La cuticule, une matrice lipidique extracellulaire constituée de cires et d’un squelette de cutine, est la barrière de défense la plus externe des plantes face à leur environnement. Elle intervient dans de nombreuses propriétés agronomiques comme la conservation post récolte, les propriétés mécaniques ou bien l’aspect du fruit, dont la brillance. Afin d’isoler des mutants de cuticule, le criblage d’une collection de mutants EMS de tomate a été entrepris, en se basant sur la brillance des fruits, conduisant à la sélection de 24 mutants. Chez ceux-ci, des analyses biochimiques ont montré de fortes variations de charge et de composition de la cuticule, notamment chez les mutants de cutine. La caractérisation de 4 mutants remarquables a été entreprise afin d’identifier les mutations responsables des phénotypes de brillance. Le mutant le plus affecté, présentant une charge en cutine réduite de 85% par rapport au type sauvage, a révélé une mutation du gène SlGDSL2 codant pour une acylhydrolase à motif GDSL, responsable de la polymérisation de la cutine. Afin d’étudier la formation et la régulation de la cutine, la suite du travail a consisté à obtenir et à caractériser des simples et des doubles mutants affectés dans la synthèse des monomères de cutine, le transport apoplastique et la polymérisation de la cutine. / The cuticle, an extracellular lipid matrix consisting of waxes and of a cutin skeleton is the outermost plants protection barrier against their environment. The cuticle is involved in many agronomic traits such as post-harvest storage, biomechanical or fruit appearance properties like surface brightness. In order to isolate cuticle mutants, the screening of an EMS tomato mutants collection has been undertaken, based on fruit brightness, leading to the selection of 24 mutants. Biochemical analyzes have shown wide variations in cuticle loads and compositions, especially in cutin mutants. The characterization of 4 remarkable mutants was undertaken to identify the mutations responsible for brightness phenotypes. The most affected mutant shows a cutin load reduced by 85% compared to the wild type, and is due to a mutation in the SlGDSL2 gene, encoding a GDSL-motive acylhydrolase enzyme, responsible for the cutin polymerization. In order to further study the cutin formation and regulation, the next work was to obtain and characterize single and double mutants affected in cutin monomer synthesis, apoplastic transport and cutin polymerization.

Les plantes sont des organismes sessiles qui ne peuvent fuir des conditions souvent défavorables et doivent par conséquent s’adapter à un environnement hostile pour survivre. La cutine partie intégrante de la cuticule qui joue un rôle de barrière pour la plante est un polymère lipidique constitué principalement d’acides gras en C16 et C18 hydroxylés et époxydés reliés entre eux par des liaisons ester mettant en jeu les fonctions carboxyl et ω-hydroxyl des acides gras. La cutine ne joue pas seulement un rôle de barrière physique mais joue un rôle de réservoir de molécules possédant des propriétés physiologiques fondamentales. Grâce à des approches biochimiques et génétiques, nos travaux ont permis de mettre en évidence AtEH1, une époxyde hydrolase responsable de la formation des diols incorporés dans la cutine d’Arabidopsis thaliana. Ces diols sont décrits dans la littérature comme intervenant dans les interactions plante-pathogène. Nous avons également montré que ces composés ainsi que d’autres dérivés d’acides gras sont perçus par la plante. Nous avons identifié et caractérisé CYP77B1, une époxygénase d’acide gras qui a un rôle potentiel à jouer dans la formation d’acides gras polyhydroxylés incorporés dans la cutine. / Plants are sessile organisms that are not able to escape from difficult environmental conditions and therefore have to adapt to multiple abiotic and biotic stress to survive. Cutin is a part of the cuticle which plays a major role as a barrier for the plant. It’s a lipid polymer composed mainly by hydroxylated and epoxidized C16 and C18 fatty acids linked together by ester links involving the carboxyl and ω-hydroxyl functions of those fatty acids. Cutin plays also a role as a reservoir of molecules with fundamental physiological properties. With biochemical and genetic approaches, we characterized AtEH1, an epoxide hydrolase responsible for the formation of diols incorporated in Arabidopsis thaliana cutin. These diols are described as being involved in plant-pathogen interactions. We also showed that these compounds as well as others fatty acids derivatives are perceived by plants. We have also identified and characterized CYP77B1, an epoxidase that has a potential role in the formation of polyhydroxylated fatty acids incorporated in cutin.

La cutine est un polymère d'acides gras oxydés et de glycérol propre aux plantes. Elle forme la matrice structurale de la cuticule qui recouvre l'épiderme des parties aériennes et joue un rôle vital pour les plantes en empêchant la dessiccation. La biosynthèse du polymère de cutine a été étudiée chez la plante modèle Arabidopsis thaliana. Des mutants perte-de-fonction pour la monooxygénase de type cytochrome P450 CYP77A4 ont été isolés. L'analyse de lignées transgéniques exprimant le gène rapporteur GUS sous le contrôle du promoteur de CYP77A4 a montré que le gène était exprimé essentiellement dans les organes floraux et les graines. L'analyse de la cutine dans divers organes a permis de démontrer que le gène était essentiel pour la synthèse d'un acide gras trihydroxylé en C18 présent dans les polyesters des embryons. Une méthode permettant la séparation de l'embryon et des téguments des graines en quantité suffisante pour analyser la cutine a été mise au point. Le profil de monomères des embryons mutants a montré que CYP77A4 est une époxygénase de la voie de biosynthèse des monomères de cutine en C18. L'étude de la physiologie des mutants a par ailleurs permis de démontrer que les acides gras trihydroxylés de la cuticule de l'embryon jouent un rôle important dans la germination de la graine en conditions de stress salin. Dans une deuxième étude, des mutants perte-de-fonction et des suexpresseurs pour le gène d'Arabidopsis BODYGUARD (BDG) codant une protéine de la superfamille des hydrolases à repliement α/β ont été caractérisés. L'analyse des polyesters dans ces lignées a permis de montrer que cette protéine jouait en fait un rôle dans la biosynthèse de la cutine. / Cutin is a polymer of oxidized fatty acids and glycerol specific to plants. It forms the structural matrix of the waxy cuticle covering the epidermis of the aerial parts and plays a vital role in plants by preventing desiccation. Biosynthesis of cutin polymer was studied in the model plant Arabidopsis thaliana. Mutant loss-of-function monooxygenase type cytochrome P450 CYP77A4 were isolated. The analysis of transgenic lines expressing the GUS reporter gene under the control of the promoter of CYP77A4 showed that the gene was expressed mainly in floral organs and seeds. The analysis of various organs in the cutin demonstrated that the gene was essential for the synthesis of a C18 trihydroxy polyesters present in seed polyesters (9,10,18-trihydroxyoctadecenoic acid). A method for the separation of the embryo and seed coat allowing to analyze embryo polyesters was developed. The trihydroxy C18 fatty acid was found to be the major cutin embryo monomer. Profile of cutin monomers in mutant embryos showed that CYP77A4 is an epoxygenase in the biosynthetic pathway of C18 cutin monomers. The study of the physiology of the mutants also showed that the trihydroxy- fatty acids of the embryo cuticle play an important role in the germination of the seed under conditions of salt stress. In a second study, mutant loss-of-function and overexpressors for the Arabidopsis gene BODYGUARD encoding a protein of the α / β hydrolase fold superfamily have been characterized. Analysis of polyesters in these lines showed that this protein, whose role in the formation of the cuticle was not understood, plays in fact a role in cutin biosynthesis.

La matière organique des sols (MOS) représente un réservoir majeur de carbone. Certaines pratiques agricoles ont pour effet de minéraliser la MOS. Dans un système où les résidus de cultures sont retournés au sol, la biomasse racinaire contribue plus à la MOS que les parties aériennes, alors que la proportion de MO contenue dans les racines est plus faible. Afin de mieux comprendre les processus de dégradation et/ou de stabilisation de la MOS, nous avons choisi d'étudier dans une chronoséquence blé/maïs, la dynamique des marqueurs de deux biopolyesters, les cutines et les subérines, spécifiques des parties aériennes et souterraines des plantes. Le blé est une plante en C3 (13C ≈ -28‰) alors que le maïs est une plante en C4 (13C ≈ -12‰). Ce dispositif permet de suivre in situ, l'incorporation des marqueurs provenant du maïs à la MOS, par mesure de leur 13C dans le sol. Les marqueurs des cutines du maïs ne sont pas ou peu incorporés à la MOS, alors que ceux des subérines du maïs le sont, lors des six premières années de culture de maïs. Les marqueurs des cutines sont stabilisés dans le sol, soit parce qu'ils appartiennent à un compartiment chimiquement réfractaire, soit parce qu'ils sont protégés par la matrice du sol (protection physique, adsorption sur les minéraux). Les marqueurs des subérines, présentent deux compartiments cinétiques, un rapidement renouvelable, l'autre plus stable suivant les mécanismes de protections semblables à ceux des cutines. En profondeur, la concentration des marqueurs des subérines des racines de maïs augmente alors que celle des cutines diminue, indiquant que le changement de culture de blé à maïs influence la dynamique de la MOS.

La cuticule, une matrice lipidique extracellulaire constituée de cires et d'un squelette de cutine, est la barrière de défense la plus externe des plantes face à leur environnement. Elle intervient dans de nombreuses propriétés agronomiques comme la conservation post récolte, les propriétés mécaniques ou bien l'aspect du fruit, dont la brillance. Afin d'isoler des mutants de cuticule, le criblage d'une collection de mutants EMS de tomate a été entrepris, en se basant sur la brillance des fruits, conduisant à la sélection de 24 mutants. Chez ceux-ci, des analyses biochimiques ont montré de fortes variations de charge et de composition de la cuticule, notamment chez les mutants de cutine. La caractérisation de 4 mutants remarquables a été entreprise afin d'identifier les mutations responsables des phénotypes de brillance. Le mutant le plus affecté, présentant une charge en cutine réduite de 85% par rapport au type sauvage, a révélé une mutation du gène SlGDSL2 codant pour une acylhydrolase à motif GDSL, responsable de la polymérisation de la cutine. Afin d'étudier la formation et la régulation de la cutine, la suite du travail a consisté à obtenir et à caractériser des simples et des doubles mutants affectés dans la synthèse des monomères de cutine, le transport apoplastique et la polymérisation de la cutine.