Comprendre la diversité morphologique des fleurs passe par l'étude de son origine moléculaire et développementale et de ses conséquences fonctionnelles et écologiques. Le périanthe est composé d'organes stériles, sépales et pétales, qui jouent un rôle majeur dans le succès reproducteur des plantes pollinisées par les animaux du fait de leur fonction d'attraction.Cette thèse propose une approche multidisciplinaire visant à comprendre l'origine génétique et moléculaire de la diversité morphologique du périanthe et sa signification évolutive, à l'aide du modèle Nigella damascena L. Cette Renonculacée présente un dimorphisme spontané. La forme probablement ancestrale, trouvée en populations naturelles, a un périanthe bipartite composé de cinq sépales pétaloïdes et huit pétales nectarifères. Dans la forme variante, cultivée à des fins d'horticulture, les pétales sont remplacés par un nombre élevé d'organes allant d'une forme proche des sépales à une forme proche des étamines.La première partie de cette thèse est consacrée à l'étude de l'origine développementale, génétique et moléculaire du dimorphisme, par la caractérisation détaillée de la morphologie florale et de son développement dans les deux morphes dans le cadre d'une approche gène candidat. Par analyse d'expression et validation fonctionnelle, nous avons montré que le gène NdAP3-3 est responsable de l'ensemble des aspects du dimorphisme floral de N. damascena, ce qui suggère que ce gène joue un rôle dans l'identité du pétale mais aussi dans l'architecture du méristème, potentiellement via la régulation du nombre d'organes et de la frontière entre périanthe et étamines.La seconde partie de cette thèse concerne l'impact du dimorphisme floral sur le mode de reproduction des deux morphes et leur maintien potentiel. Nous avons caractérisé les stratégies reproductives et la valeur sélective des deux morphes en conditions naturelles dans des populations expérimentales. Le variant sans pétale est peu visité par les pollinisateurs, et se reproduit majoritairement en autogamie. L'analyse de la vigueur de ses descendants suggère une dépression de consanguinité. Par ailleurs, dans notre matériel, il semble que l'allèle donnant le phénotype sans pétale soit lié à un allèle augmentant la valeur sélective. A la lumière de nos résultats, nous discutons les conditions du maintien de ce polymorphisme. / Understanding flower diversity requires on one hand the study of the molecular and developmental origin of floral architecture, and on the other the study of the functional and ecological consequences of flower morphology. A great deal of that diversity can be found at the perianth level which comprises the sepals and petals, sterile and versatile organs that play a major role in the reproductive success of animal pollinated flowering plants through their attractive characteristics.This thesis is the result of a multidisciplinary effort to understand the genetic and molecular origin as well as the evolutionary significance of perianth diversity, using the Nigella damascena L. as a model. This Ranunculaceae species presents a rare naturally occurring floral dimorphism affecting perianth architecture. The putatively ancestral form found in natural populations has a well differentiated bipartite perianth composed of five petaloid sepals and eight nectariferous petals, while the perianth in the alternative apetalous mutant, cultivated for horticultural purpose, has no petals and but is instead composed of numerous organs showing a continuum of forms from outer sepal-like to inner stamen-like.The first part of this thesis was dedicated to the study of the developmental, genetic and molecular origin of this dimorphism, via a detailed characterization of floral morphology and development in both morphs, which laid a foundation for the interpretation of the results of a candidate gene approach. Using expression analysis and functional validation we showed that NdAP3-3 is fully responsible for the complex N. damascena floral dimorphism, suggesting that it plays a role not only in petal identity but also in meristem patterning, possibly through the regulation of perianth organ number and perianth-stamen boundary.The second half of this thesis focused on the impact of the floral dimorphism on the reproduction mode and evolutionary maintenance of the two morphs. We assessed reproduction strategies and reproductive success in the two morphs by studying a polymorphic experimental population in natural conditions. The absence of petals in the mutant form was associated with a qualitative drop in pollinator visitation which resulted in a shift towards selfing. The study of their progeny suggests that selfing had a negative effect on the descendant’s vigor via inbreeding depression. Additionally, in our material, the allele responsible for the apetalous phenotype seems to be linked to a favorable allele increasing fitness. We discuss the mechanisms of the dimorphism maintenance in light of these results.

Les protéines WSCP (Water-soluble Chlorophyll binding Proteins) de classe II sont des protéines solubles capables de fixer la chlorophylle et ses dérivés chez les Brassicaceae. Ces protéines font partie de la famille des inhibiteurs de protéases et elles présentent la particularité d'être induites en conditions de stress abiotiques à la lumière. Leurs fonctions in planta sont à ce jour très peu documentées. Cette thèse présente l'étude de la fonction physiologique d'une WSCP chez la plante modèle Arabidopsis thaliana. Nous avons montré dans un premier temps que la protéine WSCP n'est pas induite en conditions de stress pendant la photomorphogénèse. En revanche, elle est exprimée dans les plantules à l'obscurité (étiolées) et dans le tissu de transmission des fleurs, lieu de passage des tubes polliniques. Dans la fleur, nous avons mis en évidence la régulation de WSCP par les facteurs de transcriptions HEC et NTT impliqués dans le développement floral. Par une approche de génique inverse, nous avons montré un rôle de WSCP dans le contrôle de la mort cellulaire du tissu de transmission. En conséquence, la progression des tubes polliniques est altérée et la mort cellulaire non spécifique influence le développement des graines. Chez les plantules étiolées, le transcrit WSCP est exprimé au niveau de la crosse apicale, structure dont la fonction est de protéger les plantules au cours de l'émergence hors du sol. De manière intéressante, les facteurs NTT et HEC sont également exprimés dans les plantules étiolées mais régulent l'expression du gène WSCP de façon différente. De plus, la protéine WSCP s'accumule en présence de l'hormone de stress éthylène dans la crosse apicale et l'activité du promoteur du gène WSCP augmente en conditions de stress mécaniques. Prises ensembles, ces expériences laissent présager d'un rôle protecteur de la protéine WSCP au cours de la skotomorphogénèse.

LEAFY (LFY) est un facteur de transcription central pour le développement des plantes, en particulier pour la floraison chez les angiospermes. LFY est très conservée, même chez les espèces ne portant pas de fleurs. On dispose de nombreuses données génétiques sur LFY et son réseau de régulation chez la plante modèle Arabidopsis thaliana, mais les mécanismes moléculaires impliqués dans son fonctionnement ne sont pas entièrement élucidés. LFY possède deux domaines conservés : un domaine de liaison à l'ADN et un domaine de fonction inconnue en position N-terminal. L'objectif a été de comprendre le rôle du domaine N-terminal et d'étudier l'évolution de la spécificité de liaison à l'ADN de LFY. Nous avons obtenu la structure cristallographique du domaine N-terminal de LFY et découvert qu'il s'agissait d'un domaine SAM (Sterile Alpha Motif) permettant l'oligomérisation de la protéine. Nous avons validé l'importance de cette propriété pour la fonction florale de LFY chez A. thaliana. Nous avons ensuite montré, par des analyses in vitro et in vivo en ChIP-seq que l'oligomérisation influençait la liaison à l'ADN en permettant une liaison coopérative sur plusieurs sites de liaison, en assurant la sélectivité de la protéine vis-à-vis de l'ADN et en permettant l'accès de la protéine à des régions génomiques où la conformation de la chromatine est normalement défavorable à la liaison. Cette étude intégrative a permis de mieux comprendre le fonctionnement de LFY. Des modifications dans les réseaux de régulation de l'expression des gènes sont source de nouveauté et d'évolution. LFY étant très conservée et ne faisant pas partie d'une famille multigénique, nous nous sommes demandé si sa spécificité de liaison à l'ADN avait évoluée. Nous avons montré que LFY était apparue chez les algues multicellulaires et que sa spécificité avait connue au moins deux changements majeurs au cours de l'évolution. Nous avons expliqué ces modifications au niveau moléculaire par des approches de biologie structurale et de biochimie. Nous avons identifié une espèce chez qui LFY a une spécificité relâchée et nous proposons qu'une telle forme ait pu permettre les transitions d'une spécificité à une autre. / LEAFY (LFY) is a key transcription factor for plant development, particularly for flowering in angiosperms. LFY is highly conserved in plants, including non-flowering species. Despite a wealth of genetic data about LFY and its regulatory network in the model plant Arabidopsis thaliana, how the protein works at the molecular level is not fully understood. It has two conserved domains: a DNA binding domain and a N-terminal domain of unknown function. My two main projects were to understand the role of the N-terminal domain and to study LFY DNA binding specificity evolution. We obtained LFY N-terminal domain crystal structure and discovered it was a Sterile-Alpha-Motif (SAM) mediating LFY oligomerisation. We validated the importance of that property for flower development in A. thaliana. Using both in vitro analyses and a ChIP-seq experiment, we pointed out that oligomerisation is required for proper DNA binding. It enables cooperative binding on several LFY binding sites, increases the protein selectivity towards DNA and allows LFY to access genomic regions where the chromatin conformation normally prevents binding. This integrative study provides a better understanding of how LFY works. The rewiring of transcriptional networks provides a rich source of evolutionary novelty. As LFY is highly conserved and single copy in most plant genomes, we asked whether its DNA binding specificity had evolved. We showed that LFY was present since multicellular algae and that it underwent at least two major shifts in DNA-binding specificity during plant evolution. We provided a structural explanation for the two newly identified DNA binding modes and we identified a LFY form with a relaxed specificity that could have served as an intermediate between evolutionary transitions.

Comprendre la diversité morphologique des fleurs passe par l'étude de son origine moléculaire et développementale et de ses conséquences fonctionnelles et écologiques. Le périanthe est composé d'organes stériles, sépales et pétales, qui jouent un rôle majeur dans le succès reproducteur des plantes pollinisées par les animaux du fait de leur fonction d'attraction.Cette thèse propose une approche multidisciplinaire visant à comprendre l'origine génétique et moléculaire de la diversité morphologique du périanthe et sa signification évolutive, à l'aide du modèle Nigella damascena L. Cette Renonculacée présente un dimorphisme spontané. La forme probablement ancestrale, trouvée en populations naturelles, a un périanthe bipartite composé de cinq sépales pétaloïdes et huit pétales nectarifères. Dans la forme variante, cultivée à des fins d'horticulture, les pétales sont remplacés par un nombre élevé d'organes allant d'une forme proche des sépales à une forme proche des étamines.La première partie de cette thèse est consacrée à l'étude de l'origine développementale, génétique et moléculaire du dimorphisme, par la caractérisation détaillée de la morphologie florale et de son développement dans les deux morphes dans le cadre d'une approche gène candidat. Par analyse d'expression et validation fonctionnelle, nous avons montré que le gène NdAP3-3 est responsable de l'ensemble des aspects du dimorphisme floral de N. damascena, ce qui suggère que ce gène joue un rôle dans l'identité du pétale mais aussi dans l'architecture du méristème, potentiellement via la régulation du nombre d'organes et de la frontière entre périanthe et étamines.La seconde partie de cette thèse concerne l'impact du dimorphisme floral sur le mode de reproduction des deux morphes et leur maintien potentiel. Nous avons caractérisé les stratégies reproductives et la valeur sélective des deux morphes en conditions naturelles dans des populations expérimentales. Le variant sans pétale est peu visité par les pollinisateurs, et se reproduit majoritairement en autogamie. L'analyse de la vigueur de ses descendants suggère une dépression de consanguinité. Par ailleurs, dans notre matériel, il semble que l'allèle donnant le phénotype sans pétale soit lié à un allèle augmentant la valeur sélective. A la lumière de nos résultats, nous discutons les conditions du maintien de ce polymorphisme.

LEAFY (LFY) est un facteur de transcription central pour le développement des plantes, en particulier pour la floraison chez les angiospermes. LFY est très conservée, même chez les espèces ne portant pas de fleurs. On dispose de nombreuses données génétiques sur LFY et son réseau de régulation chez la plante modèle Arabidopsis thaliana, mais les mécanismes moléculaires impliqués dans son fonctionnement ne sont pas entièrement élucidés. LFY possède deux domaines conservés : un domaine de liaison à l'ADN et un domaine de fonction inconnue en position N-terminal. L'objectif a été de comprendre le rôle du domaine N-terminal et d'étudier l'évolution de la spécificité de liaison à l'ADN de LFY. Nous avons obtenu la structure cristallographique du domaine N-terminal de LFY et découvert qu'il s'agissait d'un domaine SAM (Sterile Alpha Motif) permettant l'oligomérisation de la protéine. Nous avons validé l'importance de cette propriété pour la fonction florale de LFY chez A. thaliana. Nous avons ensuite montré, par des analyses in vitro et in vivo en ChIP-seq que l'oligomérisation influençait la liaison à l'ADN en permettant une liaison coopérative sur plusieurs sites de liaison, en assurant la sélectivité de la protéine vis-à-vis de l'ADN et en permettant l'accès de la protéine à des régions génomiques où la conformation de la chromatine est normalement défavorable à la liaison. Cette étude intégrative a permis de mieux comprendre le fonctionnement de LFY. Des modifications dans les réseaux de régulation de l'expression des gènes sont source de nouveauté et d'évolution. LFY étant très conservée et ne faisant pas partie d'une famille multigénique, nous nous sommes demandé si sa spécificité de liaison à l'ADN avait évoluée. Nous avons montré que LFY était apparue chez les algues multicellulaires et que sa spécificité avait connue au moins deux changements majeurs au cours de l'évolution. Nous avons expliqué ces modifications au niveau moléculaire par des approches de biologie structurale et de biochimie. Nous avons identifié une espèce chez qui LFY a une spécificité relâchée et nous proposons qu'une telle forme ait pu permettre les transitions d'une spécificité à une autre.

Les plantes conservent la capacité à former de nouveaux organes tout au long de leur vie grâce au maintien de structures contenant des cellules souches, les méristèmes. La formation des fleurs, structures reproductives de la plante, est une étape essentielle de son cycle de vie. Afin d’assurer un développement floral complet, un méristème doit être formé de novo au sein du jeune bouton floral. Des données éparses de la littérature indiquent que le facteur de transcription LEAFY, en plus d’être un régulateur clé de l’identité florale, est aussi impliqué dans la mise en place du méristème floral.Dans la première partie de ce travail nous explorons le rôle de LEAFY dans l’initiation du méristème floral. Cette étude est concentrée sur un gène cible de LEAFY, le facteur de transcription REGULATOR OF AXILLARY MERISTEMS1 (RAX1). Nous montrons notamment que la voie régulée par LEAFY/RAX1 agit en parallèle du facteur de transcription REVOLUTA pour permettre la mise en place du méristème floral.Dans la deuxième partie de ce travail nous étudions les propriétés du domaine N-terminal de LEAFY. Ce domaine permet l’oligomérisation de LEAFY ainsi que potentiellement sa liaison aux régions fermées de la chromatine. Nous étudions également de manière plus exploratoire le rôle de ce domaine dans la régulation de l’expression du gène AGAMOUS, un important régulateur du développement floral. / Plants have the capacity to continuously produce organs throughout their life because they maintain stem cells containing structures called meristems. The formation of flowers is an essential step of the plant’s life-cycle. In order to ensure flower development, a new meristem must be formed within the young flower bud. Various data across the literature indicate that the transcription factor LEAFY is involved flower meristem formation in addition to its role as a master regulator of flower identity.In the first part of this work we explore the role of LEAFY in the initiation of flower meristem. This study focuses on a LEAFY target gene, the transcription factor REGULATOR OF AXILLARY MERISTEMS1 (RAX1). We show that the LEAFY/RAX1 pathway acts in parallel of the transcription factor REVOLUTA to allow flower meristem formation.In the second part of this work we study the properties of the N-terminal domain of LEAFY. This domain mediates LEAFY oligomerization and potentially its binding to closed chromatin regions. We also study in a more prospective manner the role of this domain in the transcriptional regulation of AGAMOUS, an important regulator of flower development.

Le déterminisme du sexe est un processus qui aboutit à la séparation physique des structures à l’origine des gamètes mâles et femelles, soit sur des fleurs séparées sur une même plante, pour les espèces monoïques, soit sur des individus séparés, dans le cas des espèces dioïques. Ce mécanisme favorise la fécondation croisée et augment ainsi la variabilité génétique. Il pourrait être influencé par les facteurs endogène (génétique ou hormonal) ou environnementaux. Chez le melon, le déterminisme du sexe est contrôlé par le gène A (andromonoecious) et le gène G (gynoecious). Le gène A code pour 1-aminocyclopropane-1-carboxylique acide synthase (ACS), un enzyme impliqué dans la voie de biosynthèse d’éthylène qui inhibe le développement des étamines dans les fleurs femelles. Le gène G code pour une protéine C2H2 à doigt de zinc appartenant à la famille WIP de facteurs de transcription qui inhibe le développement des capelles dans les fleurs mâles. Chez Arabidopsis thaliana, Il y a six gènes WIP et on en sait très peu sur leur fonction moléculaire. TT1/AtWIP1 est impliqué à l’accumulation de PA dans endothélium de graines. NTT/AtWIP2 est impliqué dans le développement de TRANSMITTING TRACT de carpelle. Dans cette thèse, nous avons essayé de mettre en évidence la fonction moléculaire de gènes WIP. Dans cette étude, nous avons montré que les gènes WIP des espèces différents partiellement restaurent le phénotype de graines jaune de tt1-3 mutants et régulent positivement les gènes tardifs de biosynthèse de flavonoïdes chez Arabidopsis thaliana La complémentation fonctionnelle de mutants tt1-3 par le gène WIP de melon et le gène WIP de la mousse montre que les gènes WIP ont la même fonction globale mais diffèrent à l’échelle spatio-temporelle. Il a été montré que le second motif conservé, à l’extrémité N-terminal, du gène TT1 était essentiel pour qu’il soit fonctionnel. La substitution d’acides aminés de ce motif (N2) par des alanines diminue l’accumulation de proanthocyanidines (PA) dans l’endothélium de la graine. TT1 perturbe également le développement des pétales, des étamines et des carpelles quand il est surexprimé de manière ectopique sous le contrôle des promoteurs d’AP3 et CRC. Il a été exprimé dans les racines secondaires sous le promoteur du gène SOLITARY ROOT (SLR/IAA14) ainsi que dans les stipules sous le promoteur du gène GLABROUS1 (GL1). TT1 inhibe le développement des racines secondaires et la formation des trichomes sur les feuilles. Dans cette étude, nous avons constaté que TT1 agit comme un inhibiteur de la formation d’organes quand il est exprimé de manière ectopique. On cherchera dans cette étude à comprendre les mécanismes mis en jeu lors de l’arrêt du développement de ces organes au cours du déterminisme du sexe et a évoqué de nouvelles pistes pour expliquer ce processus. / Sex determination in plants is a process that results the development of either male or female flower on the same or different individuals. This mechanism enhances the cross pollination and raises the genetic variability. It can be influenced by endogenous (genetic or hormonal) and/or external environmental factors. In melon, gene A arrests the stamen development in the female flowers and gene G arrests the development of carpel in the male flowers hence these two genes control the sex determination mechanism in melon. Gene A encodes 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid synthase (ACS), an enzyme which is involved in the ethylene biosynthesis pathway. Gene G encodes a C2H2 zinc finger proteins that belongs to WIP family of transcription factors. In Arabidopsis thaliana, there are six WIP genes and very little is known about their molecular function. TT1/AtWIP1 is involved in the accumulation of PA in the seed endothelium. NTT/AtWIP2 is involved in the development of transmitting tract in the carpel. In this thesis, we tried to highlight the molecular function of the WIP genes. Here we show that WIP genes from different species partially restore the yellow seed coat color phenotype of tt1-3 mutant and upregulate the late flavonoid biosynthetic genes. The functional complementation of tt1-3 mutants by WIPs from Cucumis melo and Physcomitrella patens indicates that WIP genes have the same global function but differ on the spatio-temporal level. Second conserved motif in the N-terminus of TT1 protein was found to be essential for its proper function as alanine scanning of N2 motif of TT1 decreased the accumulation of PAs in the seed endothelium. TT1 disturbed the development of petals, stamens and carpels in flower when ectopically expressed under AP3 and CRC promoter. TT1 was expressed in the lateral roots under the promoter of SOLITARY ROOT (SLR/IAA14) and in the stipules under the promoter of GLABROUS1 (GL1). TT1 was able to inhibit the development of the lateral roots and leaf trichomes. In this study, we found that TT1 can act as organ inhibitor when ectopically expressed. Our study will help us to understand the organ arrest during sex determination mechanism and will evoke new dimensions for further explanations of this process.

Comme pour tous les organismes pluricellulaires, la croissance et le développement des plantes nécessitent une coordination de la production de cellules via la mitose et la différenciation cellulaire. La progression du cycle cellulaire est contrôlée par les complexes CDK-cycline. Les inhibiteurs de ces complexes, les CKIs, représentent d’excellents candidats pour réguler cet équilibre entre les processus de prolifération et différentiation cellulaires qui ont lieu au cours du développement. Afin de mettre en évidence le rôle d’intégrateurs potentiel des CKIs, le développement floral a été utilisé en tant que modèle.Grâce à l’utilisation de la qRT-PCR, nous avons montré que durant le développement floral d’Arabidopsis thaliana, un groupe restreint de CKIs était exprimé. Nous avons choisi de travailler sur les deux CKIs les plus exprimés, KRP6 et KRP7. Une caractérisation fine de leur profil d’expression durant le développement a été réalisée en utilisant des approches complémentaires telles que l’analyse de l’activité de leur promoteur, de la dynamique de leur transcrit, de leur expression protéique et de leur régulation post-traductionnelle.Jusqu’à présent, seules des approches ‘gain de fonction’ ont été utilisées pour étudier le rôle des CKIs chez les plantes. C’est pour cela que nous avons choisi des approches ‘perte de fonction’ pour analyser le rôle de KRP6 et de KRP7 au cours du développement floral. Ainsi, nous avons généré des doubles mutants d’insertion krp6-krp7, krp3-krp6, krp3-krp7, des triples mutants d’insertion krp3-krp6-krp7 et diverses lignées ARN interférence avec des promoteurs spécifiques. Malgré l’étude de ces nombreuses lignées, nous n’avons pas réussi à mettre en évidence des effets phénotypiques associés à l’absence de la fonction CKI au cours du développement floral. Ces résultats mettent en évidence la redondance fonctionnelle qui semble exister entre les KRPs, ainsi un quadruple mutant pourrait être nécessaire pour entrainer des modifications développementales. Afin de mieux comprendre cette fonction d’intégrateurs des KRPs au cours du développement floral, les partenaires de KRP6 et de KRP7 ont été recherchés. Des criblages double-hybride ont été réalisés afin d’identifier des ADNc, spécifiques du développement floral, codant des protéines capables d’interagir avec KRP6 et KRP7. De façon intéressante, mis à part les cyclines de type D, un nouveau type d’interaction a pu être mis en évidence. Un sous-groupe de la famille des rémorines est capable d’interagir avec KRP6 ou KRP7 en système double-hybride. Les rémorines sont des protéines spécifiques du règne végétal, associées à la membrane plasmique mais dont la fonction reste à clarifier. Une approche BiFC en protoplastes BY-2 a permis de confirmer l’existence de ce type d’interaction. De plus, l’influence des rémorines sur la localisation intracellulaire des KRPs a été étudiée. En présence de ces nouveaux partenaires, KRP7 est capable d’adopter une localisation nucléo-cytoplasmique.Enfin, des résultats récents ont montré que l’AMPK était capable de phosphoryler p27KIP1, l’homologue fonctionnel des KRPs chez les mammifères. Ces évènements de phosphorylation entrainent des modifications de sa localisation intracellulaire et de son activité inhibitrice vis-à-vis des complexes CDK-cycline. Après la réalisation d’analyses in silico ayant permis de prédire des sites putatifs de phosphorylation par SnRK1, l’homologue de l’AMPK chez A. thaliana, pour certains KRPs, la protéine KRP6 sous forme recombinante a été utilisée pour réaliser des essais kinase in vitro. Une phosphorylation de KRP6 est détectée en présence de la sous unité catalytique activée de SnRK1. Contrairement aux mammifères, cet évènement de phosphorylation entraine une altération de l’activité inhibitrice de KRP6 sans modification de sa localisation intracellulaire. Cette abolition de l’activité de KRP6 a été confirmée in planta. En effet, les phénotypes associés à la surexpression de KRP6 peuvent être atténués par la surexpression simultanée de la sous-unité catalytique de SnRK1. L’existence de ce lien entre KRP6 et SnRK1 met en évidence une relation directe entre l’homéostasie énergétique et la prolifération cellulaire. / As in all multicellular organisms, growth and development in plants require the coordination of cell production by division and cell differentiation. Progression through cell cycle is controlled by the kinase activity of CDK/cyclin complexes. Inhibitors of these complexes, CKIs, represent excellent candidates to regulate the balance between proliferation and differentiation processes during development. To get insight in the potential integrator role of CKIs, floral development was chosen as a developmental model. Using a real time quantitative PCR approach, we bring to light that during floral development of Arabidopsis thaliana, a restricted subset of CKIs was preferentially expressed. It was decided to focus our work on the two major expressed CKIs, KRP6 and KRP7. A better characterization of their expression patterns of during development was undertaken using complementary approaches such as promoter activity analysis, mRNA dynamics, protein expression and post-translational regulation analysis. Because until now ‘gain of function’ approaches have been largely applied to unravel the role of plant CKIs, our challenge was to detect a floral phenotype for KRP6 and KRP7 loss of function mutants, either using knock-out mutants or RNAi lines. We generated krp6-krp7, krp3-krp6, krp3-krp7 double mutants and krp3-krp6-krp7 triple mutant and also several RNAi lines with specifics promoters. Despite the study of these numerous lines, we were not able to highlight phenotypic effects associated with the absence of CKI function during floral development. All these results emphasis functional redundancy which appears to exist between all KRPs, thus quadruple mutant might be needed to provoke some developmental modification.In order to better understand the integrative function of KRPs during floral development, partners of KRP6 and KRP7 were assessed. Two-hybrid screens were performed to identify cDNAs from a “floral-buds-development” library encoding proteins that are able to interact with KRP6 and KRP7. Interestingly, apart from D-type cyclins, we brought to light a new type of interaction. Indeed, a sub-class of the remorin protein family was able to interact with KRP6 or KRP7 in yeast two-hybrid. Remorins are plant specific plasma membrane associated proteins with unknown function. A BiFC approach in BY-2 protoplasts allowed us to confirm remorins/KRP6-7 interactions. Furthermore, the influence of the presence of remorin proteins on KRP6/7 localisation was assessed. KRP7 is able to adopt a nucleo-cytoplasmic localisation in presence of its new partners.Finally, recent results have shown that AMPK is phosphorylating p27KIP1, KRPs functional counterpart in mammals. These phosphorylation events lead to changes in its cellular localisation and its inhibitory activity toward CDK-cyclin complexes. After in silico analysis aiming to predict potential AMPK Arabidopsis homologue SnRK1 phosphorylation sites within some KRPs protein sequences, recombinant KRP6 was used in order to perform in vitro kinase assays. Phosphorylation occurs efficiently on KRP6 when activated SnRK1 catalytic subunit is present. Furthermore, unlike in mammals, this phosphorylation event leads to an alteration of KRP6 inhibitory activity without modification of its cellular localisation. This abolition of KRP6 activity was confirmed by in planta analysis. Indeed, KRP6 overexpression phenotype can be attenuated by simultaneous SnRK1 catalytic subunit overexpression. The existence of this link between KRP6 and SnRK1 underscores a direct relationship between energy homeostasis and cell proliferation.

L'identité des organes floraux est définie par l’expression de gènes homéotiques appartenant à la famille des MADS-box au début du développement floral. Un de ces gènes, AGAMOUS (AG), est responsable de l’identité des étamines et des carpelles chez Arabidopsis thaliana. Dans ce manuscrit, je tente de comprendre les propriétés spatiales et temporelles de l’expression d’AG en cherchant à connaître les mécanismes impliqués dans le bon établissement de la dynamique d’expression d’AG pendant les jeunes stades du développement floral.Je débute par développer un modèle de réaction-diffusion qui prend en compte la croissance de la fleur pendant les stades d’intérêt, ainsi que quelques facteurs de transcriptions clefs impliqués dans la régulation d’AG. Ensuite j’ai imagé en direct et en 4D la croissance des fleurs pour quantifier l’activation de l’expression d’AG de son initiation à son patron d’expression stable. Je montre que son expression se déroule en deux phases: une phase de faible expression, et une phase de forte expression. Bien que toutes les cellules du dôme central de la fleur présentent un profil d’activation d’AG similaire, le temps précis au cours du développement où AG est activé est différent pour chacunes d’entre elles et est à l’origine de la stochasticité du patron d’expression. Avec l’aide du modèle, je propose quatres nouvelles hypothèses relatives à la régulation d’AG :AG est capable de maintenir sa propre activation en se liant directement à son second intron au travers d’un complexe protéique contenant au moins deux molécule d'AG, créant ainsi un seuil d'auto-activation.AP2 influence la valeur de ce seuil, restreint l’expression d’AG dans le dôme central de la fleur et produit un retard dans l’activation complète d’AG.LFY et WUS sont nécessaire à l’accumulation des protéines d’AG dans les cellules pour pouvoir atteindre le seuil d’auto-activation et obtenir une expression complète d’AG.Le mouvement d’AG est nécessaire pour obtenir l’expression d’AG dans toutes les cellules du dôme central. Pour prouver ces hypothèses, j’ai réalisé différentes expériences. En premier, utilisant une expérience de FRET-FLIM dans les protoplastes, nous proposons qu’AG est capable de s’associer en homodimer dans les cellules végétales. Néanmoins, sur-exprimer AG pour aider les cellules à atteindre le seuil d’auto-activation plus tôt que dans la plante sauvage ne semble pas modifier la dynamique d’expression de l’AG endogène. En deuxième, j’ai testé le rôle précis de LFY au cours des différentes phases et transitions de la dynamique d’expression d’AG en mutant les sites d'interactions spécifiques pour LFY au sein des séquences de régulation d’AG. Ces mutations retardent l’expression l’expression d’AG et modifient légèrement son patron d’expression. Je montre que seulement d’important retards dans l’activation d’AG induit des modifications phénotypiques. Ensuite, pour tester le rôle de la répression par AP2 dans la dynamique d’expression d’AG, j’analyse le rapporteur d’AG dans le contexte d’un mutant fort d’ap2. Dans ce mutant, l’expression d’AG s’étend à une région plus large et le retard entre l’initiation de l’expression d’AG et la transition entre les phases de faible et forte expressions est diminué. Ces résultats correspondent aux simulations du modèle. Finalement, pour comprendre l’importance du mouvement d’AG d’une cellule à l’autre dans sa propre dynamique, je bloque cette capacité de bouger en utilisant un tag de localisation nucléaire. Bien que cela induit un retard dans l’activation de quelques cellules au stade 3 au moment où toutes les cellules du dôme centrale de la fleur expriment AG dans la plante sauvage, ce retard n’a pas d’effets visible sur le phénotype. / The identity of flower organs is defined by the expression of homeotic genes during early development that belongs to the MADS-box family. One of these genes, AGAMOUS (AG), is responsible for the identity of the stamens and the carpels in Arabidopsis thaliana. In this manuscript, I attempt to fully understand the spatial and temporal properties of AG expression by investigating the mechanisms underlying the proper establishment of AG expression dynamics during the early stages of flower development. I start by developing a reaction-diffusion model that takes into account the growth of the flower at the relevant stages, as well as the few key transcription factors involved in AG regulation. Next I used real-time 4D imaging on growing flowers to quantify the activation of AG expression from its onset to the stable pattern. I show that the AG expression occurs in two phases: a low-expression phase and a high-expression phase. Thus although all cells of the central dome of the flower present similar profiles of AG activation, the precise developmental time at which AG is activated is different in each case, and is the origin of the initial stochastic pattern. With the aid of the model, I also propose four new hypotheses to explain AG regulation: AG is able to maintain its own activation by directly binding its own second intron through a protein complex containing at least two molecules of AG leading to the creation of an auto-activation threshold.AP2 influences the value of this threshold, restraining AG expression to the central dome of the flower and producing a delay in complete AG activation.LFY and WUS are necessary to accumulate AG proteins in cells in order to reach the auto-activation threshold and obtain a full expression of AG.AG movement is necessary to obtain expression of AG in every cell of the central dome. To prove these hypotheses, I have carried out various experiments, using FRET-FLIM in protoplast cells, we suggest that AG is able to form homo-dimers in plant cells. However, overexpressing AG to help cells reach the auto-activation threshold earlier than in the wild-type does not appear to alter the endogenous AG dynamics of expression. Secondly, I test the precise role of LFY in the different phases and transitions in the AG expression dynamics by mutating specific interaction sites for LFY within AG regulatory sequences. These mutations appear to delay AG expression and slightly modify its pattern of expression. I show that only important delays in AG activation induce phenotypic differences. Then, to test the role of AP2 repression in AG expression dynamics, I analyse the AG reporter in the context of a strong ap2 mutant. In these mutants, AG expression spreads to a wider region and reduces the delay between the onset of AG expression and the transition from low- to high-expression. These results match with simulations of the model. Lastly, to understand the importance of AG cell-to-cell movement in AG dynamics, I block its ability to move using a nuclear localisation tag. Although this induces a delay in the activation of few cells at stage 3, when all cells of the central dome of the flower express AG in the WT. This delay has no visible effects on the phenotype.

Les phytoplasmes sont des bactéries phytopathogènes, sans paroi, qui appartenant à la classe des Mollicutes. Ils ne peuvent pas etre cultivés in vitro et sont limités à des tubes du phloème. Ils provoquent des centaines de maladies chez de nombreuses espèces végétales dans le monde entier, ce qui conduit à des pertes de récolte importantes. Les phytoplasmes sont transmis naturellement par des insectes suceurs de sève dans laquelle ils se multiplient. Ils induisent des symptômes graves, notamment le jaunissement, la croissance limitée, déclin, ainsi que des anomalies des fleurs et des fruits. L'infection par le phytoplasme du stolbur, en particulier, affect fortement la morphologie florale. Dans la tomate, deux isolats différents du phytoplasme du stolbur, nommé C et PO, induisent des symptômes différents. La tomate infectée par le phytoplasme du stolbur PO montrent des malformations florale telles que les sépales hypertrophiés, les pétales et les étamines avortées ce qui conduit à la stérilité. En revanche, la tomate infecté par le phytoplasme du stolbur C ont de petites feuilles de tomate en retrait, mais les fleurs presque normale, et produisent des fruits. Nous avons précédemment montré que SlDEF, un gène impliqué dans la formation des pétales est réprimé dans des plantes de tomate infectée par le stolbur phytoplasme PO. Toutefois, l'expression de son facteur de transcription, codée par le gène FA, est resté stable ou voir légèrement augmentée. Nous avons donc émis l'hypothèse que la répression de SlDEF pourrait être dû à une méthylation de l'ADN. Pour tester cette hypothèse, nous avons étudié l'expression des gènes de méthylases et de déméthylases. Ils étaient en général réprimés dans les tomates infectées par le phytoplasme du stolbur PO, ce qui était en accord avec l'hypothèse De plus, nous avons étudié les voies de défense activée chez les tomates infectées par le phytoplasme du stolbur. Pour se défendre, les plantes utilisées des molécules de signalisation comme l'acide salicylique (SA), l'acide jasmonique (JA) et d'éthylène (ET). Nous avons étudié l'expression de 21 gènes de défense dépendants SA / JA / ET, des gènes de biosynthèse et les facteurs de transcription chez les tomates infectées par les phytoplasmes du stolbur C et PO. Nous avons également étudié l'effet de la pré-activation des voies de SA et JA sur la production des symptômes. Nos résultats montrent clairement que les voies de défense ont été activées différemment dans les tomates infectés par le phytoplasme du stolbur C et PO. En effet, les voies de défense dépendantes de SA, ET et JA ont été activées chez les tomates infectées par le phytoplasme du stolbur C alors que seulement les voies dépendantes SA et ET ont été activés dans les tomates infectées par stolbur PO . En outre, la pré-activation de la voie de défense dépendante SA par l'application de BTH modifie légèrement l'évolution des symptômes de maladies causées par le phytoplasme du stolbur PO / Phytoplasma are cell wall-less, phytopathogenic bacteria belonging to the class Mollicutes. They have not been cultured in vitro and are restricted to the phloem sieve tubes. They cause hundreds of diseases in many plant species worldwide, resulting in important crop losses. Phytoplasmas are naturally transmitted by sap-sucking insects in which they multiply. They induce severe symptoms including yellowing, restricted growth, decline, as well as major flowers and fruits abnormalities.The stolbur phytoplasma infection, in particular, has been reported to strongly affect floral morphology. In tomato, two different isolates of stolbur phytoplasma, named C and PO, induce different symptoms. The stolbur PO phytoplasma-infected plants show abnormal flower development such as hypertrophied sepals, and aborted petals and stamens leading to sterility. In contrast, stolbur C phytoplasma-infected tomato have small indented leaves but nearly normal flowers, and produce fruits. We have previously shown that SlDEF, one gene involved in petal formation, was repressed in stolbur PO phytoplasma-infected tomato. However, the expression of its transcription factor, encoded by the gene FA, was unchanged or slightly up-regulated. So we hypothesized that SlDEF repression could be due to DNA methylation. To test this hypothesis, we studied the expression of DNA methylases and demethylases genes. They were in general down-regulated in stolbur PO infected tomato, which was in agreement with the hypothesis. However, the regulation of SlDEF expression could not be firmly correlated to the DNA methylation status of its promoter region. In addition, we studied the plant defense pathways activated in stolbur phytoplasma-infected tomato. To defend themselves, plants used signalling molecules like Salicylic acid (SA), Jasmonic acid (JA) and Ethylene (ET). We studied the expression of 21 SA/JA/ET regulated defense and biosynthesis genes including transcription factors in stolbur C and PO phytoplasma-infected tomato as compared to healthy ones. We also studied the effect of pre-activation of SA and JA mediated defense pathways on symptom production. Our results clearly showed that defense pathways were activated differently in stolbur C and PO phytoplasma-infected tomato. Indeed, SA ET and JA dependant pathways were activated in stolbur C-infected tomato while only SA and ET dependant pathways were activated in stolbur PO-infected plants. In addition, pre-activation of SA-dependent defense pathway by application of BTH slightly modify the evolution of disease symptoms caused by stolbur PO phytoplasma whereas no effect was observed after treatment with an analogue of JA.