Dans le cadre d’étude de l’amélioration de la teneur en Mg dans le grain par la sélection du blé (Triticum aestivum) afin de renforcer l’apport alimentaire du Mg, les objectifs de cette thèse étaient (i) de mettre en évidence les caractéristiques agro-physiologiques de la plante associées à la teneur en Mg, (ii) d’étudier l’effet de variants génétiques affectant la dynamique du Mg dans la plante et l’accumulation du Mg dans le grain, (iii) d’identifier les éléments minéraux influençant l’absorption et la répartition du Mg, et (iv) d’étudier par approche protéomique le métabolisme associé au Mg influençant la quantité du Mg dans le grain. A travers trois séries d’essai multifactoriel au champ conduites dans le but de sélectionner des génotypes de blé à haut rendement en Mg des grains, les suivis agro-physiologiques ont permis de préciser l’effet négatif du rendement, du poids de mille grains et du nombre de grains par épi sur la teneur en Mg dans le grain. Une différence génétique dans la dynamique du Mg de la plante au cours du développement du grain a été montrée avec l’implication de la translocation du Mg des racines ainsi que de la remobilisation du Mg des tissus végétatifs aériens. La réserve du Mg à préfloraison dans les tissus végétatifs influe sur la quantité de Mg dans le grain. Enfin, l’absorption du Mg est positivement associée avec celle des éléments Mn, P et Zn, et la teneur en Mg est positivement associée avec celle des éléments Zn et P. L’étude protéomique sur les couches périphériques du grain a mis évidence que le Mg intervient dans la division cellulaire, le repliement des protéines et le métabolisme d’énergie, et donc influence l’accumulation de la matière sèche du grain en déterminant la taille potentielle et le remplissage du grain. En conclusion, l’accumulation du Mg dans la plante influence la matière sèche du grain qui a un effet négatif sur la teneur en Mg. / In order to increase the Mg content in the grain of wheat (Triticum aestivum) through plant breeding to improve the dietary Mg intake, the objectives of the present study is (i) to identify the plant traits which are associated with the grain Mg concentration, (ii) to study genotypic variation in Mg dynamic in plant and its effect on Mg accumulation in grain, (iii) identify the minerals interacted with Mg in absorption and distribution, and (iv) study the Mg-related metabolisms influencing the amount of Mg in grain by proteomic approach. The study of 22 genotypes in a multiple-sites and -years field trial showed that there was negative effect of yield, thousand grain weight and number of grains per spike on the grain Mg concentration. The genetic difference was observed in the Mg dynamic during grain development. Mg in the grain depended on both Mg translocation from roots and remobilization from aboveground vegetative tissues, and could be affected by the Mg reserve in vegetative tissues. The study of correlation among different minerals showed that the Mg concentration in grain was positively associated with those of Zn and P, and the Mg content in aboveground was positively associated with those of Mn, P and Zn. Proteomic study of grain peripheral layers showed that Mg is involved in cell division, protein folding and energy metabolism, and hence influenced the grain dry matter accumulation by determining the potential size and grain filling. In conclusion, the accumulation of Mg in the plant influences the grain dry matter which has a negative effect on the Mg content.

Le blé est la seconde céréale la plus produite dans le monde. Il constitue une importante source de denrées alimentaires et de beaucoup d'autres usages industriels. La compréhension des mécanismes impliqués dans le développement du grain de blé est fondamentale pour développer des blés à valeur ajoutée. La physiologie du grain de blé et les mécanismes moléculaires impliqués dans son développement nécessitent d'être mieux connus et ces connaissances pourront être très utiles pour l'amélioration du blé mais aussi des autres céréales. L'approche protéomique a été aussi utilisée dans ce contexte mais aucun travail n'avait jusqu'ici été réalisé sur la totalité des phases de développement des tissus et sur des intervalles de temps très courts. La caractérisation des changements d'expressions protéiques dans les couches périphériques du grain et de l'albumen est présentée dans cette étude. Nous avons utilisé les grains de Triticum aestivum de la variété Récital, cultivés à l'INRA de Clermont-Ferrand. Les grains ont été prélevés tous les 50°C jour (°Cj) depuis la fécondation jusqu'à la maturité sur 15 stades de développement pour les couches périphériques et sur 21 stades pour l'albumen amylacé. Pour chaque échantillon, les couches périphériques des grains ont été disséquées et les protéines totales extraites. L'analyse des protéines en électrophorèse bidimensionnelle puis par spectrométrie de masse MALDI-TOF a permis d'identifier via l'interrogation des bases de données, 207 protéines différentiellement exprimées sur 15 stades de développement (0°Cj-700°Cj). Ces protéines ont ensuite été classées en 16 classes fonctionnelles. L'analyse en cluster a révélé 5 profils d'expression au cours du temps. Parallèlement, l'albumen amylacé a été isolé des grains et les protéines métaboliques de ce tissu extraites. Après électrophorèse bidimensionnelle des protéines, 487 protéines variant significativement dans l'albumen sur l'ensemble des stades de développement (0°Cj-1006°Cj) ont été identifiées par utilisation de la LC-MS. Les protéines ont été réparties sur neuf profils d'expression et 17 fonctions biochimiques. Le protéome des couches périphériques a ensuite été comparé au protéome de l'albumen dans le but de comprendre si l'évolution des processus biochimiques diffère dans chacun de ces tissus. Au final, nous avons optimisé l'intégration des données protéomiques avec celles du transcriptome (en se focalisant sur les protéines du métabolisme carboné). Seulement 32% des profils d'expression protéome/transcriptome montrent une corrélation significative au cours du développement (152°Cj-700°Cj). Les profils d'expression des enzymes ont été comparés sur les deux niveaux. Ils devraient permettre de distinguer les processus régulés au niveau du transcriptome de ceux régulés au niveau du protéome. L'ensemble de ces données pourra être compilé dans une base de données propre de la variété Récital et utilisé comme référence dans l'étude des maladies et des stress abiotiques des tissus du grain de blé en développement.

Le blé est la seconde céréale la plus produite dans le monde. Il constitue une importante source de denrées alimentaires et de beaucoup d’autres usages industriels. La compréhension des mécanismes impliqués dans le développement du grain de blé est fondamentale pour développer des blés à valeur ajoutée. La physiologie du grain de blé et les mécanismes moléculaires impliqués dans son développement nécessitent d’être mieux connus et ces connaissances pourront être très utiles pour l’amélioration du blé mais aussi des autres céréales. L’approche protéomique a été aussi utilisée dans ce contexte mais aucun travail n’avait jusqu’ici été réalisé sur la totalité des phases de développement des tissus et sur des intervalles de temps très courts. La caractérisation des changements d’expressions protéiques dans les couches périphériques du grain et de l’albumen est présentée dans cette étude. Nous avons utilisé les grains de Triticum aestivum de la variété Récital, cultivés à l’INRA de Clermont-Ferrand. Les grains ont été prélevés tous les 50°C jour (°Cj) depuis la fécondation jusqu’à la maturité sur 15 stades de développement pour les couches périphériques et sur 21 stades pour l’albumen amylacé. Pour chaque échantillon, les couches périphériques des grains ont été disséquées et les protéines totales extraites. L’analyse des protéines en électrophorèse bidimensionnelle puis par spectrométrie de masse MALDI-TOF a permis d’identifier via l’interrogation des bases de données, 207 protéines différentiellement exprimées sur 15 stades de développement (0°Cj-700°Cj). Ces protéines ont ensuite été classées en 16 classes fonctionnelles. L’analyse en cluster a révélé 5 profils d’expression au cours du temps. Parallèlement, l’albumen amylacé a été isolé des grains et les protéines métaboliques de ce tissu extraites. Après électrophorèse bidimensionnelle des protéines, 487 protéines variant significativement dans l’albumen sur l’ensemble des stades de développement (0°Cj-1006°Cj) ont été identifiées par utilisation de la LC-MS. Les protéines ont été réparties sur neuf profils d’expression et 17 fonctions biochimiques. Le protéome des couches périphériques a ensuite été comparé au protéome de l’albumen dans le but de comprendre si l’évolution des processus biochimiques diffère dans chacun de ces tissus. Au final, nous avons optimisé l’intégration des données protéomiques avec celles du transcriptome (en se focalisant sur les protéines du métabolisme carboné). Seulement 32% des profils d’expression protéome/transcriptome montrent une corrélation significative au cours du développement (152°Cj-700°Cj). Les profils d’expression des enzymes ont été comparés sur les deux niveaux. Ils devraient permettre de distinguer les processus régulés au niveau du transcriptome de ceux régulés au niveau du protéome. L’ensemble de ces données pourra être compilé dans une base de données propre de la variété Récital et utilisé comme référence dans l’étude des maladies et des stress abiotiques des tissus du grain de blé en développement. / Wheat is the second most produced cereal in the world, important for food, feed and many industrial uses. Understanding of the mechanisms involved in grain development is fundamental for developing high quality wheat. In particular, detailed knowledge of the wheat grain physiology and molecular mechanisms involved in its development would help in breeding not only of wheat but also many other cereals. A proteomic approach has been used in this context but, up to now, there had been no work on developing tissues at very short temporal distances. This thesis presents, firstly, a proteomic study to characterize protein expression changes in peripheral layers and in starchy endosperm of wheat, during kernel development. We used grains of Triticum aestivum cv Récital, cultivated at INRA, Clermont-Ferrand. Grains were harvested at each 50°Cd from fertilization to maturity at fifteen stages for peripheral layers and at twenty-one stages for starchy endosperm. After grain dissection, protein extraction and 2DE- MALDI-TOF MS and data mining, we identified 207 differentially expressed proteins at fifteen stages (0°Cd-700°Cd) of peripheral layers during kernel development. These proteins were then classed in sixteen different functional classes. HCA revealed five different expression profiles during development. Similarly after obtaining starchy endosperm from dissected grains, we performed protein extraction specific to metabolic proteins. After 2DE, 487 proteins were identified from fertilization to grain maturity (0°Cd-1006°Cd), using LC-MS and data mining. Proteins were grouped in nine different expression profiles and were classed in seventeen biochemical functions. We have constructed proteome maps of these two important grain tissues during kernel development. Further, the comparison of peripheral layers and starchy endosperm proteomic data was made, with an objective to understand whether the changes in different biochemical processes differ between these tissues.Finally, we performed an integration of our proteomic data (focusing our approach on proteins involved in carbohydrate metabolism) with that of transcriptomics. Only 32% of proteome/transcriptome expression profiles showed a significant correlation during development (from 152°Cd-700°Cd). Comparison of enzyme expression profiles with those of proteome and transcriptome would help to distinguish the processes regulated at transcriptome level and those controlled at the proteome level. This comprehensive grain development data could further help in construction of a Récital databank, which may be used as reference for studies of diseased and stressed grain tissues during development.