Magnaporthe oryzae est un champignon filamenteux responsable de la principale maladie du riz, la pyriculariose. Ce pathosystème est très étudié, notamment dans le but de contribuer à l’identification de facteurs pouvant permettre le développement de résistances efficaces. Si certaines hormones végétales, comme l’acide salycilique, sont requises pour la mise en place des défenses de la plante, d’autres sont impliquées dans des processus développementaux. Parmi elles, les cytokinines (CKs) sont des dérivés d’adénine décrites pour participer à la croissance et la différenciation de l’appareil aérien et racinaire. Elles contribuent à la répartition des nutriments et impactent également la viabilité des cellules, en retardant la senescence ou en induisant la mort cellulaire. Des études précédentes ont montré que les CKs pouvaient perturber la résistance de la plante hôte dans différents pathosystèmes. Chez le riz, les CKs agissent en synergie avec l’acide salicylique pour induire l’expression des gènes marqueurs des défenses. Cependant aucun phénotype de résistance associé aux CKs n’a été observé in planta. Mes travaux montrent qu’un apport exogène de CKs (kinétine, BAP) affecte la résistance du riz à Magnaporthe avant infection, de manière dose dépendante. Le phénotype de résistance observé est corrélé avec une plus forte expression des défenses pendant infection, limitant la pénétration et l’invasion du champignon. Des plantes de riz mutées pour une probable cytokinine UDP-glucosyl transferase (CK-UGT) ont été obtenues. Ces mutants ck-ugt sont affectés dans le métabolisme des CKs et sont également plus résistants à M. oryzae. Hors infection, une plus forte expression des gènes de défense a été mesurée chez les plantes mutantes, confirmant que les CKs endogènes affectent directement ou indirectement les défenses de l’hôte. En parallèle de ces analyses sur la plante, mes travaux ont aussi porté sur le rôle des CKs produites par M.oryzae. En effet, leur rôle dans l’interaction ainsi que la voie de leur biosynthèse chez le champignon n’était pas caractérisé. Conservées au sein des différents organismes, les tRNA-IPT (isopentenyl transferase) sont décrites pour participer à la biosynthèse de CKs. Un seul gène homologue a été identifié chez M. oryzae et nommé CKS1 car sa délétion abolit la production de CKs. Le mutant de Magnaporthe cks1 est moins virulent (pénétration et invasion in planta réduites) que la souche témoin complémentée. Il induit une plus forte accumulation des espèces actives de l’oxygène et une plus forte expression des défenses chez la plante. Les dosages des acides aminés et des sucres pendant infection ont montré que les concentrations de ces nutriments étaient différemment perturbées par la souche déficiente en CKs. Ces résultats suggèrent que les CKs fongiques pourraient être requises pour affecter la répartition des acides aminés et contribuer une accumulation progressive de sucres au cours de l’infection. Ainsi, chez un champignon qui n’induit pas de tumeurs, les CKs pourraient agir comme des effecteurs qui auraient une double fonction d’inhibition des défenses et de drainage des nutriments. Chez les champignons, ces hormones induisent également des réponses physiologiques comme la résistance à certains stress, les processus de nutrition et la reproduction sexuée. Ces effets ont été étudiés chez Magnaporthe dans différentes conditions de croissance in vitro plus ou moins stressantes. Les résultats indiquent que les CKs augmentent la tolérance au stress osmotique et oxydatif et suggèrent qu’elles affecteraient aussi l’absorption des nutriments ainsi que la reproduction sexuée. Comme le gène CKS1 est conservé, cette mutation peut être caractérisée chez d’autres organismes fongiques présentant des modes de vie différents de manière à mieux comprendre le rôle de ces hormones dans les interactions plante-microorganisme mais également au sein des interactions microbiennes. / The blast disease caused by Magnaporthe oryzae is one of the most devastating diseases on rice leading to important yield loss. Plant hormones, like salicylic acid, play a central role in plant resistance establishment. Among these hormones, cytokinins (CKs) are adenine derivatives well described to modulate root/shoot growth and differentiation, cell viability and nutrient distribution. Previous studies have shown that these hormonal compounds can also affect plant host resistance in different pathosystems involving monocot or dicot host plants and microbes (bacteria, oomycetes or fungi). In rice, CKs were described to act synergistically with the salicylic acid pathway to induce defense marker genes expression. However, no resistance phenotype associated with CKs was observed and the way that CKs could act in planta during infection is still unknown. In this work, a resistance phenotype induced by exogenous application of the CK kinetin was characterized and the role of endogenous CKs in rice resistance was investigated by phenotyping plant CK mutants. An exogenous supply of kinetin before infection led to a higher induction of defense marker genes that was associated with limited fungal penetration and invasion, suggesting. However the way CKs affected resistance or susceptibility (or virulence see below) depended on the timing at which they were applied (before or after inoculation). Rice lines mutated for a putative cytokinin- UDP-glycosyl transferase (CK-UGT) were produced. The ck-ugt mutants were more resistant, suggesting that endogenous CKs can also contribute to resistance. Defense marker genes were expressed higher in the absence of infection in the ck-ugt rice mutants, compared to the WT plants. In parallel of these analyses of CK on the plant side, we studied the possible role of CK produced by Magnaporthe. Indeed M.oryzae produces and secretes CKs. However, the way fungal CKs are involved in the rice blast disease development as well as the biosynthesis pathway in M.oryzae were not established. A putative tRNA-IPT (isopentenyl transferase) conserved across organisms was identified in M.oryzae. Mutant analysis of this gene confirmed that this enzyme, thus named CKS1, is required for CK production. Knock-out cks1 fungal mutants were less virulent on rice, affected in penetration and invasion compared to the control complemented strain. They triggered a stronger accumulation of reactive oxygen species and a higher expression of defense marker genes. Aspartate and glutamate, two amino acids important for M.oryzae growth, were differently affected at and around the infected zone by cks1 strain suggesting that fungal CKs could contribute to drain/consume nutrients during infection. Similarly, sugar accumulation was also differently disturbed, indicating that fungal-derived CKs may be required for maintaining a progressive sugar production during host invasion, probably by affecting photosynthesis process. Our results show that fungal CKs, in a non-gall forming fungal pathogen, could act as dual effectors by inhibiting defense and modifying nutrient fluxes. Furthermore, CKs are known to affect some physiological processes in fungi, like stress resistance, nutrition or sexual reproduction. In order to test whether CKs modulate Magnaporthe stress tolerance, the effect of CKs on the mycelial growth in different stressful conditions in vitro was tested. The results indicate that CKs increased osmotic and oxidative stress tolerance and suggest that they also affected nutrient acquisition as well as sexual reproduction. Since the CKS1 gene is highly conserved, the effect of the cks1 mutation could be studied in other fungi showing different lifestyles for improving our knowledge on the role these hormonal compounds play among microbes or in plant-microbe interactions.

Les plantes sont des organismes sessiles se développant dans un environnement hétérogène et fluctuant. La capacité d'acquisition des nutriments par le système racinaire est donc un caractère important pour leur croissance et leur développement.L'azote (N), notamment sous forme nitrate (NO3-), fait partie de ces éléments qui sont limitant pour la croissance des plantes mais aussi très mobiles dans le sol donc fréquemment distribués de façon hétérogène. Les plantes s'adaptent à cette contrainte en modulant le développement racinaire ainsi que la capacité de transport de ce nutriment dans les différentes parties du système racinaire en fonction de la disponibilité en NO3- et du besoin en azote (N) de la plante entière. Cette adaptation repose donc sur la combinaison de deux voies de signalisation, i) une signalisation locale dépendante de la disponibilité en NO3- dans le milieu extérieur ii) une signalisation longue distance (ou systémique) racines-feuilles-racines relative au besoin en N de la plante entière.Toutefois, les bases moléculaires de la signalisation longue distance comme les mécanismes de régulation qui y sont associés ne sont pas totalement connus. Ils reposent sur l'intégration au niveau des parties aériennes de signaux d'origine racinaire, provenant des racines exposées au NO3- mais aussi de celles qui en sont privées. Les parties aériennes jouent alors un rôle majeur dans la modulation de la physiologie et du développement racinaire en condition de disponibilité hétérogène en NO3-. Des études précédentes ont montré que la biosynthèse de cytokinines est essentielle pour la mise en place de cette réponse adaptative. De plus, il est connu qu'après un apport de NO3-, la biosynthèse de cette hormone dans les racines puis son accumulation dans les parties aériennes est augmentée. Dans ce contexte, nous avons émis l'hypothèse que les cytokinines pourraient correspondre à un messager racines/feuilles important pour la signalisation systémique NO3--dépendante.L'objectif de mon projet de thèse consistait à comprendre comment les parties aériennes contrôlent l'acquisition racinaire du NO3- en condition de disponibilité hétérogène en NO3-. Pour reproduire cette condition en laboratoire, le système de 'split-root', permettant de séparer le système racinaire en deux parties isolées pouvant être traitées différemment, a été utilisé pour exposer les plantes à différentes conditions de disponibilité en NO3-. Dans ces différentes conditions, les réponses moléculaires, métaboliques et physiologiques ont été caractérisées chez des plantes sauvages d'Arabidopsis et comparées à celles de mutants affectés dans la biosynthèse, le transport acropetal ou encore dans la perception des cytokinines. La combinaison de ces différentes approches m'a ainsi permis de démontrer que les cytokinines, et plus précisément les trans-zéatines, sont effectivement un messager racines-feuilles crucial pour la mise en place des réponses de la racine à une disponibilité hétérogène en NO3-. De plus, j'ai montré que l'apport hétérogène en NO3- comparé à l'apport homogène entraîne une importante reprogrammation de l'expression génique dans les parties aériennes qui est largement dépendante de ce transport de trans-zéatines vers les feuilles. Enfin, l'intégration de ces données transcriptomiques au sein de réseaux géniques a permis d'identifier des gènes candidats intéressants comme acteurs possibles de la signalisation feuilles-racines. / Plants are sessile organisms growing in a heterogeneous and fluctuating environment. Thus, foraging for nutrients is an important trait for plant growth and development. Nitrogen (N), especially as nitrate (NO3-) form, is one limiting element for plant growth but is also highly mobile in the soil leading to frequent heterogeneity distribution. Plants are managing this constraint through the regulation of root development and NO3- uptake in the different parts of the root system according to the spatial NO3- availability and the N needs of the whole plant. This adaptation relies on a dual signaling pathway involving i) a local signaling related to external NO3- supply and ii) a root-shoot-root long-distance (systemic) signaling related to the plant N needs..However, the molecular basis of the long-distance signaling as well as the regulatory mechanisms associated with, are not fully understood. They rely on the integration at the shoot level of signals originating from both NO3--supplied and N-deprived root parts. Therefore, the shoots have a key role for an efficient adaptation to heterogeneous NO3- environment through the adjustment of root physiology and development. Previously, cytokinin biosynthesis has been shown to be essential for both molecular and morphological root responses to NO3- heterogeneous environment. Moreover, it is known that upon NO3- supply, de novo biosynthesis of this hormone in the roots is increased along with its accumulation in the shoots. In this context, we hypothesized that cytokinins could correspond to an important root to shoot signal involved in NO3--dependent systemic signaling.The main objective of my PhD project was to decipher and understand how the shoots control root NO3- acquisition in response to spatial NO3- heterogeneity. To do so, we used the 'split-root' system, in which physically isolated roots of a same plant are challenged with different NO3- environments. In this framework, we characterized physiological, metabolic and molecular responses of Arabidopsis wild-type plants that we compared to responses of mutants impaired in cytokinin biosynthesis, acropetal transport or perception. The combination of these different approaches allowed me to demonstrate that cytokinins, and especially trans-zeatin species are indeed a root to shoot messenger that is crucial for root responses to spatial NO3- heterogeneity. Moreover, I have shown that NO3- heterogeneous supply compared to homogeneous supply triggers a substantial reprogramming of gene expression in aerial part, which largely depends on this trans-zeatin transport toward the shoots. Finally, the integration of these transcriptomic modifications into gene networks led to the identification of interesting candidate genes to characterize the shoot-to-root signaling.

En réponse à une carence en azote dans le sol, les légumineuses sont capables d’interagir avec une bactérie du sol, Rhizobium, pour former un nouvel organe spécifique: la nodosité fixatrice d’azote atmosphérique. Chez la plante modèle des légumineuses Medicago truncatula, le récepteur aux cytokinines MtCRE1 est essentiel pour cette interaction symbiotique. Cependant, trois autres récepteurs aux cytokinines CHASE Histidine Kinase (CHK) existent chez M. truncatula. Les quatre CHKs ont des profils d’expression redondants dans les étapes précoces de la formation des nodosités, et plus divergeant dans les nodosités différenciées, même si MtCRE1 est le plus exprimé. Le locus génomique du plus proche homologue de MtCRE1 chez la plante non-symbiotique Arabidopsis, AHK4, complémente l’initiation des nodosités, mais seulement partiellement les phénotypes de croissance des nodosités et de fixation d’azote. Parmi les Régulateurs de Réponse de type B agissant en aval des CHKs, RRB3 a été sélectionné pour réaliser une stratégie de délétion de domaines protéiques, révélant son rôle positif dans la nodulation. Des données transcriptomiques indiquant une régulation de MtCRE1 dans l’épiderme en réponse à un « traitement symiotique », des approches fonctionnelles ont été réalisées et ont permis d’identifier un rôle négatif des cytokinines et de la voie MtCRE1 dans l’épiderme en réponse à ces « conditions symbiotiques ».En parallèle de ces travaux, des mutants des CHKs chez le pois ont été générés. A terme, ces recherches permettront de sélectionner un génotype tolérant à différents stress biotiques et abiotiques sans affecter les symbioses bénéfiques chez une espèce d’intérêt agronomique. / Legume plants adapt to low nitrogen by developing an endosymbiosis with nitrogen-fixing soil bacteria to form a new specific organ: the nitrogen-fixing nodule. In the Medicago truncatula model legume, the MtCRE1 cytokinin receptor is essential for this symbiotic interaction. As three other CHASE Histidine Kinase (CHK) cytokinin receptors exist in M. truncatula, we determined their potential contribution to this symbiotic interaction. The four CHKs have extensive redundant expression patterns at early nodulation stages but diverge in differentiated nodules, even though MtCRE1 has the strongest expression. Interestingly, a genomic locus of the MtCRE1 homolog from the aposymbiotic Arabidopsis plant, AHK4, rescues noduleinitiation, but only partially the nodule growth phenotype, and not the nitrogen fixation capacity. Among type-B Response Regulators acting downstream of CHKs, RRB3 has been selected to perform protein deletions, revealing a positive role RRB3 in nodulation. Transcriptomic data indicating an epidermis MtCRE1 regulation during a « symbiotic traitment », functional approaches showed a negative role of cytokinins and MtCRE1 pathway in epidermis in response to « symbiotic conditions ». chk mutants have been generated in Pisum sativum. Ultimately, the aim of these researches is to set the bases to select in legume species of agronomic interest a genotype tolerant to biotic and abiotic stresses without affecting beneficial symbioses.

L’interaction symbiotique légumineuses-rhizobium nécessite l'infection des racines de la plante par les bactéries et l’initiation de divisions cellulaires dans le cortex racinaire.Les cytokinines sont des hormones végétales agissant via une signalisation par phosphotransfert qui conduit à l’activation de Régulateurs de Réponse de type B (RRBs), des facteurs de transcription régulant l'expression des gènes de réponse primaire aux cytokinines. Une étude phylogénétique menée sur plusieurs espèces de légumineuses a révélé une expansion génique de la famille des RRBs et l’apparition de formes non-canoniques de ces facteurs de transcription. Chez Medicago truncatula,MtRRB3 est le RRB le plus fortement exprimé dans les racines et les nodosités et est impliqué dans la nodulation. En effet, les plantes dont l’expression de MtRRB3 a été réduite par ARNi ainsi que des mutants rrb3 présentent une diminution significative du nombre de nodosités formées. De plus, l’expression de gènes associés à la nodulation, tels que "Nodulation Signalling Pathway 2" (MtNSP2) et "Cell Cycle Switch 52A"(MtCCS52A), est réduite en réponse aux cytokinines dans ces mutants. Des fusions transcriptionnelles avec le rapporteur GUS montrent que MtRRB3, MtNSP2 et MtCCS52Aprésentent un profil d’expression spatiale largement chevauchant dans les racines et lesnodosités. Des expériences de ChIP-qPCR et de trans-activation en protoplastes indiquent par ailleurs que MtRRB3 peut respectivement interagir avec et activer les promoteurs des gènesMtNSP2 et MtCCS52A. Cette thèse a donc permis d’établir des mécanismes moléculaires impliqués dans les régulations transcriptionnelles médiées par les cytokinines lors de la mise en place des nodosités symbiotiques fixatrices d’azote. / The legume-rhizobium interaction requires the infection of plant roots by rhizobia and the initiation of cell divisions in the root cortex. Cytokinins, a class of plant hormones acts trough a phosphotranfert signalling leading to the activation of Type-B Response Regulators(RRBs) which are transcription factors regulating the expression of cytokinins primary response genes. Phylogenetic analyses carried out indifferent legume species genomes showed anexpansion of the RRB genes family associated toan increase in non-canonical RRBs. In Medicago truncatula nodules, MtRRB3 is the most expressed RRB in roots and nodules. MtRRB3 islinked to nodulation as MtRRB3 RNAi silencedplants as well as rrb3 mutants display asignificant decrease of nodule number. Inaddition, the expression of the nodulation related genes Nodulation Signalling Pathway 2(MtNSP2) and Cell Cycle Switch 52A(MtCCS52A) is reduced in response to cytokininsin rrb3 mutants. The expression pattern of apMtRRB3-GUS fusion overlaps with thepMtNSP2-GUS and pMtCCS52A-GUS fusions in roots and nodules. Finally, ChIP-qPCR and protoplast trans-activation experiments showed that MtRRB3 can respectively interacts with and activate MtNSP2 and MtCCS52A promoters. This thesis have thus established molecular mechanisms associated to transcriptional regulations mediated by cytokinins during the legume symbiotic nitrogen-fixing nodulation.

Les cytokinines sont des hormones régulant de nombreux processus physiologiques. Elles sont en particulier impliquées dans certaines interactions plantes-microorganismes pathogènes. Leur perception est assurée par les récepteurs Histidine Kinases (HK) dont la fonction est prédominante dans la transduction de signaux moléculaires et environnementaux. Ce travail a permis une caractérisation complète des cinq récepteurs aux cytokinines de type CHASE-Histidine Kinase (MdCHK) et d’un osmosenseur (MdHK1) chez le pommier, espèce d’intérêt économique soumise à l’attaque de nombreux pathogènes. La combinaison d’approches moléculaires et bio-informatiques a révélé les particularités fonctionnelles et les rôles spécifiques des MdCHK. Ces connaissances ont permis de sélectionner une souche de levures exprimant le récepteur MdCHK2 en tant que biosenseur de cytokinines. Ce nouvel outil biotechnologique optimisé pour la détection rapide de cytokinines a conduit à la mise en évidence d’une production de ces composés par Erwinia amylovora, bactérie pathogène du pommier. Le criblage de bactéries pathogènes humaines grâce au biosenseur a également révélé leur production par Staphylococcus aureus et Streptococcus agalactiae. Afin d’optimiser ce biosenseur, une approche mécanistique de MdCHK2 a été entreprise et dévoile l’importance de certains domaines dans ses spécificités de perception. / Cytokinins are hormones regulating numerous physiological processes. They are particularly involved in some plant-pathogen interactions. Their perception is ensured by Histidine Kinase (HK) receptors which play a prevailing role in transducing molecular and environmental signals. This work enabled the full characterization of the five cytokinin CHASE-Histidine Kinase receptors (MdCHK) and the osmosensor (MdHK1) in apple tree, a species of economic interest subjected to many pathogen attacks. Combining molecular and bioinformatics approaches led us to reveal the functional features and specific roles of the MdCHK. This knowledge allowed us to select a yeast expressing the MdCHK2 receptor as a cytokinin biosensor. This new biotechnological tool optimized for fast cytokinin detection led us to expose the production of such molecules in Erwinia amylovora, a pathogenic bacterium of apple. Screening human pathogenic bacteria with the biosensor also unveiled their production in Staphylococcus aureus and Streptococcus agalactiae. In order to optimize this biosensor, we initiated a mechanistic approach on MdCHK2 and showed the importance of some domains in its perception specificities.

Notre équipe de recherche étudie l'action des hormones gibbérellines (GA) et cytokinines (CK) dans les processus de développement chez la plante modèle Arabidopsis thaliana. En recherchant des régulateurs de l'expression d'un gène impliqué dans la différenciation des cellules épidermiques et dont l'expression est contrôlée par ces deux hormones, une nouvelle famille de quatre protéines nommées GeBP (GL1 enhancer Binding Protein), GPL1 (GeBP Protein Like 1), GPL2 et GPL3 a été identifiée au laboratoire. Le but de ce travail de thèse était de caractériser moléculairement et fonctionnellement les membres de cette nouvelle famille multigénique.<br /> Nous avons tout d'abord vérifié l'adressage nucléaire des protéines GeBP/GPL et démontré leur capacité à former des dimères in planta via un motif Leucine-Zipper non canonique. L'analyse fonctionnelle a été abordée par l'étude de lignées simples et multiples mutantes gebp/gpl. Différentes données physiologiques et moléculaires convergentes ont démontré un rôle redondant des gènes GeBP/GPL dans le contrôle de la réponse aux CK. Enfin, une analyse globale des transcriptomes d'une lignée surexpresseur de GPL2 et du quadruple mutant gebp/gpl, nous a permis d'établir un lien entre les GeBP/GPL et CPR5, un gène impliqué dans la réponse aux pathogènes, et le contrôle du cycle cellulaire. Ce lien a été conforté expérimentalement par des mesures de ploïdies des noyaux des cellules foliaires montrant une dérégulation du cycle cellulaire chez la lignée quadruple mutant et la lignée surexpresseur de GPL2.<br />Les futurs travaux auront pour but de poursuivre l'étude de la fonction des GeBP/GPL et de confirmer le lien avec CPR5.

En raison de leur rôle central dans la physiologie et le développement des plantes, les phythormones ont depuis longtemps été considérées comme des médiateurs chimiques déterminants dans la capacité des insectes à contrôler leur environnement végétal. Les mécanismes permettant aux insectes de manipuler la balance phytohormonale permettant ainsi la régulation des apports nutritifs et la modulation des défenses végétales demeurent néanmoins pour la plupart inconnus, en particulier pour les insectes galligènes et mineurs de feuilles. L’objectif de ma thèse visait à caractériser les capacités de modulation phytohormonale par les insectes manipulateurs de plantes avec un accent particulier sur le lépidoptère mineur de feuille Phyllonorycter blancardella. Nous avons ainsi développés une caractérisation spatio-temporelle de la réponse des plantes aux attaques des larves mineuses au niveau moléculaire et biochimique. Une comparaison entre différents systèmes biologiques nous a permis d’évaluer les similitudes entre les stratégies adoptées par les les insectes galligènes et les insectes mineurs de feuilles, d’identifier l’origine possible des phytohormones impliquées dans la manipulation de la plante et le rôle des bactéries endosymbiotiques d’insectes dans ces interactions. / Because phytohormones lie at the very core of molecular mechanisms controlling the plant physiology and development, they have long been hypothesized to be involved in insect-induced plant manipulations. Insects are using phytohormones to manipulate their host plants for their own benefit, regulating nutrient provisioning and plant defenses. However, a mechanistic understanding of how phytohormones operate in plant reconfigurations by plant-manipulating insects, especially by gall-inducing and leaf-minging insects, is lacking. The objective of my Ph.D. was to provide an extensive characterization of how plant-manipulating insects modulate the plant global hormonal balance with a specific focus on the leaf-mining moth Phyllonorycter blancardella. We thus developed a time course characterization of plant transcriptomic and biochemical responses following attack by leaf-mining larvae. A comparative analysis between different biological systems allowed us to estimate similarities in strategies developed leaf-mining and gall-inducing insects, to identify the possible origin of phytohormones involved in the plant manipulation and to estimate the role of insect endosymbiotic bacteria in these interactions.

Les herbicides sont des polluants suscitant de grandes inquiétudes en raison de leur ubiquité environnementale résultant de leur usage intensif dans l’agriculture moderne et de leur persistance dans les sols et les eaux. Les herbicides peuvent être dégradés par des microorganismes, des plantes ou d’autres processus naturels, produisant alors une vaste gamme de métabolites dont l’impact sur les écosystèmes reste méconnu. Dans un contexte d’évaluation des risques environnementaux, l’étude de la réponse des plantes à des mélanges complexes de xénobiotiques est importante pour estimer les effets des contaminations, notamment dans le cas de pollution résiduelle. Afin d’étudier l’impact de cette diversité de polluants, les mécanismes de réponse et les cibles impliquées, la plante modèle Arabidopsis thaliana a été confrontée à des doses variables de molécules de la famille des triazines constituant une série chimique cohérente : atrazine, herbicide encore largement utilisé au niveau mondial, déséthylatrazine, métabolite chloré de l’atrazine, et hydroxyatrazine, métabolite de déchloration de l’atrazine. Ce travail montre que l’exposition de courte durée à des doses variables d’atrazine, de déséthylatrazine et d’hydroxyatrazine, au niveau racinaire, affecte de manière spécifique et dose-dépendante la croissance précoce et le développement de la plante. La caractérisation d’effets directs et multiples sur la respiration et la croissance racinaire a permis de révéler des mécanismes d’action non-canoniques, distincts de l’action classiquement décrite des triazines sur le photosystème II. Afin d’identifier ces mécanismes, activés en absence de dommages cellulaires, une analyse transcriptomique au niveau du génome entier a été effectuée. Les trois triazines induisent des changements coordonnés et spécifiques dans l’expression des gènes. L’analyse fonctionnelle des gènes différentiellement exprimés et de leur promoteur révèle que les voies de signalisation liées à la fois aux hormones végétales, à la perception de faibles niveaux d’énergie, aux stress environnementaux ainsi qu’aux interactions biotiques sont impliquées dans la réponse aux faibles doses de triazines. Les triazines affectent, en particulier, l’expression de gènes connus pour être régulés par les cytokinines. De manière intéressante, cette famille d’hormones végétales montre des caractéristiques chimiques similaires à celles des triazines. Des études développementales utilisant différentes modalités d’exposition aux triazines et aux cytokinines ont alors été effectuées sur des génotypes sauvages et sur des mutants de la voie de signalisation des cytokinines. L’identification d’interactions spécifiques entre les triazines et les composants de la signalisation des cytokinines a alors mis en évidence des mécanismes potentiels de compétition et/ou d’antagonisme. La caractérisation de ces perturbations au niveau de la transduction du signal pourra permettre à terme d’évaluer l’efficacité des herbicides sur les cultures ainsi que l’impact des contaminations xénobiotiques sur les communautés végétales naturelles. Enfin, l’identification des interactions entre stress xénobiotique, biotique et abiotique approfondira les connaissances sur les effets croisés de la pollution chimique et des stress liés au changement climatique. / Herbicides are pollutants of high concern due to their environmental ubiquity resulting from extensive use in modern agriculture and persistence in soil and water. Degradation events on active molecules mediated by microorganisms, by plants and by natural processes give rise to a plethora of herbicide metabolites of unknown impact on ecosystems. Study of plant behavior toward such complex mixtures of xenobiotic structures is important to evaluate the effects of contaminations, especially in the context of residual pollution. In order to understand the mechanisms underlying the action of this diversity of compounds, the model plant Arabidopsis thaliana was confronted to variable doses of the widely-used triazine herbicide atrazine, and of two of its metabolites, desethylatrazine and hydroxyatrazine. Short exposure to varying concentrations of atrazine, desethylatrazine and hydroxyatrazine was found to affect early growth and development in various dose-dependent and distinct manners. These differential effects pointed out to the multiple involvement of non-canonical mechanisms, directly affecting respiration and root development. In order to identify these mechanisms, which are activated in the absence of major adverse physiological effects, a genome-wide transcriptomic analysis was carried out. All of the triazines under study induced coordinated and specific changes in gene expression. Functional analysis of differentially expressed genes and of their promoters revealed that signaling pathways related to plant hormones, low energy sensing, environmental stresses and biotic interactions were involved in low-dose triazine responses. In particular, triazines affected the expression of genes known to be regulated by cytokinins. Interestingly, this family of plant hormones shares similar chemical features with triazine compounds. Developmental studies on plants bearing mutations in cytokinin sensing and signaling pathways were then carried out under variable triazine exposures. The identification of specific interactions between triazine compounds and cytokinin-signaling components highlighted potential mechanisms of competition and/or antagonism. The characterization of such signal transduction modifications and perturbations will be useful to assess herbicide efficiency in crop systems and xenobiotic contamination impact on natural plant communities. Finally, the identification of crosstalk processes between xenobiotic, abiotic and biotic stress signaling gives novel insights into the interplay between chemical pollution and climate change stressors.

Les insectes endophytophages, tels que les insectes foreurs de tiges, les galligènes et les mineurs de feuilles, vivent et se nourrissent à l’intérieur des végétaux. L'hypothèse de l'alimentation sélective stipule que ces organismes endophytes possèdent un avantage adaptatif par rapport aux ectophages en accédant aux tissus les plus nutritifs tout en évitant les principaux composés défensifs de la plante. Ce comportement d’alimentation sélective peut être également renforcé par une manipulation de la physiologie de la plante comme cela a été démontré chez les insectes galligènes mais également suggéré chez certains insectes mineurs. Ces derniers sont en effet capables d’induire un phénotype « îles vertes » qui se manifestent par la persistance de la photosynthèse au niveau de la zone minée à l'automne alors que le reste de la feuille entre en sénescence et jaunit. L’objectif de notre étude a été d’étudier, en conditions de terrain, les capacités de manipulation du végétal dans le système Malus domestica / Phyllonorycter blancardella. Cet insecte hautement spécialisé complète l’ensemble de son développement dans une zone restreinte d’une seule feuille. / Endophytophagous insects, such as stem-boring, gall-forming and leaf-mining insects, live within plant tissues and feed internally. The selective feeding hypothesis states that this life-style presumably provides adaptive advantages for the insect over other external-feeding modes by allowing access to most nutritional tissues while avoiding main plant defensive compounds. This selective feeding behavior can be reinforced by manipulating the plant physiology which has been clearly demonstrated in gallers but also suggested in leaf-miner insects due to the autumnal formation of “green islands” around mining caterpillars in yellow leaves. This study aimed to investigate, under field conditions, the ability of insects to manipulate their host-plant in the Malus domestica / Phyllonorycter blancardella biological system. This insect is highly specialized and entirely develops within a restricted area of a single leaf. We first characterized the plant-insect interface by describing larval mouthparts and leaf anatomy alterations resulting from the insect feeding activity.