, a été identifiée comme étant une nouvelle cible de phosphorylation de la voie de signalisation de TOR. L’objectif principal de ma thèse a été d’élucider la fonction de la protéine eIF3h dans la réinitiation après un petit ORF ainsi que dans la réinitiation de la traduction, assurée par TAV, après un long ORF. Nous avons exploité les lignées transgéniques eif3h-1 d’Arabidopsis exprimant la protéine eif3h tronquée de son extrémité C-terminale, qui sont déficientes pour la réinitiation mais pas pour l’initiation de la traduction. Nous avons montré que la phosphorylation de eIF3h est essentielle pour stabiliser eIF3 au niveau des ribosomes durant l’élongation, ce qui favorise la ré-acquisition par le ribosome de facteurs nécessaires à la réinitiation de la traduction, et que la délétion de sa région Ct abolit son intégration dans le complexe eIF3. De plus, nous avons montré que eIF3h, la cible de la voie de signalisation de TOR, interagit avec S6K1. Des protoplastes préparés à partir des plantes mutantes eif3h-1 sont incapables de promouvoir la réinitiation après de longs ORF en présence de TAV. La surexpression de eIF3h, indifféremment de son état de phosphorylation, est indispensable pour restaurer la reinitiation assurée par TAV dans les protoplastes eif3h-1. Par ailleurs, les plantes eif3h-1 déficientes dans la réinitiation, sont résistantes à l’infection par le CaMV démontrant l’importance de eIF3h pour la réplication du CaMV. En revanche, ces plantes eif3h-1 peuvent être infectées par d’autres virus dont la traduction de l’ARN génomique est coiffe- ou IRES-dépendante. Ainsi, nos résultats suggèrent que eIF3h est un facteur de reinitiation important aussi bien pour la reinitiation après un petit qu’après un long ORF (controlée par TAV), et que TAV exploite cette machinerie cellulaire, et plus particulièrement TOR et eIF3h, pour exprimer ses propres protéines par réinitiation de la traduction. / Translation of mRNAs that harbor upstream open reading frames (uORFs) within their leader regions operates via a reinitiation mechanism. In plants, reinitiation is up regulated by the target of rapamycin (TOR) signaling via phosphorylation of the subunit h of initiation factor 3 (eIF3). The eif3h-1 mutant expressing the C-terminally truncated eIF3h while maintaining high translation initiation efficiency is not active in reinitiation. Cauliflower mosaic virus (CaMV) pregenomic polycistronic RNA is translated via an exceptional mechanism of reinitiation after long ORF translation under control of CaMV protein TAV, which ensures activation of TOR. To find the link between underlying mechanisms, we examined eIF3h function in cellular and viral context. Here we show that eIF3h, if phosphorylated, has a role in recruitment of eIF3 into actively translating ribosomes that is a prerequisite for formation of reinitiation-competent ribosomal complexes. C-terminal truncation of eIF3h abolished its integration into the eIF3 complex and eIF3 loading on polysomes as manifested by the eIF3 core subunit c. We also show that eIF3h as a putative target of TOR/S6K1 binds S6K1 in vitro. eIF3h phosphorylation is not required for eIF3 complex formation. We demonstrated that eIF3h is essential for TAV to activate reinitiation after long ORF translation. Protoplasts derived from eif3h-1 mutant failed to support TAV function in reinitiation, which is restored only upon overexpression of recombinant eIF3h indifferent to its phosphorylation status. eif3h-1 mutant defective in reinitiation was found resistant to CaMV infection suggesting that eIF3h is critical for virus amplification. In contrast, viruses that evolve translation initiation dependent on either cap or the internal ribosome entry site infect reinitiation deficient mutant. Thus, we conclude that TAV exploits the basic cell reinitiation machinery, particularly TOR and eIF3h, to overcome cellular barriers to reinitiation after long ORF translation.

Le CaMV (Cauliflower mosaic virus) est un virus de plante à ADN transmis par pucerons. Comme pour tout autre virus, les larges fluctuations démographiques au cours du cycle de vie jouent un rôle prépondérant dans l'évolution, et pourtant, peu de données expérimentales sont disponibles à ce sujet. Afin de suivre l'évolution des populations de CaMV, nous avons construit 6 clones distincts marqués à un même locus, et développé une nouvelle méthode d'analyse : Quantitative Single-letter Sequencing (QSS). En quantifiant l'évolution de la fréquence des marqueurs, au sein d'une plante infectée, cette méthode nous a permis d'évaluer la taille efficace des populations du CaMV : plusieurs centaines à plusieurs milliers de génomes sont à l'origine de la colonisation de chaque feuille durant le développement de l'infection systémique ; une valeur 10 à 100 fois supérieure à celle estimé auparavant chez des phytovirus à ARN. Ensuite, nous avons poussé l'analyse au niveau cellulaire et montré que la multiplicité d'infection des cellules individuelles de l'hôte (MOI) n'est pas constante. Elle augmente au fil du temps pour culminer à une valeur proche de 7, qui dépasse amplement les données disponibles dans la littérature, quelle que soit l'espèce virale considérée. Il est très probable qu'une très forte MOI conditionne au moins partiellement la taille efficace élevé des populations du CaMV, mais cette hypothèse butte sur l'absence totale de donnée concernant la MOI chez d'autres virus de plantes. Enfin, connaissant la composition moyenne des populations mixtes de CaMV marqués, au niveau des feuilles et des cellules qui les composent, nous avons contrôlé le comportement alimentaire des pucerons vecteurs par la technique EPG, et évalué l'impact de ce comportement sur le goulot d'étranglement génétique induit sur la population virale lors de la transmission.

A great effort has been recently devoted to the development of new devices for the detection of specific sequences of DNA, due to increasing need of label - free, fast, cheap, and miniaturized analytical systems able to detect target sequences for screening purposes, especially in food industry for genetically modified organisms (GMOs). In this study, development of a QCM - based DNA biosensor for the detection of the hybridisation of CaMV 35S promoter sequence (P35S) was investigated. Attention was focused on the choice of the coating chemistry that could be used for the immobilisation of probe sequences on the gold surface of the quartz crystal. Two immobilisation procedures were tested and compared considering the amount of the immobilised probe, the extent of the hybridisation reaction, the possibility of regeneration and the absence of non - specific adsorption. The two coating methods were based on the use of self - assembled monolayers. One of them employed the interaction between the thiol and gold for the immobilisation of a thiolated P35S probe, while the other employed formation of functionalised aldehyde groups by ethylenediamine plasma polymerization on the gold surface for the immobilisation of amined P35S probes through gluteraldehyde activation. Results indicated that immobilisation of a thiolated probe provides better immobilisation characteristic, higher sensitivity for the detection of the hybridisation reaction, absence of non - specific adsorption and a higher stability with respect to the regeneration step. The optimised immobilisation procedure for the thiolated probe was used for the detection of P35S sequence in PCR - amplified DNAs and in real samples of pflp - gene inserted tobacco plants that produce ferrodoxin like protein additionally. Fragmentation of the genomic DNAs were achieved by digestion with restriction endonucleases and sonication. The obtained results from the fragmented genomic DNAs demonstrated that it is possible to detect the target sequence directly in non-amplified genomic DNAs by using the developed QCM - based DNA biosensor system. The developed QCM-based DNA biosensor represented promising results for a real-time, label - free, direct detection of DNA samples for the screening of GMOs.

Chez Arabidopsis, la protéine RISP est détournée par le virus CaMV pour assurer, ensemble avec la protéine virale TAV, la traduction de son ARN polycistronique. RISP a été identifiée comme une cible de la voie de signalisation de TOR et il a été montré que sa phosphorylation est requise pour promouvoir la réinitiation de la traduction activée par TAV. Les résultats que j’ai obtenus suggèrent que RISP, lorsqu’elle n’est pas phosphorylée, intervient ensemble avec eIF3, au niveau du complexe de pré-initiation 43S pour recruter le complexe ternaire grâce à l’interaction entre RISP et la sous-unité b du facteur eIF2. Il s’est avéré que RISP a la capacité, lorsqu’elle est phosphorylée, d’interagir non seulement avec la protéine ribosomique eL24 mais également avec eS6. Nos résultats indiquent que la liaison entre les sous-unités ribosomiques 60S et 40S sous l’effet de RISP, est régulée par la voie de TOR et qu’elle joue un rôle important dans le contrôle de la réinitiation de la traduction. / Many factors are required to recruit the tRNAi and a 60S ribosomal subunit to the 40S ribosomal subunit preinitiation complex. This recruitment is normally strictly limited during reinitiation of translation if factors recruited during the primary translation event are shed from 40S. However, factor retention can occur during long ORF translation if the CaMV viral factor TAV is present. RISP is a downstream target of TOR and found either within the 43S preinitiation complex, if bound to eIF3, and/or attached to 60S, if phosphorylated by TOR. We show here that RISP interacts with subunit b of eIF2 before phosphorylation. Critically, TOR activation up-regulates phosphorylation of both RISP and eS6 as well as the binding of both factors. Importantly, eS6-deficient plants are less active in TAV-mediated reinitiation and are thus less susceptible to CaMV infection. It is attractive to propose that eS6 phosphorylation contributes to retention and re-use of 60S during 40S scanning.

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