Le lin cultivé (Linum usitatissimum L.) est l’une des principales sources de lignanes, faisant de cette plante un modèle d’étude de cette voie du métabolisme spécialisé. Les principaux lignanes de lin dérivent de composés optiquement actifs, en particuliers les stéréoisomères du sécoisolaricirésinol qui sont synthétisés à partir de pinorésinol via laricirésinol. Les principales enzymes impliquées dans la synthèse de ces stéréoisomères sont deux isoformes de pinorésinol-laricirésinol réductases (PLR) déjà caractérisées et possédant des énantiospécificitées opposées. Néanmoins l'action de ces deux réductases bifonctionnelles ne permet pas d'expliquer les profils d'accumulation complexes notamment de laricirésinol et ses dérivés observés dans les graines, tiges et suspensions cellulaires de lin. Afin de mieux comprendre les mécanismes mis en oeuvre menant à ces profils d’accumulation de lignanes chez cette plante, la recherche de nouvelles PLRs a révélé l’existence de deux nouvelles isoformes. L’analyse de l'expression des gènes ainsi que l'activité enzymatique in vitro de ces deux nouvelles PLR putatives, LuPLR3 et LuPLR4 ont été élucidées. LuPLR4, in vitro, présente une activité réductase uniquement du pinorésinol. Ce type d’activité est ici décrit pour la première fois en dehors de la famille Brassicées et permet d’expliquer en partie les profils d’accumulation complexes observés chez le lin. De par leurs propriétés biocides, les lignanes sont suspectés jouer un rôle dans les mécanismes de défense des plantes. Dans le cadre de ce travail, suite à une élicitation fongique à l’aide d’extraits de Fusarium oxysporum spp. linii, un agent pathogène commun du lin, l’analyse de l’expression des différents gènes codant les isoformes de PLRs a révélées une induction globale et coordonnée. En particulier, dans le cas de l’isoforme LuPLR1, des délétions et mutations dans la région promotrice de son gène ont permis de mettre en évidence une région impliquée dans la régulation de la réponse à l’élicitation par F. oxysporum. Cette région contient plusieurs boîtes W, sites de liaison putatifs pour des facteurs de transcription de type WRKY. Les facteurs de transcription WRKY jouent un rôle dans les réponses aux stress biotique et abiotique. Un facteur de transcription candidat LuWRKY36 a été isolé à partir de suspensions cellulaires traitées avec des éliciteurs de F. oxysporum ou de l'acide abscissique. En particulier, les expériences de gel-retard et DPI-ELISA ont montré la capacité de liaison de LuWRKY36 à la boîte W3 présente du promoteur du gène LuPLR1. Cette régulation a ensuite été confirmée in vivo. Nous rapportons également l'impact différentiel de l'élicitation par des extraits de F. oxysporum sur l’expression des gènes LuWRKY36 et LuPLR1 ainsi que la production de sécoisolaricirésinol dans les variétés de lin sensible (Barbara) et résistante (Baïkal) à la fusariose. Enfin, la pleine exploitation des nombreux effets bénéfiques (en santé humaine ou cosmétique notamment) du sécoisolaricirésinol et des autres composés phénoliques accumulés dans les graines de lin nécessitent la mise au point de procédés d’extraction “verts”, efficaces voir sélectifs. Nous rapportons ici que l’utilisation de solvants eutectiques de type NADES (Natural Deep Eutectic Solvent) qui couplée à une extraction assistée par ultrasons, dans le cadre d’un procédé de type cracking, utilisant comme matériel de départ un coproduit d’extraction de l’huile de lin produit de manière innovante, permet d’obtenir des rendements d’extraction élevés et sélectifs de ces différents composés d’intérêt dans le cadre d’une démarche d’éco-extraction. / L. usitatissimum is one of the richest sources of lignans. Main flax lignan is optically active secoisolariciresinol that is synthesized from pinoresinol via lariciresinol. Key enzymes involved in the synthesis of this lignans are two isoforms of pinoresinol-lariciresinol reductases with opposite enantiospecificity. The action of bifunctional reductase does not allow for an explanation for the accumulation of lariciresinol and its derivates in seeds, stem and cell suspension. To try and better understand complex lignan profile we report expression and activity of two new putative PLRs, LuPLR3 and LuPLR4. LuPLR4 in vitro acts only as pinoresinol reductase what has only been seen in Brassicaceae family until now. Lignans play a role in plant defense. All PLRs are upregulated following Fusarium oxysporum attack, a common flax pathogen. Promoter deletions and mutation evidenced region involved in regulation of LuPLR1 gene response to Fusarium. The region contains several W boxes, putative binding sites for WRKY transcription factors. WRKY transcription factors play a role in response to biotic and abiotic stress. We have isolated LuWRKY36 from two cell suspension treated with Fusarium oxysporum or abscisic acid. Gel-shift assay and DPI-ELISA showed binding of LuWRKY36 to W box present in the LuPLR1 gene promoter. This regulation was also confirmed in vivo. We also report the differential impact of F. oxysporum elicitation on LuWRKY36 and LuPLR1 gene expression and secoisolariciresinol production in flax cultivars Barbara (Fusarium sensitive) and Baikal (Fusarium tolerant). Many beneficial effects of secoisolariciresinol and other phenolic compounds found in flax require “green” extraction and sometimes targeted purification of a specific compound. We report here that natural deep eutectic solvents using ultrasound assisted extraction can extract phenolic compounds from flax seed coat and that results indicate that by tuning different parameters of extraction we can target purification of desired plant product.

Chez tout organisme, l’évolution et l’acclimatation aux changements du milieu de vie sont orchestrés par de nombreux acteurs moléculaires. Parmi eux, les facteurs de transcription (FTs) jouent un rôle clé en régulant l’expression des gènes. Identifier les FTs impliqués dans la production de composés d’intérêt est donc une étape importante dans un contexte biotechnologique. Le laboratoire dispose d’une souche mutante de la microalgue haptophyte Tisochrysis lutea produisant deux fois plus de lipides de réserve que la souche sauvage en condition de privation azotée. Compte tenu du rôle clé des FTs dans l’établissement du phénotype, cette thèse vise à identifier les FTs impliqués dans la mise en place de ce phénotype mutant.Un pipeline bio-informatique d’identification et classification des FTs présents dans le génome de T. lutea a été élaboré. Le manque de donnée chez les haptophytes constituant un vide dans l’étude de l’histoire évolutive des microalgues, une étude comparative des FTs présents dans le génome d’algues de différentes lignées a été réalisée. Celle-ci révèle que l’étude des FTs aide à comprendre et illustrer l’histoire évolutive des microalgues par la mise en évidence de présences/absences de familles de FTs spécifiques de lignée.Afin de comprendre l’établissement du phénotype de la souche mutante de T. lutea, des données transcriptomiques ont permis la construction de réseaux de co-expression et de régulation des gènes chez les deux souches. Leur analyse croisée a identifié sept FTs candidats potentiellement liés au phénotype mutant. Une approche de p-RT-PCR a confirmé l’implication de deux FTs dans la remobilisation de l’'azote en condition de stress azoté. / In every organism, evolution and acclimation to environmental changes are orchestrated by numerous molecular players. Among them, transcription factors (TFs) play a crucial role by regulating gene expression. Therefore, identify TFs involved in the production of high value products is a significant step in a biotechnological context. The laboratory has at its disposal a mutant strain of the haptophyte microalga Tisochrysis lutea producing twice more storage lipids than the wild type strain when exposed to nitrogen deprivation. Given the key role of TFs in phenotype establishment, this PhD aim at identify the TFs involved in that of the mutant phenotype of T. lutea.A TFs identification and classification pipeline was elaborated and applied to T. lutea’s genome. Since the lack of data in haptophytes constitutes a limit in studies on microalgae evolutionary history, a comparative study of TFs identified in the genome of microalgae belonging to different lineages was carried out. This study reveals that TFs could be used to understand and illustrate microalgae evolutionary history through the highlight of lineage specific presence/absence of TF families.Aiming at understanding T. lutea’s mutant strain phenotype establishment, transcriptomic data were used to build gene co-expression networks and gene regulatory networks for both strains. Their comparative analysis identified seven TFs potentially liked to the mutant phenotype. A q-RT-PCR approach confirmed the involvement of two TFs in nitrogen recycling under nitrogen deprivation.

Les réactions de défense végétales sont souvent associées au développement de la réponse hypersensible (HR), une forme de mort cellulaire programmée qui confine l'agent pathogène au niveau du site d'infection. La frontière nette de la HR suggère l'existence de mécanismes efficaces qui contrôlent la frontière entre mort cellulaire et survie. Le facteur de transcription d'Arabidopsis AtMYB30 régule positivement la HR et les réponses de défense de la plante en augmentant la synthèse des acides gras à très longue chaîne (VLCFA) après infection bactérienne. L'activité d’AtMYB30 est étroitement contrôlée à l'intérieur des cellules végétales par des interactions protéine-protéine et des modifications post-traductionnelles. Au cours de mes travaux de thèse, nous avons identifié une protéase de la famille des subtilases (AtSBT5.2) en tant que partenaire protéique d’AtMYB30. Chose intéressante, nous avons montré que le transcrit d’AtSBT5.2 est épissée de façon alternative, conduisant à la production de deux produits de gènes distincts codant soit pour une isoforme sécrétée [AtSBT5.2 (a)] soit une isoforme intracellulaire [AtSBT5.2 (b)]. L'interaction spécifique d’AtMYB30 avec AtSBT5.2(b), mais pas avec AtSBT5.2(a), conduit à une rétention d’AtMYB30 à l'extérieur du noyau au sein de petites vésicules intracellulaires. Des plantes d’Arabidopsis mutantes atsbt5.2, ne montrant ni expression d’AtSBT5.2(a) ni d’AtSBT5.2(b), présentent des réactions de défense et de HR accrues. Ce phénotype étant abolie dans un fond génétique mutant atmyb30, AtSBT5.2 est donc un régulateur négatif de la résistance aux maladies induites par AtMYB30. Fait important, la surexpression de l’isoforme AtSBT5.2(b), mais pas celle de l’isoforme AtSBT5.2(a), dans le fond mutant atsbt5.2 rétablit les phénotypes présentés par les plantes mutantes atsbt5.2, ce qui suggère qu’AtSBT5.2(b) réprime spécifiquement la réponse de défense induite par AtMYB30. / Plants defence responses are often associated with the development of the so-called hypersensitive response (HR), a form of PCD that confines the pathogen to the infection site. The sharp boundary of the HR suggests the existence of efficient mechanisms that control cell death and survival. The Arabidopsis transcription factor AtMYB30 positively regulates plant defence and HR responses by enhancing the synthesis of sphingolipid-containing Very Long Chain Fatty Acids (VLCFA) after bacterial infection. The activity of AtMYB30 is tightly controlled inside plant cells through protein-protein interactions and post-translational modifications. During my PhD, we identified a protease of the subtilase family (AtSBT5.2) as a AtMYB30-interacting partner. Interestingly, we have shown that the AtSBT5.2 transcript is alternatively spliced, leading to the production of two distinct gene products that encode either a secreted [AtSBT5.2(a)] or an intracellular [AtSBT5.2(b)] protein. The specific interaction between AtMYB30 and AtSBT5.2(b), but not AtSBT5.2(a), leads to AtMYB30 specific retention outside of the nucleus in small intracellular vesicles. atsbt5.2 Arabidopsis mutant plants, in which both AtSBT5.2(a) and AtSBT5.2(b) expression was abolished, displayed enhanced HR and defence responses. The fact that this phenotype is abolished in an atmyb30 mutant background suggests that AtSBT5.2 is a negative regulator of AtMYB30-mediated disease resistance. Importantly, overexpression of the AtSBT5.2(b), but not the AtSBT5.2(a), isoform in the atsbt5.2 mutant background reverts the phenotypes displayed by atsbt5.2 mutant plants, suggesting that AtSBT5.2(b) specifically represses AtMYB30-mediated defence.

Staphylococcus aureus est une bactérie pathogène portée par 30% de la population humaine. Cette bactérie agressive est responsable d'1/5ème des maladies acquises à l’hôpital (infections nosocomiales). Le passage d’un état commensal (portage) à un état infectieux implique le contrôle de l’expression de facteurs de virulence (toxines, adhésines…) ; ce qui nécessite un large arsenal de régulateurs bactériens comprenant des protéines (facteurs de transcription) et des ARN régulateurs (ARNrég). Parmi ces derniers, l’ARN Srn_3610_SprC est impliqué, entre autres, dans la prévention de la phagocytose et dans l’atténuation de la virulence de la bactérie. Or, cet ARN, dont l’expression est habituellement faible, se retrouve fortement exprimé durant les premières minutes de la phagocytose. Le but de cette thèse a été d’identifier les régulateurs transcriptionnels de srn_3610_sprC. SarA, un des facteurs de transcription majeur de S. aureus impliqué dans de nombreuses étapes clé de la virulence (antibiorésistance, formation de biofilm…), a été caractérisé comme le répresseur fort de l’expression de srn_3610_sprC. L’identification du site de fixation de SarA sur le promoteur de ce gène a permis de révéler un second ARNrég, Srn_9340, dont l’expression est également réprimée par SarA. Dans les 2 cas, SarA empêche la fixation de l’ARN polymérase sur leur promoteur, entrainant un faible niveau de transcription. La recherche du signal permettant l’induction de la transcription de ces gènes via le décrochage de SarA est en cours. En parallèle, les données de fixation de SarA sur ces 2 promoteurs ont permis d’identifier de nouvelles cibles de SarA. Nous poursuivrons cette recherche de cibles via une analyse à haut débit par RNASeq. / Staphylococcus aureus is a bacterial pathogen responsible for about 1/5 of health-care associated infections. Nevertheless, 30% of humans are healthy carriers of this bacterium. Switch from commensal to infectious mode requires that virulence factors (toxins, adhesins), involved in S. aureus pathogenicity, are regulated by transcription factors (TF) and small non-coding RNA (sRNA). One of these sRNA, Srn_3610_SprC, has a key-role in prevention of phagocytosis and in attenuation of S. aureus virulence. Whereas srn_3610_sprC is usually poorly expressed, its expression is up-regulated during the first minutes of phagocytosis process. The aim of this thesis was to identify TF regulating srn_3610_sprC expression. We characterized SarA, the main TF of S. aureus, as a repressor of srn_3610_sprC transcription. Following SarA binding site determination, we highlighted a second sRNA (Srn_9340) also transcriptionally repressed by SarA. For both sRNA, SarA prevents RNA polymerase binding on their promoters. The next challenge will be to determine SarA derepression signal allowing high level of sRNAs transcription. Meanwhile, researches on SarA binding sequences allowed us to identify new SarA targets. To better understand SarA functions in S. aureus (antibiotic resistance, biofilm formation), we are now initiating a global study for the determination of SarA targets.

L'Athérosclérose est la principale cause de décès et d'invalidité dans le monde. L'implication du système rénine-angiotensine-aldostérone (RAAS) dans le développement de la maladie est expérimentalement et cliniquement bien documentée. Toutefois, en raison de la complexité du système, ces études ne donnent pas de vision claire sur l'association entre le système et la maladie. À cet égard, nous avons étudié l'organisation fonctionnelle d'un ensemble de 37 gènes codant pour les composants classiques et nouvellement découverts du RAAS, y compris les substrats, les enzymes et les récepteurs. Cet ensemble a été appelé RAAS étendu (extRAAS). En utilisant une analyse statistique des données du transcriptome de l'athérome carotidien humain, nous avons révélé des caractéristiques spéciales de l'expression de l'extRAAS associées au remodelage athéromateux. Une caractéristique importante de ce modèle est la coordination de 2 groupes de gènes qui sont connus pour favoriser la formation de l'athérome. Le premier groupe est constitué de gènes codant pour les peptidases de l'angiotensine, y compris ACE, CTSG, CTSD et RNPEP. Le deuxième groupe est constitué des gènes codant pour les récepteurs AGTR1, MR, GR et LNPEP / Atherosclerosis remains and continues to be the leading cause of death and disability in the world. The implication of Renin-angiotensin-aldosterone system (RAAS) in the development of the disease is well experimentally and clinically documented. However, due to the complexity of the system, these studies remain dispersed and give no clear global view of the association between the system and the disease. In this regard, we studied the functional organization of a set of 37 genes encoding classical and newly discovered RAAS participants, including substrate, enzymes and receptors. This set was called extended RAAS (extRAAS). Using statistical analysis of human carotid atheroma transcriptome involving gene clustering, we revealed special features of extRAAS expression associated with atheromatous remodeling. An important feature of this pattern was the coordination of 2 clusters of genes that are known to favor atheroma formation. The first cluster constitutes genes that encode for angiotensin peptidases, including ACE, CTSG, CTSD and RNPEP. Whereas the second encode for receptors (AGTR1, MR, GR and LNPEP). We hypothesized that the local pattern of extRAAS gene expression plays a key role in the development of atherosclerosis by orienting the metabolism of active peptides

Le système musculo-squelettique permet la mobilité. Le développement des muscles, du tissu conjonctif (TC) et des os est coordonné de manière très précise. Osr1 encode pour un facteur de transcription qui est exprimé au niveau du TC musculaire au cours du développement. Le but de cette thèse est d'élucider la fonction d’Osr1 dans la régulation cellulaire non-autonome de la formation des muscles au niveau des membres dans le modèle murin. Le traçage génétique a révélé que les cellules Osr1+ sont à l’origine de plusieurs TC, y compris musculaire, cutané et pulmonaire, mais aussi à l’origine du muscle lisse et des adipocytes bruns. L’analyse phénotypique des embryons de souris Osr1GCE/GCE à E13.5 a révélé des défauts dans l’organisation des muscles. L’analyse transcriptomique montre deux caractéristiques moléculaires causées par le manque d'activité d’Osr1. Tout d'abord, Osr1 réprime l'expression de gènes associés au développement du cartilage et du tendon, ce qui suggère qu’Osr1 confère une identité «tissu conjonctif musculaire». Ensuite, Osr1 régule positivement l'expression des composants de la matrice extracellulaire (MEC). De plus, l’expression de nombreuses molécules de signalisation est diminuée dans les cellules déficientes pour Osr1. Ces résultats montrent l’importance des cellules Osr1+ du TC dans la formation des muscles des membres. Ces résultats montrent également qu’Osr1 régule la transcription des composants de la MEC au niveau du tissu conjonctif musculaire. Enfin, ils suggèrent qu’Osr1 exerce sa fonction par l'intermédiaire de facteurs sécrétés pour assurer le bon développement musculaire. / The musculoskeletal system allows body motion. Despite the distinct mesodermal origins of its components, the development of muscle, connective tissue (CT) and bone is highly coordinated. Osr1 encodes a zinc-finger transcription factor expressed in muscle CT in limbs. The aim of the PhD was to elucidate Osr1 function in the non-cell autonomous regulation of mouse limb muscle formation. Genetic lineage tracing revealed that Osr1+ cells are progenitors for several CTs, including muscle, dermal and lung CTs, but also for smooth muscle and brown adipocytes. Comprehensive phenotypic analysis of skeletal muscles in E13.5 Osr1GCE/GCE mouse embryos revealed impaired muscle formation. Transcriptomic analysis highlighted two major molecular characteristics caused by the lack of Osr1 activity. First, Osr1 actively repressed the expression of genes associated with cartilage and tendon development, suggesting that Osr1 confers a muscle connective tissue identity. Second, Osr1 positively regulated the expression of components of the extracellular matrix (ECM). In addition to the decrease of ECM components, numerous signaling molecules were significantly down-regulated in Osr1-deficient cells of mutant embryos. This highlights the function of Osr1+ resident connective tissue cells in limb muscle formation. It also establishes that Osr1 regulates the transcription of ECM components in limb muscle CT. Lastly, it suggests that Osr1 exerts its function via chemokines and secreted factors to ensure proper muscle 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.

Les mitochondries sont des organites qui remplissent d'importantes fonctions au sein de la cellule eucaryote notamment dans le métabolisme énergétique. En fonction de l'état physiologique (par exemple une variation de la demande énergétique), on peut constater d'importantes variations du contenu mitochondrial cellulaire. Ces variations impliquent une modification de la biogenèse mitochondriale qui est un processus complexe mettant à contribution divers acteurs protéiques ainsi que les génomes nucléaire et mitochondrial. Nous avons étudié la régulation de la biogenèse mitochondriale chez la levure Saccharomyces cerevisiae. Chez cet organisme, un des éléments clés de la biogenèse du compartiment mitochondrial est le facteur de transcription hétéromérique HAP. Ce dernier est constitué de 4 sous-unités dont la sous-unité activatrice est la protéine Hap4p. Nous avons mis en évidence une régulation de la protéine Hap4p par le stress oxydant et l'état rédox du glutathion. Ainsi, un stress oxydatif induit par des molécules pro-oxydantes ou encore un dysfonctionnement de la chaîne respiratoire mitochondriale induit une diminution de la protéine Hap4p. Cette diminution conduit à une diminution de la quantité de marqueurs mitochondriaux tels que les cytochromes et une forte diminution de la vitesse de respiration et de la vitesse de croissance. Nous nous sommes aussi intéressés à la régulation du complexe HAP par la molécule d'hème. Nos résultats sont les premiers à clairement mettre en évidence une régulation positive de la quantité de Hap4p par l'hème et suggèrent aussi une régulation post-traductionnelle de Hap4p par l'état rédox de cette molécule. Tous ces résultats apportent des éléments supplémentaires dans l'étude des mécanismes de la communication mitochondrie-noyau et de la régulation de la biogenèse mitochondriale. / Mitochondria are organelles that play important functions in eukaryotic cell especially in energy metabolism. According to the physiological state (for example energy demand variation), mitochondrial content can vary in large amounts within the cell. These variations involve the modification of mitochondrial biogenesis which is a complex process which depends on many proteins and both nuclear and mitochondrial genomes. We studied the regulation of mitochondrial biogenesis in the yeast Saccharomyces cerevisiae. In this organism, a key component of mitochondrial biogenesis is the heteromeric transcription factor HAP. It is constituted by 4 subunits, Hap4p being the activator subunit. We showed a regulation of Hap4p protein by oxidative stress and the glutathione redox state. Thus, oxidative stress induced by pro-oxidants or by mitochondrial respiratory chain dysfunction leads to a decrease in the Hap4p protein level. This decrease of Hap4p leads to a decrease in mitochondrial markers level such as cytochromes and a decrease of the respiratory and growth rates. We also interested in the regulation of the HAP complex by heme. Our results are the first to clearly show a positive regulation of Hap4p level by heme and also suggest a post-translational regulation of Hap4p by the heme redox state. Altogether, these results represent novel pieces to the study of the mitochondria-nucleus communication and the regulation of mitochondrial biogenesis.

Hevea brasiliensis est une culture industrielle majeure pour la production de caoutchouc naturel (CN). La stimulation par l'éthéphon, un libérateur d'éthylène, est utilisée pour augmenter la production de latex en prolongeant son écoulement et en stimulant le métabolisme pour la régénération du latex. Cependant, le mécanisme d'action de l'éthylène n'est pas clairement élucidé chez l'hévéa. L'éthylène est un signal important qui régule le développement des plantes. Les facteurs de transcription AP2/ERF, et plus particulièrement les Ethylene Response Factors, jouent un rôle crucial dans le développement et la réponse aux stress biotiques et abiotiques chez les plantes. La production d'éthylène et sa signalisation sont aussi importantes en embryogenèse somatique et tout spécialement chez les espèces récalcitrantes à la culture in vitro.Dans cette étude, le transcriptome de référence a été amélioré par addition des fragments de séquence d'ARN issus de tissus reproducteurs lors d'un nouvel assemblage. Les 30.342 contigs ont été annotés par la base de données Gene Ontology. L'analyse des facteurs de transcription a permis d'identifier 2.448 contigs qui ont été classés en 58 familles de facteurs de transcription. Six pourcents de ces facteurs de transcription correspondent aux membres de la superfamille des AP2/ERF. L'accumulation de transcrits des gènes AP2/ERF a été analysée au cours du processus d'embryogenèse somatique chez des lignées de cal avec différents potentiels de régénération et dans différents tissus végétatifs et reproducteurs. L'analyse de l'abondance relative de transcrits dans les différents tissus montre que les ERFs des groupes I, VII et VIII sont fortement présents à tous les stades de l'embryogenèse somatique et dans les tissus immatures et matures de fleurs males et femelle, d'embryons zygotiques, de feuilles, d'écorce et de latex. Quarante gènes AP2/ERF représentent des marqueurs d'expression génique pour le potentiel de régénération de plantes de lignées de cal à différents stades du processus d'embryogenèse somatique. Quatorze marqueurs d'expression génique permettent même de prédire la capacité de régénération dès le stade de multiplication du cal. Cinquante-neuf marqueurs d'expression géniques sont spécifiquement exprimés dans les différents tissus de l'hévéa, et plusieurs AP2/ERFs ont les transcrits fortement accumulés dans le latex. La plupart des marqueurs de l'expression génique du latex appartient aux ERF du groupe VII. Les ERFs de ce groupe ont un motif conservé en N-terminal (MCGGAII), lequel est impliqué dans la voie N-end rule. Les analyses de localisation subcellulaire et de transactivation suggèrent que ces gènes HbERF-VII codent pour des facteurs de transcription fonctionnels potentiellement impliqués dans la réponse à l'hypoxie dans le latex. / Hevea brasiliensis is the major industrial crop for natural rubber (NR) production. Ethephon stimulation, an ethylene releaser, is used for increasing latex production by prolonging latex flow and stimulating the metabolism required for the latex regeneration. However, the mechanism of ethylene action is not clearly elucidated in this species. Ethylene is an important signal regulating the plant development. AP2/ERF transcription factors, and especially Ethylene-Response Factors, play a crucial role in plant development and response to biotic and abiotic stresses. Ethylene production and signalling are also important to somatic embryogenesis, especially for species that are recalcitrant in in vitro culture.In this study, a comprehensive Hevea transcriptome was improved using additional RNA reads from reproductive tissues in a new assembly. The 30,342 contigs were annotated in the Gene Ontology database. The analysis of transcription factors led to 2,448 contigs being identified, which were classed in 58 transcription factor families. Six percent of the transcription factors corresponded to members from the AP2/ERF superfamily. The transcript accumulation of AP2/ERF genes was analyzed during somatic embryogenesis for callus lines with different regeneration potential and in various vegetative and reproductive tissue of Hevea. The relative transcript abundance were studied and showed that ERFs from group I, VII and VIII were abundant at all stages of the somatic embryogenesis as well as, in both immature and mature male and female flowers, zygotic embryos, leaf, bark and latex. Forty genes were identified as expression marker for callus with different plant regeneration potential regeneration capacity. Interestingly, fourteen expression marker genes were found that be able to predict the regeneration capacity of callus at proliferating calli, the early stage of somatic embryogenesis process. Fifty-nine expression marker genes were found in the various plant tissues. Several AP2/ERF genes were shown highly transcript accumulation in latex and were assigned as latex expression marker genes. Almost of latex expression marker genes belong to the ERF group VII. Base on conserved motif analysis showed this ERF group contained the conserved N-terminal motif (MCGGAII) involved in the N-end rule pathway. Subcellular localization and transactivation analyses suggested that HbERF-VII candidate genes encoded functional transcription factors.

Les chercheurs en biologie de synthèse programment l’ADN pour construire des systèmes biologiques capables de répondre à certaines conditions de manière prédéfinie. Cette capacité pourrait avoir un impact sur plusieurs domaines, de la médecine à la fermentation industrielle. Le traitement de signal par des circuits biologiques synthétiques est en train d’être démontré à large échelle, mais hélas la variété des signaux d’entrée capables de contrôler ces circuits est pour l’instant limitée. Ce manque de diversité est un obstacle majeur au développement de nouvelles applications car en général chaque application requiert une réponse à des signaux de nature particulière qui lui sont spécifiques. Cette thèse cherche à apporter des solutions au manque de signaux d’entrée appropriés contrôlant les circuits biologiques en développant deux nouvelles stratégies d’induction. La première stratégie vise à étendre la diversité chimique des signaux d’entrée. A l’inverse des approches existantes, qui reposent sur la modification des systèmes de détections naturels tels que les riboswitchs ou les facteurs de transcription allostériques, j’ai cherché ici à modifier directement des molécules préalablement non-détectables afin de les rendre détectables par les systèmes de détection actuels. Pour ce faire, la transformation chimique des molécules cibles est réalisée in situ grâce à l’expression de voies métaboliques synthétiques dans la cellule. Afin de pouvoir utiliser cette stratégie de manière systématique, j’ai employé la conception assistée par ordinateur et puisé dans l’ensemble des réactions biochimiques connues afin de prédire des voies de détections pour de nouvelles molécules. J’ai ensuite implémenté in vivo plusieurs prédictions qui ont permis à E. coli de détecter de nouveaux composés. Au-delà de l’intérêt de cette méthode en biotechnologie, cela montre que le métabolisme peut jouer un rôle dans le transfert d’information, en plus de son rôle dans le transfert de matière et d’énergie, ce qui soulève la question de l’utilisation potentielle de cette stratégie de détection par la nature. Un second axe présente une façon d’épargner l’utilisation d’inducteurs chimiques pour les programmes biologiques simples, et propose d’utiliser des inducteurs biologiques à la place. Lorsqu’une seule étape d’induction ou de répression de gènes est nécessaire, comme c’est le cas en fermentation industrielle, je propose de remplacer la coûteuse étape d’induction chimique par l’infection simultanée de toutes les cellules d’une population par des particules virales capables d’injecter en temps réel l’ensemble des informations nécessaires pour déclencher l’activité biologique recherchée. A des fins de fermentation, j’ai développé des particules virales modifiées qui reprogramment dynamiquement le métabolisme d’une large population de bactérie au moment opportun et les forcent à produire des molécules à haute valeur ajoutée. / Synthetic biologists program DNA with the aim of building biological systems that react under certain conditions in a predefined way. This ability could have impact in several fields, from medicine to industrial fermentation. While the scalability of synthetic biological circuits in terms of signal processing in now almost demonstrated, the variety of input signals for these circuits is limited. Because each application typically requires a circuit to react to case-specific molecules, the lack of input diversity is a major obstacle to the development of new applications. Two axis are developed over the course of this thesis to try to address input-related problems. The main axis consists in a new strategy aiming at systematically and immediately increasing the chemical diversity of inputs for synthetic circuits. Current approaches to expand the number of potential inputs focus on re-engineering sensing systems such as riboswitches or allosteric transcription factors to make them react to previously non-detectable molecules. On the contrary, here we developed a method to transform the non-detectable molecules themselves into molecules for which sensing systems already exist. These chemical transformations are realized in situ by expressing synthetic metabolic pathways in the cell. In order to systematize this strategy, we leveraged computer-aided design to predict ways of detecting new molecules by digging into all known biochemical reactions. We then implemented several predictions in vivo that successfully enabled E. coli to detect new chemicals. Aside from the interest of the method for biotechnological applications, this shows that in addition to transferring matter and energy, metabolism can also play a role in transferring information, raising the question of potential occurrences of this sensing strategy in nature. A second axis introduce a way to exempt simple programs from the need for a chemical input, and explore the use of a biological input instead. In situations where a single timely induction or repression of multiple genes is required, such as in industrial fermentation processes, we propose to replace expensive chemical induction by simultaneous infection of all the members of a growing population of cells with viral particles inputting in real-time all the necessary information for the task at hand. In the context of fermentation, we developed engineered viral particles that can dynamically reprogram the metabolism of a large population of bacteria at the optimal stage of growth and force them to produce value-added chemicals.