La tomate (Solanum lycopsersicum), qui forme un clade monophylétique restreint au sein de la large famille des Solanacées, est utilisée comme modèle pour l’analyse du génome, et le développement du fruit. A ce jour, de nombreux efforts ont été consacrés à l'analyse de la diversité génétique des espèces de tomate. Cependant peu de travaux ont porté sur l'analyse de la diversité épigénétique, alors qu’il est aujourd’hui admis que les processus épigénétiques jouent un rôle essentiel dans la diversité phénotypique. Dans un premier temps, le niveau de méthylation de l'ADN a été comparé dans les feuilles et les fruits de différentes variétés de tomates sauvages et cultivées. Puis la famille des gènes Enhancer of zeste (E (z)) a été analysée. Chez la tomate, cette famille comprend deux gènes fonctionnels ainsi qu’un pseudogène. Finalement la stabilité épigénétique reste un facteur majeur pouvant avoir un impact essentiel sur les stratégies de sélection végétales. En outre nous avons fait une caractérisation fine des différents aspects du développement du fruit et de la maturation. / Tomato (Solanum lycopsersicum) which forms a small monophyletic clade within the large Solanaceae family has been chosen as a model system for studying the Solanaceae genome, fruit development and ripening. At that time, many efforts have been devoted to the analysis of the genetic diversity of tomato species, little work has focused on the analysis epigenetic diversity in this clade, although there is a general agreement that epigenetic processes play essential role in the phenotypic diversity in animal and plant system. As first step, DNA methylation level was analyzed in leaves and fruits of various wild and cultivated tomato species.Additionally, the Enhancer of zest (E(z)) gene family has been analyzed. In tomato, the E(z) family consists in two functional genes (SlEZ1, SlEZ2) and in a pseudogene (SlEZ3). In addition, the epigenetic stability is an important consideration that could have a significant on strategies for crop breading. Finally, we made a fine characterization of the different aspects of fruit development and ripening. / All’interno della grande famiglia delle Solanacee è stato scelto il pomodoro (Solanum lycopsersicum) come sistema modello per studio dello sviluppo e maturazione del frutto. Molti sforzi sono stati fatti per analizzare la diversità genetica delle specie di pomodoro, pochi lavori invece riguardano l’analisi della diversità epigenetica, sebbene ci sia accordo sul fatto che processi epigenetici giochino un ruolo essenziale nella diversità fenotipica dei sistemi animali e vegetali. Inizialmente è stato analizzato il livello di metilazione del DNA in foglie e frutti delle diverse specie di pomodoro selvatico e coltivato. Inoltre, è stata analizzata la famiglia genica Enhancer of Zeste (E (z)). In pomodoro la famiglia E(z) consiste di 2 geni funzionali SlEZ1, SlEZ2 e di uno pseudogene SlEZ3. Inoltre la stabilità epigenetica è importante in quanto può avere un impatto sulle strategie di miglioramento genetico delle specie coltivate. Infine è stata condotta una attenta caratterizzazione dei meccanismi cellulari dello sviluppo del frutto e della sua maturazione.

Les facteurs de transcription de type MADS-box représentent des acteurs de premier plan des réseaux de régulation du développement des fleurs et des fruits. Parmi ces régulateurs, la classe D est formée par des régulateurs apparentés aux protéines AGAMOUS qui ont été décrites pour leur implication dans le développement de l'ovule, de la graine et du funicule. On recense deux gènes MADS-box de classe D dans le génome de la tomate: Sl-AGL11 et Sl-MBP3. Des études d'expression par qPCR ont montré que les deux gènes étaient exprimés lors du développement précoce du fruit, mais dans des territoires distincts. Sl-MBP3 est plutôt exprimé dans le placenta et le gel loculaire tandis que Sl-AGL11 est davantage exprimé dans la graine. Ces profils d'expression distinctifs ont été confirmés et affinés grâce à des lignées de tomates exprimant le gène GUS sous le contrôle des promoteurs Sl-MBP3 et Sl-AGL11. Ainsi dans les lignées pSl-MBP3 ::GUS le signal GUS se concentre dans le gel loculaire tandis que les lignées pSl-AGL11 ::GUS le signal est restreint à l'embryon et l'albumen de la graine . Le rôle fonctionnel des gènes Sl-AGL11 et Sl-MBP3 a été alors exploré grâce à différentes lignées de tomate sur-exprimant ou sous-exprimant les deux gènes MADS-box. La surexpression de Sl-AGL11 engendre des modifications spectaculaires de la structure des fleurs et des fruits, notamment la conversion des sépales en organes charnus capables de mûrir sous le contrôle de l'éthylène. Ces lignées présentent aussi une hypertrophie du placenta au détriment de l'espace loculaire, un ramollissement extrême des tissus qui survient prématurément bien avant le mûrissement. De plus, la teneur en amidon et en sucre des sépales et fruits est considérablement accrue. Une analyse transcriptomique par RNA-seq des sépales et des fruits sur-exprimant Sl-AGL11 a mis en évidence l'ampleur de la reprogrammation métabolique induite par l'expression ectopique de Sl-AGL11, laquelle affecte principalement les gènes de la photosynthèse et les gènes de la paroi. La surexpression de Sl-MBP3 aboutit à des phénotypes similaires à ceux observés avec Sl-AGL11, mais de manière plus modérée. La sous-expression de Sl-AGL11 par une approche RNA interférence n'a pas permis de mettre en évidence de phénotypes clairs, à l'exception d'une légère réduction de la taille des graines. A contrario, la répression ciblée de Sl-MBP3 engendre un défaut de différentiation du gel loculaire résultant en une absence de 'jus' accompagnée d'une augmentation de la fermeté des fruits. La répression simultanée de Sl-AGL11 et Sl-MBP3 aboutit elle aussi à l'absence de gel loculaire et à des fruits plus fermes, mais engendre aussi des phénotypes additionnels tel que la réduction de la taille des fruits et des graines ainsi qu'une altération de leur capacité germinative. L'ensemble de ces résultats suggère qu'en plus de leur implication dans la mise en place de la graine, les deux facteurs MADS de classe D de tomate régulent le développement précoce du fruit. En particulier, le gène Sl-MBP3 semble avoir acquis au cours de l'évolution un rôle additionnel en devenant un régulateur majeur de la différentiation du tissu loculaire. / MADS-box genes encode transcription factors that are key elements of the genetic networks controlling flower and fruit development. Among these, the class D clade gathers AGAMOUS-like genes involved in seed, ovule and funiculus development. Tomato genome contains two class D genes: Sl-AGL11 and Sl-MBP3. Transcript accumulation analysed by qPCR indicated that Sl-AGL11 and Sl-MBP3 are both expressed at early fruit development but with distinct territories: Sl-MBP3 being highly expressed in the placenta and the locular gel while Sl-AGL11 expression peaked in the seeds. This expression patterning was confirmed in tomato plants expressing promoter-Sl-MBP3-GUS fusion which displayed high GUS signal in the locular gel while in promoter-Sl-AGL11-GUS lines the signals was restricted to seed embryo and endosperm. The functional significance of Sl-AGL11 and Sl-MBP3 was then addressed through RNAi-silencing and ectopic expression strategies. Overexpression of Sl-AGL11 induced the conversion of sepals into carpelloid fleshy organs that undergo ripening, which is reminiscent of the phenotypes observed for class C TAG1 and TAGL1 MADS-box genes. In addition, Sl-AGL11-overexpressing fruits exhibited a marked hypertrophy of the placenta, a reduction of the locular space, and an extreme softening that occurs well before ripening. Moreover, starch and soluble sugar contents were substantially higher in these fruits and fruit-like sepals, corroborating their conversion into a fleshy organ with similar metabolic reorientations. RNA-Seq analyses performed on young fruits and sepals confirmed the metabolic reprogramming induced by the ectopic expression of Sl-AGL11 among which cell wall-related and photosynthetic genes seem to be the most strongly impacted. Over-expression of Sl-MBP3 in tomato resulted in phenotypes similar to those observed with Sl-AGL11 ectopic expression suggesting functional redundancy of the two class D tomato genes. While the RNAi-mediated specific downregulation of Sl-AGL11 did not show any obvious phenotype, Sl-MBP3 specific downregulation resulted in fruits lacking locular gel formation. Conversely, Sl-MBP3-silenced fruits showed an increased firmness. At last, the simultaneous down-regulation of Sl-AGL11 and Sl-MBP3 expression also triggered the loss of gel formation and increased firmness; but it resulted in marked reduction in fruit size and a decrease in seed number, size and germination capacity. Altogether, these results suggest that, in addition to the well-established role in seed development of class D MADS-box genes, Sl-AGL11 and/or Sl-MBP3 strongly affect fleshy fruit development and quality traits, notably by impacting the differentiation of the locular gel.

L'oxydase terminale plastidiale (PTOX) est une plastoquinol oxidase. Le mutant ghost de tomate, déficient en PTOX, présente un phénotype de feuilles panachées et accumule du phytoène (dans ses secteurs blancs) et montre un déficit en caroténoïdes dans les fruits mûrs. Pour élucider les différents rôles de PTOX, qui ont en commun la modulation de l'état redox de plastoquinones, nous avons utilisé différentes conditions expérimentales. Nous avons montré que l'importance du rôle de PTOX dans la désaturation des caroténoïdes, en tant que cofacteur redox, se limite à certaines étapes développementales comme la différentiation des chloroplastes et des chromoplastes. En effet, en faible lumière, ghost peut produire des feuilles adultes et des fruits verts, qui contiennent la même quantité des caroténoïdes que celle de la tomate nondéficiente en PTOX, et qui n'accumulent pas de phytoène. D'autre part, nous avons constaté que des plantes de tomates transgéniques surexprimant PTOX ne surproduisent pas les carotenoides. Tandis que la surexpression de PTOX a un effet minimal sur la photosynthèse, les feuilles et les fruits verts de ghost sont moins capables d'éviter des dommages oxydatifs et sont plus sensibles à la photoinhibition et aux dommages de PSII. Cette sensibilité vient d'un niveau élevé de surréduction non-photochimique des plastoquinones à l'obscurité et d'un état réduit plus important de la chaîne de transfert d'électrons photosynthétiques à la lumière. Ainsi, PTOX joue un rôle indispensable et direct dans la photosynthèse, notamment sur l'état redox du pool des plastoquinones entre PSII et PSI. Nous proposons que PTOX a un rôle régulateur dans la distribution des électrons photosynthétiques entre flux linéaire et circulaire, plutôt qu'un rôle de puits d'électrons, et que sa présence est importante dans la transition de l'obscurité à la lumière ainsi que de la faible lumière à la forte lumière.

Le raisin (Vitis vinifera L.) est un fruit charnu non climactérique d’importance économique majeure. De nombreux paramètres, comme la taille, le métabolisme des acides organiques et des sucres, l’équilibre hydrique et la synthèse de métabolites secondaires, affectent la « qualité » de la baie. Les signaux affectant la reprogrammation du métabolisme cellulaire et l’expression des gènes codant des protéines clefs du développement et du mûrissement incluent les hormones et l’accumulation des sucres, présents à des taux variables au cours du développement de la baie. La régulation transcriptionnelle est l’élément essentiel qui contrôle ces modifications majeures. A ce jour, dans le contexte de la régulation du développement du raisin, très peu d’acteurs moléculaires ont pu être clairement caractérisés. Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse ont donc eu pour objectif de mieux comprendre cette régulation par l’identification et la caractérisation de facteurs de transcription régulés transcriptionnellement par le saccharose et exprimés au cours du développement de la baie de raisin. Parmi les cinq facteurs de transcription identifiés, trois n’ont pu être étudiés que de manière préliminaire et deux, VvCEB1 et VvABF2, ont fait l’objet d’une caractérisation plus approfondie. VvCEB1 (Vitis vinifera Cell Elongation bHLH) est exprimé préférentiellement dans la baie de raisin au cours de la phase de maturation. Une approche par transgénèse chez la Vigne et la Tomate montre que la surexpression de ce facteur de transcription affecte à la fois le développement des embryons de Vigne et des fruits de Tomate, en modifiant notamment le nombre et la taille des cellules qui les constituent. Une analyse transcriptionnelle réalisée à partir de ce matériel biologique confirme le rôle de VvCEB1 dans la stimulation de l’expansion cellulaire et suggère l’implication de l’auxine. VvABF2 est régulé transcriptionnellement par l’ABA, une hormone clef impliquée dans les processus de maturation des fruits non climactériques. Les transcrits VvABF2 s’accumulent majoritairement pendant l’étape de maturation. Une approche transcriptomique sur génome complet de Vigne et réalisée à partir de suspensions cellulaires embryogènes surexprimant VvABF2, traitées ou non par l’ABA souligne la stimulation de l’expression des gènes codant les enzymes liées à la maturation du raisin. En effet, des gènes des voies de biosynthèse des composés phénoliques et du ramollissement sont affectés. Enfin, l’analyse phénotypique de plants de Tomate surexprimant VvABF2 renforce l’hypothèse liant ce facteur de transcription au ramollissement : à partir du stade "turning" un ramollissement accéléré du fruit est observé.Prise dans son ensemble cette thèse contribue à une meilleure compréhension des mécanismes de signalisation moléculaires impliqués dans le développement d’un fruit charnu non climactérique. / Grapevine (Vitis vinifera L.) is the most economically important fruit crop in the world. The quality of this non climacteric fruit depends on numerous parameters such as size, organic acids and sugar metabolisms, water balance, and secondary metabolism. During fruit development and ripening, hormones and sugars can act as signals affecting cellular metabolism and expression of key regulatory genes. Up to now, little is known about the gene networks involved in these processes and therefore very few of these regulatory genes have been characterized.The aim of this PhD work was to get a better insight in the mechanisms involved in grape berry development through the identification and characterization of sugar-dependent transcription factors (TFs) that were expressed during fruit development. We identified five TFs, and fully characterized two of them: VvCEB1 and VvABF2.VvCEB1 (Vitis vinifera Cell Elongation bHLH) is preferentially expressed in the berry at the onset of ripening and during the ripening stage. Overexpression of VvCEB1 in grapevine and tomato affected both grape embryo development and plant organ size by modifying their cell number and cell size. A transcriptional analysis performed on these transgenic lines confirmed that VvCEB1 stimulates cell expansion and suggests the involvement of the phytohormone auxin.VvABF2 is transcriptionally regulated by abscisic acid (ABA), a phytohormone known to play a crucial role in non-climacteric fruit ripening. VvABF2 transcripts accumulated more abundantly during the ripening stage. A whole-genome based transcriptomic approach performed on VvABF2-overexpressing grape cells treated or not with ABA emphasizes the up-regulation of genes linked to fruit ripening processes. Indeed, genes encoding enzymes involved in the biosynthesis of phenolic compounds and in softening were affected. Finally, phenotypic analysis of VvABF2-overexpressing tomato fruits reinforces the link between this transcription factor and fruit softening. Indeed, from the “turning” stage, an accelerated fruit softening was observed in the transgenic fruits.Taken together, this PhD work contributed to a better understanding of the molecular mechanisms involved in the ripening of non climacteric fleshy fruit.