Les variations de l'environnement peuvent influer sur le métabolisme de la plante, notamment à travers la formation des espèces oxygénées réactives (EOR) nocives à forte concentration. Des systèmes enzymatiques vont dégrader ces EOR mais aussi réparer les molécules oxydées par ces réactifs. Ils sont composés notamment de peroxydases (glutathion peroxydases utilisant les thiorédoxines comme réducteur, et les peroxyrédoxines utilisant les glutarédoxines et les thiorédoxines pour leur régénération) dont l'activité s'appuie sur des échanges dithiol-disulfure. Ces systèmes présentent une complexité liée à l'existence de familles multigéniques. Des hybrides Prx-Grx actifs ont été produits de façon recombinante, donnant des indications sur les interactions entre Prx et Grx. Les études enzymatiques réalisées sur les Prx IIF et IIE ont montré qu'elles sont capables de réduire de nombreux substrats autres que le peroxyde d'hydrogène avec des efficacités variables. De plus, leurs localisations tissulaires sont différentes ainsi que leurs réactions en réponse à divers stress oxydant. Outre leur fonction de réducteurs, les glutarédoxines pourraient participer aussi à la signalisation par le mécanisme de glutathionylation, impliqué dans la protection de cystéines critiques par fixation d'une molécule de glutathion. Un rôle nouveau est apparu, elles aident à la formation et l'intégration des centres fer-soufre et participent donc à la maturation des protéines fer-soufre. Les Grxs chloroplastiques S14 et S16 intègrent de façon naturelle un centre fer-soufre et complémentent des mutants de levure déficients en Grx5, une glutarédoxine CGFS nécessaire pour l'assemblage des centres fer-soufre. Enfin, la GrxS14 est capable de transférer efficacement son centre à une molécule acceptrice. Ces résultats nous permettent de mieux comprendre la redondance des ces familles : ces systèmes modulent différents processus physiologiques, dont certains encore inconnus, en réponse au stress oxydant / Environment variations can modify plant metabolism in particular by production of reactive oxygen species (ROS) which are harmfull at high level. Enzymatic systems are to degrade these ROS but also repair oxidized molecules. They are composed by peroxidases (thioredoxins-reduced glutathione peroxidases and thioredoxin or glutaredoxin-reduced peroxiredoxins) using dithiol exchange for their activity. These systems present a complexity according to their multigenic family origin. Recombinant Prx-Grx hybrids have been produced giving clue to interactions between Prx and Grx. Enzymatic studies showed Prx IIF and IIE can reduced a wide range of substrates other than hydrogen peroxide, with variable activity. Furthermore they are not found identically in plant tissue and react to oxidative stress in different ways. Besides reducing properties Grx could participate in cell signalling by glutathionylation, mechanism which protects cystein by fixating a molecule of GSH. A new role appeared recently, they help production of iron-sulfur cluster and play a role in iron-sulfur proteins maturation. Plastidials S14 and S16 Grxs can naturally bind an iron-sulfur cluster and complement Grx5 (CGFS Grx known entering in iron-sulfur proteins maturation) deficient mutants yeast. Finally GrxS14 is able to transfer efficiently his cluster to accepting molecule. These results allow us understanding better these multigenic families regulating several physiological processes, some still unknown, in oxidative stress

Les auxines sont des composants clés essentiels pour le contrôle du développement des racines et la réponse aux contraintes environnementales en raison de leur rôle central dans la division, l’élongation et la différenciation cellulaires. L’auxine endogène, acide indole-3-butyrique (IBA), bien que moins abondante et moins connue que l'acide indole-3-acétique (IAA), joue un rôle important dans le développement racinaire, en particulier lors de la formation des racines latérales et de l'élongation des poils absorbants. Il est généralement admis que les fonctions de l’IBA dépendent entièrement de la conversion peroxysomale de l’IBA en IAA. Bien que nos connaissances concernant les enzymes impliquées dans cette conversion soient très avancées, nous en savons peu sur les mode de régulation de ces fonctions. Au cours de ma thèse, j'ai démontré que les fonctions de l’IBA lors de l'induction des racines latérales et de l'élongation des poils absorbants dépendent du glutathion, un petit tripeptide rédox qui constitue l'une des molécules les plus importantes impliquées dans les réponses des plantes au stress oxydatif. De plus, j'ai démontré que le lien entre le glutathion et l'auxine IBA est essentiel pour les réponses à l’auxine dans la zone de transition de la racine primaire. Ce contrôle des fonctions de l’IBA par le glutathion pourrait être déterminant dans des conditions de stress abiotiques telles que la carence en phosphore.Une des fonctions du glutathion étant de réduire des réductases de fonctions thiols, les glutaredoxines (GRX), nous avons recherché si certaines GRX sont impliquées dans le développement racinaire. Nous avons constaté que ROXY19 et GRXS17 sont essentiels à la croissance des racines primaires et que ces deux GRX sont également impliqués, mais dans des rôles différents, lors du développement des racines latérales. Un crible suppresseur des phénotypes racinaires du mutant grxs17 avait été mis en place dans le laboratoire. J'ai utilisé des approches bio-informatiques pour isoler les mutations causales après reséquençage du génome de candidats capables de restaurer la croissance des racines primaires et / ou le développement normal des primordia des racines latérales. Malheureusement, cette approche ne nous a pas encore permis d’isoler de nouveaux acteurs. Cependant, elle jette les bases d’un futur grand progrès dans la compréhension de la manière dont GRXS17 contrôle le système racinaire.En conclusion, les résultats de ma thèse soulignent l’importance du glutathion et des glutarédoxines dans le contrôle de la plasticité du système racinaire et lors de conditions de stress abiotiques, notamment via la modulation de la voie auxinique IBA. / Auxins are critical key components for the control of root development and response to environmental constraints by its pivotal roles in cell division, elongation, and cell differentiation. The endogenous auxin Indole-3-butyric acid (IBA), although less abundant than the better-known Indole-3-Acetic Acid (IAA), plays important roles during root development especially during the formation of lateral roots and root hairs elongation. It is generally accepted that IBA functions are fully dependent on peroxisomal IBA-to-IAA conversion. While there is a great advance in our knowledge regarding the enzymes involved in the peroxisomal conversion of IBA-to-IAA, little is known about the mechanisms that modulate its functions. During my thesis, I demonstrated that the IBA functions during the induction of lateral roots and root hairs elongation are dependent on glutathione, which is a small redox tripeptide that constitutes one of the most important molecules involved in plant responses to oxidative stresses. Moreover, I demonstrated that the link between glutathione and the auxin IBA is critical for the auxin distribution that takes place in the transition zone of the primary root. The relevance of the control of IBA functions by glutathione might be determinant during abiotic stress conditions such as phosphorus deprivation.Since glutathione is a reducer of thiol reductases glutaredoxins (GRXs), we investigate if some GRXs are involved in root development. We found that ROXY19 and GRXS17 are critical for the primary root growth, and both GRX proteins play different roles during the formation of lateral roots. Based on this root phenotype, a suppressor screen in grxs17 background had been set up in the lab. I developed bioinformatic pipelines to isolate causal mutations from genome resequencing of candidates that are able to restore the primary root growth and/or the normal development of lateral roots primordia. Unfortunately, this approach did not yet allow us to isolate new actors, however it builds foundations for future big advance in understanding how glutaredoxins control the root system.In conclusion, the results showed in my Ph.D. thesis highlight the importance of glutathione and glutaredoxins in the control of the root system plasticity and during abiotic stress conditions, particularly via the modulation of the auxinic IBA pathway.

Sinorhizobium meliloti est une bactérie du sol Gram- capable d'induire la formation denodosités fixatrices d'azote lors d'une interaction symbiotique avec les plantes de la familledes légumineuses. L'importance de la balance redox au cours de cette interaction a été miseen évidence. Ainsi, des mutants bactériens déficients dans la production du glutathion (GSH),présentent un phénotype altéré d'infection et de fixation de l'azote atmosphérique.Le premier objectif a donc été de déterminer si les phénotypes observés chez les mutants de lavoie de biosynthèse du GSH étaient liés à l'activité des glutarédoxines (GRX). Une analysebioinformatique a révélé la présence de trois gènes codant des GRX chez S. meliloti. Lesmutants, Smgrx1, Smgrx2 et Smgrx3, déficients pour chacune des GRX, ne produisent pasdes phénotypes similaires à ceux observés avec les mutants GSH. Si Smgrx2 présente unphénotype moins marqué, Smgrx1 est plus sévèrement affecté puisqu'il n'est plus capable dese différencier en bactéroïde. L'implication de SmGrx2 dans la régulation du métabolisme dufer et la mise en place des centres Fe-S a, par ailleurs, été mise en évidence.Le second objectif a été de définir s'il existait, chez S. meliloti, une redondance fonctionnelleentre les GRX et les thiorédoxines (TRX). Ainsi, le mutant SmtrxB, dépourvu de thiorédoxineréductase, présente la particularité d'induire la formation d'un plus grand nombre de nodulesque la souche sauvage. Le système TRX de S. meliloti apparaît donc comme un régulateurnégatif de la nodulation. D'autre part, les nodosités formées par ce mutant SmtrxB, ont uneactivité fixatrice d'azote significativement diminuée. Les rôles des TRX et des GRXapparaissent donc, au moins partiellement, distincts.Les résultats obtenus ici apportent des éléments nouveaux sur l'implication du GSH, des GRXet des TRX dans la mise en place d'une nodosité fonctionnelle, et ouvrent de nouvellesperspectives d'études sur les rôles de ces molécules dans le processus de fixation d'azote. / Sinorhizobium meliloti is a soil bacterium Gram- able to induce the formation of nitrogenfixingnodules during a symbiotic interaction with plants of the legume family. Theimportance of redox balance during this interaction has been demonstrated. In this way,bacterial mutants deficient in the production of glutathione (GSH), exhibit an alteredphenotype of infection and fixation of atmospheric nitrogen.The first objective was therefore to determine whether the phenotypes observed in mutants ofthe GSH biosynthesis pathway were related to the activity of glutaredoxins (GRX). Abioinformatic analysis revealed the presence of three genes encoding GRX in S. meliloti. Themutants, Smgrx1, Smgrx2 and Smgrx3, deficient for each of the GRX, do not producephenotypes similar to those observed with the GSH mutants. If Smgrx2 presents a less severephenotype, Smgrx1 is more severely affected since it is incapable of differentiating intobacteroïd. The involvement of SmGrx2 in the regulation of iron metabolism and theestablishment of Fe-S cluster has also been demonstrated.The second objective was to determine if there was, in S. meliloti, a functional redundancybetween GRX and thioredoxin (TRX). Thus, the SmtrxB mutant, devoid of thioredoxinreductase, has the distinctive feature of inducing the formation of more nodules than the wildtype strain. The TRX system of S. meliloti appears to be a negative regulator of nodulation.On the other hand, the nodules formed by this SmtrxB mutant have a significantly decreasednitrogen-fixing activity. Hence, the roles of TRX and GRX appear to be at least partiallydistinct.The results obtained here provide new evidence on the involvement of GSH, the GRX andTRX in the establishment of a functional nodule, and open new perspectives for studying onthe roles of these molecules in the process of nitrogen fixation.

Une meilleure compréhension de la physiologie de la semence des céréales constitue certainement un moyen pour améliorer et développer de nouvelles variétés capables de correspondre aux besoins économiques et écologiques du moment. Les rédoxines constituent des marqueurs intéressants pour appréhender la qualité technologique et germinative du grain de blé en particulier. Le criblage des banques de données a permis d’isoler des isoformes de ces rédoxines. Cette étude a confirmé l’implication des thiorédoxines dans la réduction des protéines de réserve du blé et de maïs. Elle a permis de mettre en évidence un autre rôle de certains isoformes de thiorédoxines h dans la formation de polymères de hauts poids moléculaires. L'inhibition de l’expression de gènes par interférence ADN montre que les thiorédoxines et les glutarédoxines sont impliquées dans la protection contre le stress oxydatif chez le blé. De même, l'application d’un stress biotique simulé par la laminarine a permis de discriminer l'implication de différents marqueurs du stress, et de montrer en particulier que la 1-Cys-Prx peut être considérée comme un indicateur de l'état redox du grain pendant la germination. La mise en place d’une méthode simple et efficace de transformation des céréales via Agrobacterium, constitue un moyen pour comprendre davantage le rôle de ces rédoxines dans la gestion des stress, et les éventuelles conséquences sur la qualité technologique du grain. / A better understanding of the physiology of seed cereal constitutes certainly a means to improve and develop new varieties capable of corresponding to the actual economic and ecological needs. Redoxins are interesting markers to apprehend the technological and germinative quality of wheat seed in particular. The screening of data banks allowed isolating isoforms of these redoxins. This study confirmed the implication of thioredoxins in the reduction of storage proteins in wheat and corn seeds. It allowed to bring to light another role of some thioredoxins h isoforms in the formation of high molecular weights polymers. The inhibition of the expression of genes by DNA interference shows that thioredoxins and glutaredoxins are involved in the protection against oxidative stress in wheat. Also, the application of a biotic stress simulated by laminarin allowed to discriminate the implication of various stress markers, and to highlight in particular that the 1-Cys-Prx can be considered as an indicator of the redox state of the grain during germination and seedling. The implementation of a simple and effective method of transformation of cereal via Agrobacterium constitutes a means to understand more on the role of these redoxins in the management of the stress, and the possible consequences on the technological quality of the seed.

Les interactions intermoléculaires au sein des êtres vivants sont complexes et permettent de véhiculer l’information nécessaire à la survie de l’organisme à un moment donné. Il arrive même que certains intervenants soient impliqués à différents stades d’un même processus. Parmi les très nombreux processus biologiques présents au sein des cellules, la biogénèse des centres fer-soufre apparaît être très complexe. Cette complexité est probablement reliée à la toxicité cellulaire du fer libre et du soufre libre. Ainsi les différentes étapes de la création des centres fer-soufre doivent être étroitement régulées. Des études récentes montrent que les protéines BolA et les glutarédoxines de classe II sont impliquées dans l’homéostasie du fer en intervenant seules ou de manière concertée. Cependant, la fonction réelle de ces protéines notamment aux différents stades de la biogénèse des centres fer-soufre reste encore que très peu connue. Afin de mieux comprendre la capacité des protéines BolA et glutarédoxines à jouer leur fonction biologique, nous avons étudié à travers ce travail de thèse la capacité des protéines BolA et glutarédoxines d’Arabidopsis thaliana, à former des homodimères et des hétérodimères. Pour ce faire, la cristallographie des rayons X, la résonance magnétique nucléaire et d’autres méthodes spectroscopiques ont été utilisées pour caractériser structuralement les différents états oligomériques de ces deux protéines / Intermolecular interactions in living cells are complex and help convey the information indispensable to the survival of the organism at a given time. It even happens that various stakeholders are involved at different stages of the same process. Among many biological processes present within living cells, the biogenesis of iron-sulfur clusters appears to be very complex. This complexity is probably related to cellular toxicity of both free iron and free sulfur. Thus the different stages of iron-sulfur clusters biosynthesis must be tightly regulated. Recent studies highlight that BolA proteins and class II glutaredoxins are involved in iron homeostasis probably by acting alone or in a concerted manner. However, the current function of these proteins in the various steps of the iron-sulfur clusters biogenesis is yet unidentified. To better understand how BolA proteins and glutaredoxins fulfill their biological function, we studied throughout this PhD work the ability of Arabidopsis thaliana proteins to form homodimers and heterodimers. To do this, X-ray crystallography, nuclear magnetic resonance and other spectroscopic methods were used to structurally characterize the different oligomeric states of these two proteins