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.

La molécule de l’éthylène (C2H4) est le régulateur principal du sexe chez les cucurbites. Essentiellement, l’éthylène est connu pour son rôle promoteur dans le développement des carpelles et un rôle inhibiteur des étamines dans les fleurs du melon. L’interaction entre les biosynthétique gènes de l’éthylène (CmACS7, CmACS11, et CmACO3) et le facteur de transcription CmWIP1 détermine différentes formes du sexe chez le melon. Le rôle de ces gènes est bien étudié chez le melon. Cependant, le mécanisme qui contrôle l’initiation et la coordination de formation des étamines et des carpelles dans la fleur reste ambigu. En reposant sur l’importance de l’éthylène dans l’expression du sexe chez le melon, j’ai focalisé sur l’identification des gènes impliqués dans la voie signalisation éthylène-sexe. Au cours de la thèse, le criblage des mutants altérés dans la réponse à l’exogène éthylène nous facilitait d’identifier des nouveaux gènes impliqués dans la détermination du sexe chez la famille de Cucurbitacée. Pendant ma thèse j’ai isolé plus de 10 mutants insensibles à l’éthylène de différentes populations du melon. Deux mutants ont été isolés de deux populations monoïques indépendantes. Ces deux mutants provoquent une transition partielle et complète au melon andromonoïque dans la génération M2, respectivement. Un de ces deux mutants a été identifié et caractérisé. Deux autres mutants gsn106 et vat233 ont été criblés de deux populations andromonoïque, provoquent une transition complète et partielle à androïque melon, respectivement. En utilisant le séquençage à haute débit et les analyses génétiques j’ai essayé de cloner et caractériser ces gènes mutants. Par ailleurs, des autres mutants insensibles à l’éthylène sont en cours d’être phénotypes pour le phénotype du sexe. L’isolation et caractérisation des nouveaux gènes impliqués dans le déterminisme du sexe nous aidera pour mettre en place un model clair explant comment le sexe est contrôlé chez les plantes. / Ethylene (C2H4) is an important phytohormone in plants and the main sex regulator in the family Cucurbitaceae. As known, the ethylene promotes the carpel development and inhibits the stamens in the melon flower (Cucumis melo L.). The interplay of the biosynthesis genes (CmACS7, CmACS11, et CmACO3) and the transcription factor CmWIP1 generates different sexual forms in melon. The role of these genes in the sex expression is well studied. However, the mechanism that controls the initiation and coordination of stamen and carpel development in the flower remains ambiguous. Based on the importance of the ethylene in the sex determination, I aimed to isolate novel genes involved in the pathway ethylene-sex in the melon (Cucumis melo L.). For this purpose, I used the response to exogenous ethylene in the etiolated seedlings (known as the triple response phenotype) to isolate ethylene-insensitive mutants. During my thesis I isolated more than 10 ethylene-insensitive mutants from six EMS-mutagenised melon populations. Some of these mutants induced changes in the sex expression of the melon. . Two mutants were isolated from two independent monoecious populations (female and male flowers on the same plant) and induced a partial and a complete sexual transition to the andromonoecious melon in the second generation M2, respectively. One of them was cloned and characterized using Omics tools. Two other mutants (gsn106) and (vat233) screened from two independent andromonoecious melon (bisexual and male flowers on the same plant) populations, induced complete and partial sexual transitions into androecy (only male flowers), respectively. Using Next-Generation Sequencing (NGS) and the genetic analysis, we are trying to clone and characterise these mutants (gsn106) and (vat233). In the same way, we continue to observe others promising ethylene-insensitive mutants (vat306, vat175, and vat230) for the sex phenotype. The isolation and characterisation of novel genes involved in the sex determination will permit to provide a new and clear model explains of the sex determination mechanism in plants.

Titre du projet: Recherche de marqueurs moléculaires précoces de l’anomalie florale mantled du palmier à huile Objectifs : - identifier des marqueurs d’expression de la variation somaclonale mantled par comparaison entre les transcriptomes conformes et variants.- valider la capacité de discrimination des marqueurs sélectionnés lors des stades précoces du processus in vitro. Stratégie et Méthode: Analyse transcriptomique de l’inflorescence normale de palmier à huile et construction d’un transcriptome de référence. Technique : RNAseq, séquençage Illumina.Identification des séquences et voies de régulation d’intérêt. Technique: analyse bioinformatique des données de séquençage.Comparaison entre les trancriptomes issus d’inflorescences normales vs. mantled par re-séquençage de banques obtenues ) partir de différents génotypes clonaux. Technique : Illumina.Identification des séquences présentant de manière cohérente des profils d’expression dépendant du phénotype. Technique : analyse bioinformatique des données de séquençage, analyse statistique des profils d’expression. Validation des marqueurs candidats sur des paires de régénérants normal/mantled issus de lignées clonales variées, ainsi que sur des cultures in vitro à différents stades du processus de régénération. Technique : PCR quantitative (q-PCR). / Project title : Search for early molecular markers of the mantled floral variation of oil palmObjectives : - identifying expression markers of the mantled somaclonal variation through the comparison between the true-to-type and the variant transcriptome. - assessing the discriminating power of the selected markers at early stages of the in vitro process.Strategy and Methods : Transcriptomic analysis of the normal oil palm inflorescence, construction of a reference transcriptome. Technique : RNAseq, Illumina sequencing.Identification of sequences and pathways of interest. Technique : bioinformatic analysis of sequencing data.Comparison between the normal and the mantled inflorescence transcriptome through the re-sequencing of libraries generated from several different clonal lines. Technique : Illumina. Identification of sequences displaying consistently a phenotype-dependent differential expression pattern. Technique : bioinformatic analysis of sequencing data, statistical analysis of expression patterns. Validation of candidate markers on normal/mantled regenerant palm pairs from different clonal lines and on normal-/mantled-derived in vitro cultures at various stages of the industrial regeneration process. Technique : quantitative PCR (q-PCR).

[ES] Las leguminosas son un grupo de plantas consideradas de gran importancia por su valor nutricional para la alimentación humana y ganadera. Además, las familias de leguminosas se caracterizan por rasgos distintivos de desarrollo como su inflorescencia compuesta y su compleja ontogenia floral. Para comprender mejor estas características distintivas, es importante estudiar los genes reguladores clave involucrados en el desarrollo de la inflorescencia y la flor. El gen SUPERMAN (SUP) es un factor transcripcional de dedos de zinc (Cys2-Hys2) considerado como un represor activo que controla el número de estambres y carpelos en A. thaliana. Además, SUP está involucrado en la terminación del meristemo floral y el desarrollo de los tejidos derivados del carpelo. El objetivo principal de este trabajo fue la caracterización funcional del ortólogo de SUP en la leguminosa modelo Medicago truncatula (MtSUP). Logramos este objetivo en base a un enfoque de genética reversa, análisis de expresión génica y ensayos de complementación y sobreexpresión. Nuestros resultados muestran que MtSUP es el gen ortólogo de SUP en M. truncatula. MtSUP comparte algunos de los roles ya descritos para SUP con algunas variaciones. Curiosamente, MtSUP controla la determinación del meristemo inflorescente secundario (I2) y de los primordios comunes (CP) a pétalos y estambres. Por tanto, MtSUP controla el número de flores y de pétalos-estambres que producen el meristemo I2 y los primordios comunes, respectivamente. MtSUP muestra funciones novedosas para un gen de tipo SUP, desempeñando papeles clave en los meristemos que confieren complejidad de desarrollo a esta familia de angiospermas. Este trabajo permitió identificar a MtSUP, un gen clave que forma parte de la red reguladora genética que subyace al desarrollo de la inflorescencia compuesta y de las flores en la leguminosa modelo M. truncatula. / [CA] Les lleguminoses són un gran grup de plantes considerades de gran importància pel seu valor nutricional per a l'alimentació humana i ramadera. A més, les famílies de lleguminoses es caracteritzen per trets distintius de desenrotllament com la seua inflorescència composta i la seua complexa ontogènia floral. Per a comprendre millor estes característiques distintives, és important estudiar els gens reguladors clau involucrats en la inflorescència i el desenrotllament floral. El gen SUPERMAN (SUP) és un factor transcripcional de dits de zinc (Cys2-Hys2) considerat com un repressor actiu que controla el nombre d'estams i carpels en A. thaliana. A més, SUP està involucrat en la terminació del meristemo floral i el desenrotllament dels teixits derivats del carpel. "L'objectiu principal d'este treball va ser la caracterització funcional de l'ortòleg de SUP en la lleguminosa model Medicago truncatula (MtSUP) . Aconseguim l'objectiu amb base en un enfocament genètic invers, anàlisi d'expressió gènica i assajos de complementació i sobreexpressió. Els nostres resultats mostren que MtSUP és el gen ortòleg de SUP en M. truncatula. MtSUP compartix alguns dels rols ja descrits per a SUP amb variacions. Curiosament, MtSUP està involucrat en la determinació del meristemo de la inflorescència secundària (I2) i els primordios comuns (CP). Per tant, MtSUP controla el nombre de flors i pètals-estams que produïxen el meristemo I2 i els primordios comuns, respectivament. MtSUP mostra funcions noves per a un gen tipus SUP, exercint papers clau en els meristemos que conferixen complexitat de desenrotllament a esta família d'angiospermes. "Este treball va permetre identificar a MtSUP, un gen clau que forma part de la xarxa reguladora genètica darrere de la inflorescència composta i el desenrotllament de flors en la lleguminosa model M. truncatula. / [EN] Legumes are a large group of plants considered of great importance for their nutritional value in human and livestock nutrition. Besides, legume families are characterized by distinctive developmental traits as their compound inflorescence and complex floral ontogeny. For a better understanding of these distinctive features is important to study key regulatory genes involved in the inflorescence and floral development. The SUPERMAN (SUP) gene is a zinc-finger (Cys2-Hys2) transcriptional factor considered to be an active repressor that controls the number of stamens and carpels in A. thaliana. Moreover, SUP is involved in the floral meristem termination and the development of the carpel marginal derived tissues. The main objective of this work was the functional characterization of the SUP orthologue in the model legume Medicago truncatula (MtSUP). We achieved this objective based on a reverse genetic approach, gene expression analysis, and complementation and overexpression assays. Our results show that MtSUP is the orthologous gene of SUP in M. truncatula. MtSUP shares some of the roles already described for SUP with variations. Interestingly, MtSUP controls the determinacy of the secondary inflorescence (I2) meristem and the common primordia (CP). Thus, MtSUP controls the number of flowers and petal-stamens produced by the I2 meristem and the common primordia respectively. MtSUP displays novel functions for a SUP-like gene, playing key roles in the meristems that confer developmental complexity to this angiosperm family. This work allowed to identify MtSUP, a key gene that participates in the genetic regulatory network underlying compound inflorescence and flower development in the model legume M. truncatula. / I would like to thanks the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness for the grant (MINECO; BIO2016-75485-R) that supported this work. Special thanks to the Generalitat Valenciana for funding my doctorate with the Santiago Grisolía predoctoral scholarships / Rodas Méndez, AL. (2021). MtSUPERMAN controls the number of flowers per inflorescence and floral organs in the inner three whorls of Medicago truncatula [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/171474 / TESIS

Le facteur ULTRAPETALA1 (ULT1) est impliqué dans plusieurs processus développementaux chez Arabidopsis thaliana, dont le maintien de l'homéostasie des méristèmes aériens et la morphogénèse florale. ULT1 est en particulier essentiel à la restriction du territoire d'expression de WUSCHEL (WUS), acteur central du maintien de l'identité des cellules souches. ULT1 est également déterminant dans l'activation spatio-temporelle d'AGAMOUS (AG), gène clé du développement floral, nécessaire à la croissance déterminée de la fleur. Néanmoins les mécanismes moléculaires impliqués dans le fonctionnement d'ULT1 n'ont pas tous été élucidés, notamment la nature de ses partenaires protéiques lui assurant sa spécificité de liaison à l'ADN. Les objectifs du travail de thèse ont été (i) d'identifier de nouveaux interacteurs d'ULT1 et (ii) de caractériser la fonction moléculaire et développementale de l'un d'entre-eux. Par des approches génétique, moléculaire et biochimique, nous avons identifié le répresseur transcriptionnel ULT1 INTERACTING FACTOR 1 (UIF1) et caractérisé sa fonction dans le contrôle de l'activité du méristème floral chez Arabidopsis thaliana. UIF1 est en particulier capable de lier spécifiquement une séquence promotrice du gène WUS. Par cette étude nous apportons un mécanisme pour la reconnaissance spécifique de ses cibles par ULT1. Par une approche gènes candidats, nous avons identifié de nouveaux interacteurs d'ULT1, pouvant expliquer (i) son effet sur le retrait de marques chromatiniennes maintenant un locus inactif (interaction avec la déméthylase RELATIVE OF EARLY FLOWERING 6); (ii) sa fonction trithorax activatrice (interaction avec ARABIDOPSIS TRITHORAX LIKE I); et enfin (III) son rôle dans l'initiation de la transcription de gènes cibles (interaction avec le domaine C-terminal de l'ARN Polymérase II). Ces données positionnent ULT1 à l'interface entre dé-répression chromatinienne et initiation transcriptionnelle. / The ULTRAPETALA1 (ULT1) factor is involved in several developmental processes during Arabidopsis thaliana life cycle such as the homeostasis maintenance at aerial meristems and floral morphogenesis. In particular, ULT1 is critical to the restriction of the expression territory of WUSCHEL (WUS), a central player in stem cell maintenance. ULT1 is also essential for the spatio-temporal activation of AGAMOUS (AG), a key floral developmental gene necessary to flower determinate growth. Nevertheless, the molecular mechanisms through which ULT1 functions haven't all been solved yet, including the nature of its protein partners assuring its binding specificity to DNA targets. The objectives of this thesis were (i) to identify new ULT1 interactors and (ii) to characterize the molecular and developmental function of one of them. By genetic, molecular and biochemical approaches, we identified the ULT1 INTERACTING FACTOR 1 (UIF1) transcriptional repressor and characterized its function in the control of floral meristem activity in Arabidopsis thaliana. In particular, UIF1 is able to specifically bind a promoter sequence in the WUS gene. With this study we provide a mechanism for specific recognition of target genes by ULT1. By a candidate gene approach, we identified novel ULT1 partners, which may explain (i) ULT1 effect on removal of chromatin repressive marks that maintain a locus in an inactive state (interaction with the demethylase RELATIVE OF EARLY FLOWERING 6); (ii) the ULT1 activating trithorax function (interaction with ARABIDOPSIS TRITHORAX LIKE I); and finally (iii) ULT1 role in the transcriptional initiation of target genes (interaction with the C-terminal domain of RNA Polymerase II). This dataset reveals a function for ULT1 at the interplay between chromatin de-repression and transcriptional initiation.

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 plantes produisent une remarquable diversité de métabolites pour faire face aux contraintes d’un environnement en constante fluctuation. Cependant la manière dont les plantes ont atteint un tel degré de complexité métabolique et les forces responsables de cette diversité chimique reste largement incomprise. On considère généralement que le mécanisme de duplication des gènes contribue pour une grande part à l’évolution naturelle. En absence de transfert horizontal, les gènes d’évolution récente se cantonnent généralement chez quelques espèces et sont soumis à une évolution rapide, alors que les gènes conservés et plus anciens ont une distribution beaucoup plus large et sont porteurs de fonctions essentielles. Il est donc intéressant d’étudier l’adaptation des plantes en analysant parallèlement les gènes qui présentent soit une large distribution taxonomique, soit une distribution plus restreinte, de type lignée-spécifique. Les cytochromes P450 (CYP) constituent l’une des plus vastes familles de protéines chez les plantes, présentant des phylogénies très conservées ou très branchées qui illustrent la plasticité métabolique et la diversité chimique. Pour illustrer l’évolution des fonctions des cytochromes P450 dans le métabolisme végétal, nous avons sélectionné trois gènes, l’un très conservé au cours de l’évolution, CYP715A1 et les deux autres, CYP98A8 et CYP98A9, très récemment spécialisés de manière lignée spécifique chez les Brassicaceae. Les gènes appartenant à la famille CYP715 ont évolué avant la divergence entre gymnospermes et angiospermes, et sont le plus souvent présent en copie unique dans les génomes végétaux. Ceci suggère que leur fonction est essentielle et très conservée chez les plantes à graines (spermaphytes). Sur la base d’une analyse transcriptionnelle et de l’expression du gène GUS sous le contrôle du promoteur de CYP715A1, il est apparu que ce gène est spécifiquement exprimé au cours du développement floral, dans les cellules tapétales des jeunes boutons floraux ainsi que dans les filaments lors de l’anthèse. CYP715A1 est également fortement induit dans les cellules du péricycle de la zone d’élongation racinaire en réponse au stress salin. L’induction par le sel nécessite une région promotrice située entre 2 et 3 kb en amont de la région codante (i.e ; codon START), ce qui suggère la présence d’un facteur cis à cet endroit. Afin de déterminer la fonction de CYP715A1 chez Arabidopsis thaliana, j’ai identifié deux mutants d’insertion de T-DNA par génotypage et complémenté ces mutants avec le gène natif. La perte de fonction de CYP715A1 n’a pas d’impact sur la croissance et la fertilité de la plante en conditions de laboratoire. Cependant, une analyse par microscopie électronique en transmission montre un phénotype d’intine ondulée. La perte de fonction du gène CYP715A1 a également entraîné une réduction de la taille des pétales et un défaut d’anthèse. [...] / Plants produce a remarkable diversity of secondary metabolites to face continually challenging and fluctuating environmental constraints. However, how plants have reached such a high degree of metabolic complexity and what are the evolutionary forces responsible for this chemodiversity still remain largely unclarified. Gene evolution based on gene birth and extinction has been reported to nicely reflect the natural evolution. Without horizontal gene transfer, young genes are often restricted to a few species and have undergone rapid evolution, whereas old genes can be broadly distributed and are always indicative of essential housekeeping functions. It is thus of interest to study plant adaptation with parallel focus on both taxonomically widespread and lineage-specific genes. P450s are one of the largest protein families in plants, featuring both conserved and branched phylogenies. Examples of P450 properties reflecting metabolic versatility, chemodiversity and thus plant adaptation have been reported. To illustrate evolution of P450 functions in plant metabolism, we selected two P450 genes, one evolutionary conserved CYP715A1 and the second a recently specialized lineage-specific gene CYP98A9 in Arabidopsis thaliana.CYP715s evolved before the divergence between gymnosperms and angiosperms and are present in single copy in most sequenced plant genomes, suggesting an essential housekeeping function highly conserved across seed plants. Based on transcriptome analysis and promoter-driven GUS expression, CYP715A1 is selectively expressed in tapetal cells of young buds and filaments of open flowers during flower development. In addition, CYP715A1 is highly induced in the pericycle cells of the root elongation zone upon salt stress. The salt induction relies on the 2-3kb region of CYP715A1 promoter, suggesting some salt-response elements may exist in this area. To characterize the function of CYP715A1 in Arabidopsis, I identified two T-DNA insertion mutants by genotyping and confirmed by complementation with native CYP715A1 gene. Loss of function of CYP715A1 has no impact on plant growth and fertility in laboratory conditions. However, transmission electron microscopy (TEM) analysis has shown constant undulated intine phenotype in two knockout mutants and also the petal growth is significantly inhibited. These two phenotypes nicely match the native expression pattern of CYP715A1. Gene co-expression analysis suggests involvement of CYP715A1 in gibberellin (GA) metabolism under salt treatment. GAs profiling on mutant flowers also indicates reduced accumulation specific GAs. Unfortunately, no significant phenotype either related to root growth or root architecture under salt treatment can be observed. Recombinant expression of the CYP715A1 enzyme in yeast so far does not allow confirming GAmetabolism. However, metabolic profiling of inflorescences in mutants and over-expression lines, together with transcriptome analysis of the loss of function cyp715a1 mutants strongly support a CYP715A1 role in signaling, hormone homeostasis and volatile emission in agreement with the purifying selection leading to gene conservation observed in spermatophytes.[...]

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.

Genomweite Bemühungen haben eine große Anzahl langer nichtkodierender RNAs (lncRNAs) identifiziert, obwohl ihre möglichen Funktionen weitgehend rätselhaft bleiben. Hier verwendeten wir ein System zur synchronisierten Blüteninduktion in Arabidopsis, um 4106 blütenbezogene lange intergene RNAs (lincRNAs) zu identifizieren. Blütenbezogene lincRNAs sind typischerweise mit funktionellen Enhancern assoziiert, die bidirektional transkribiert werden und mit verschiedenen funktionellen Genmodulen assoziiert sind, die mit der Entwicklung von Blütenorganen zusammenhängen, die durch Koexpressionsnetzwerkanalyse aufgedeckt wurden. Die Master-regulatorischen Transkriptionsfaktoren (TFs) APETALA1 (AP1) und SEPALLATA3 (SEP3) binden an lincRNA-assoziierte Enhancer. Die Bindung dieser TFs korreliert mit der Zunahme der lincRNA-Transkription und fördert möglicherweise die Zugänglichkeit von Chromatin an Enhancern, gefolgt von der Aktivierung einer Untergruppe von Zielgenen. Darüber hinaus ist die Evolutionsdynamik von lincRNAs in Pflanzen, einschließlich nicht blühender Pflanzen, noch nicht bekannt, und das Expressionsmuster in verschiedenen Pflanzenarten war ziemlich unbekannt. Hier identifizierten wir Tausende von lincRNAs in 26 Pflanzenarten, einschließlich nicht blühender Pflanzen. Ein direkter Vergleich von lincRNAs zeigt, dass die meisten lincRNAs speziesspezifisch sind und das Expressionsmuster von lincRNAs einen hohen Transkriptionsumsatz nahe legt. Darüber hinaus zeigen konservierte lincRNAs eine aktive Regulation durch Transkriptionsfaktoren wie AP1 und SEP3. Konservierte lincRNAs zeigen eine konservierte blütenbezogene Funktionalität sowohl in der Brassicaceae- als auch in der Grasfamilie. Die Evolutionslandschaft von lincRNAs in Pflanzen liefert wichtige Einblicke in die Erhaltung und Funktionalität von lincRNAs. / Genome-wide efforts have identified a large number of long non-coding RNAs (lncRNAs), although their potential functions remain largely enigmatic. Here, we used a system for synchronized floral induction in Arabidopsis to identify 4106 flower-related long intergenic RNAs (lincRNAs). Flower-related lincRNAs are typically associated with functional enhancers which are bi-directionally transcribed and are associated with diverse functional gene modules related to floral organ development revealed by co-expression network analysis. The master regulatory transcription factors (TFs) APETALA1 (AP1) and SEPALLATA3 (SEP3) bind to lincRNA-associated enhancers. The binding of these TFs is correlated with the increase in lincRNA transcription and potentially promotes chromatin accessibility at enhancers, followed by activation of a subset of target genes. Furthermore, the evolutionary dynamics of lincRNAs in plants including non-flowering plants still remain to be elusive and the expression pattern in different plant species was quite unknown. Here, we identified thousands of lincRNAs in 26 plant species including non-flowering plants, and allow us to infer sequence conserved and synteny based homolog lincRNAs, and explore conserved characteristics of lincRNAs during plants evolution. Direct comparison of lincRNAs reveals most lincRNAs are species-specific and the expression pattern of lincRNAs suggests their high evolutionary gain and loss. Moreover, conserved lincRNAs show active regulation by transcriptional factors such as AP1 and SEP3. Conserved lincRNAs demonstrate conserved flower related functionality in both the Brassicaceae and grass family. The evolutionary landscape of lincRNAs in plants provide important insights into the conservation and functionality of lincRNAs.

The development of plant flowers represents a complex process controlled by numerous mechanisms. The creation of double homozygous mutant of both β subunits (sometimes also referred to as basic transcription factor 3) of nascent polypeptide associated complex in Arabidopsis thaliana (further referred to as nacβ1 nacβ2) caused quite a strong defective phenotype including abnormal number of flower organs, shorter siliques with a reduced seed set, and inferior pollen germination rate together with a lower ovule targeting efficiency. Previously, NAC complex was described to be formed as a heterodimer composed of an α- and β-subunit, which binds ribosome and acts as a chaperone in Saccharomyces cerevisiae. In plants, NACβ is connected to stress tolerance and to plant development as a transcription regulator. However, little is known of NAC heterodimer function in plants. In this thesis, yeast two hybrid system (Y2H) and bimolecular fluorescence complementation (BiFC) assays were used to verify the NAC heterodimer formation in A. thaliana and to establish any potential interaction preferences between both NACβ paralogues and five NACα paralogues. To deepen the understanding about molecular mechanisms behind the nacβ1 nacβ2 phenotype, flower bud transcriptome of the nacβ1 nacβ2 double homozygous mutants...