La graine est une structure de dissémination et de résistance jouant un rôle clé dans la vie de laplante. L’arabette des dames (Arabidopsis thaliana) et le maïs (Zea Mays) sont deux espècesmodèles étudiées pour le développement de la graine. Leurs graines possèdent deuxcompartiments filiaux : l’embryon (la future plante) et l’albumen (un compartiment deréserves). Le développement normal de la graine passe par une coordination entre ces deuxcompartiments qui implique des communications étroites (nutritionnelles, signalisations) à leurinterface. L’interface embryon/albumen est constituée des couches cellulaires externes del’embryon et de l’albumen ainsi que de structures apoplastiques les séparant telles que lacuticule et la gaine embryonnaire chez l’arabette. Dans une première partie, une analysetranscriptomique des tissus à l’interface embryon/albumen chez le maïs a permis d’identifierune nouvelle région se composant des couches d’albumen amylacé au contact de l’embryon.En parallèle, nous avons utilisé la technologie CRISPR/Cas9 pour cibler des gènes candidatspotentiellement impliqués dans la communication albumen/embryon. Dans une seconde partie,la fonction et les caractéristiques de la gaine embryonnaire, produite par l’albumen et déposéeà la surface de l’embryon ont été étudiées chez l’arabette. Nous avons montré que cette structurese maintient sur la plantule après germination ce qui va à l’encontre de la vision classiqueconsidérant la cuticule comme la couche la plus externe de la jeune plantule. Une approche demicroscopie à force atomique couplée à des caractérisations de mutants, a permis de montrerque cette gaine a de fortes propriétés antiadhésives aidant à la germination. Dans une dernièrepartie, la voie de signalisation permettant le contrôle de l’intégrité de la cuticule chez l’arabettea été complétée par la découverte d’un peptide, produit par l’embryon, clivé dans l’albumen etliant des récepteurs dans l’embryon déclenchant la fermeture des trous de la cuticule et laformation d’une structure continue et fonctionnelle. / Angiosperm seeds comprise two zygotic compartments generated by double fertilization: theembryo, which will give the future plant, and the endosperm which surrounds and nourishesthe embryo. Harmonious seed development requires the coordination and cooperation of thesetwo compartments, implicating an intricate and sustained communication at their interface. Theaim of this thesis was to characterize some of the important characteristics of this interface inthe two model species Arabidopsis thaliana and maize (Zea Mays). The embryo/endosperminterface is formed by the external cell layers of the embryo and by the endosperm cellsimmediately adjacent to the embryo. These cell populations contribute to specific apoplasticstructures such as the embryonic cuticle and the embryo sheath in Arabidopsis. However, littleis known about this interface in maize. In a first part of this thesis, transcriptomic analysis ofembryo/endosperm interface in maize coupled with in situ hybridization has led to theidentification of a new endosperm domain composed of endosperm cell layers in immediatecontact with the expanding embryo, and potentially involved in nutrient movement between thetwo tissues. A reverse genetics approach has been developed based on CRISPR/Cas9technology to target candidate genes potentially involved in embryo/endospermcommunication. In the second part of the thesis, the function and characteristics of the embryosheath, produced by the endosperm and deposited on embryo surface, have been investigatedin Arabidopsis. The maintenance of the sheath on seedlings post germination has beendemonstrated, contradicting the classical view that the cuticle forms the most external structureon the seedling at germination. Atomic force microscopy and phenotypic characterization ofmutants demonstrate the strong anti-adhesive properties of the sheath, which facilitatecotyledon escape during germination. In a last part of the thesis, the apoplastic signallingpathway controlling cuticle integrity in Arabidopsis has been completed by the identificationof a peptide, produced by the embryo, and cleaved by an endosperm-specific protease, whichbinds to receptors at the embryo surface, leading to the closure of gaps in the cuticle and thegeneration of a continuous and functional structure.

Dans un contexte général de valorisation alimentaire et non alimentaire du figuier de barbarie, nous nous sommes intéressés lors de cette étude à l'analyse morphologique de la pelure et des graines du fruit. Les polysaccharides pariétaux des différentes parois ont été isolés, purifiés, et leurs caractérisations ont été réalisées grâce aux méthodes chimiques ainsi qu'à la RMN haute résolution (1H et 13C) et en phase solide (CP/MAS). L'autre aspect du travail décrit la modification chimique des microfibrilles de cellulose. Il traite, dans un premier temps, de l'oxydation de la cellulose par le système TEMPO-NaOCl-NaBr et les conditions opératoires ont été optimisées dans le but de préparer des échantillons d'acide polyglucuroniques. La seconde étape met l'accent sur le greffage, via un couplage peptidique, du poly-N-isopropylacrylamide en vue d'élaborer des biopolymères thermostimulables à partir de la cellulose oxydée.

Le grain de maïs est composé de 3 compartiments : l’embryon et l’albumen issus de la double fécondation et l’enveloppe d’origine maternelle. Le développement du grain et l’accumulation de réserves demande l’établissement d’une communication étroite entre l’embryon et l’albumen pour coordonner leur développement respectif. Si, des régulateurs majeurs impliqués dans le développement de la graine d’Arabidopsis ont été décrits, ces connaissances restent parcellaires chez les céréales. Les objectifs de ma thèse consistaient d’une part à étudier le contrôle de la communication entre l’embryon et l’albumen et d’autre part la régulation du remplissage du grain de maïs. Par l’analyse de lignées transgéniques sous exprimant ZmZHOUPI (ZmZOU-RNAi), nous avons établi que ce facteur de transcription à domaine bHLH, bien que s’exprimant exclusivement dans l’albumen, affecte significativement le développement de l’embryon (taille de l’embryon, persistance du suspenseur). L’analyse de données RNAseq (grains sauvages versus grains ZmZOU-RNAi) a permis d’identifier des gènes cibles potentiels de ZmZOU. De plus, nous avons montré que 3 facteurs de transcription de type bHLH homologues d’INDUCER OF CBP EXPRESSION (ICE) forment un partenariat avec ZmZOU.D’autre part, nous avons étudié les homologues d'ABA INSENSITIVE3, FUSCA3 et LEAFY COTYLEDON2 (AFL) qui forment un réseau de facteurs de transcription, à domaine B3, régulant l’accumulation d’huile et de protéines de réserves dans l’embryon d’Arabidopsis. Grâce à des analyses phylogénétiques et d’expression, nous avons établi que chez le maïs le réseau AFL, constitué de 5 membres (ZmAFLs), est partiellement conservé. Par dosages et analyse d’expression, nous avons montré que ZmAFL4, en particulier, est impliqué dans le contrôle de la biosynthèse de l’amidon dans l’albumen. / Maize kernel is composed of three major compartments: an embryo and an endosperm both produced by double fertilization and the maternally derived seed coat. Seed development and reserves accumulation demands coordination and thus communication between embryo and endosperm allowing specific growth of each compartment. While major regulators involved in seed development have been already described in Arabidopsis, knowledge in cereals remains limited. My thesis purposes were to study on one hand the control of communication between embryo and endosperm and on the other hand regulation of maize kernel filling.By analysis of transgenic lines knock down ZmZHOUPI (ZmZou-RNAi), we showed that this bHLH domain transcription factor, exclusively expressed in endosperm, affect significantly embryo development, size of embryo proper and suspensor persistence. RNAseq data analyses let find putative direct targets of ZmZOU. Additionally, we identified ZmZOU partners, 3 bHLH domain transcription factor homologs of INDUCER OF CBP EXPRESSION (ICE).Furthermore, we studied homologs of three B3 domain transcription factors named ABA INSENSITIVE3, FUSCA3 et LEAFY COTYLEDON2 (AFL) which form a regulatory network governing oil and seed storage proteins accumulation in Arabidopsis embryo. By phylogenetic and expression analysis, we established that 5 genes (ZmAFLs) constitute in maize a partially conserved AFL network. Through dosage and expression analysis, we established that particularly ZmAFL4 is involved in starch biosynthesis regulation.

Chez les eucaryotes, le rétromère est un complexe protéique composé d’un sous complexe SNX (Sorting Nexin) et d’une sous unité VPS (Vacuolar Protein Sorting) également appelé « core » rétromère. Le rétromère a été décrit comme un complexe régulant le transport des protéines membranaires au niveau de l’endosome. Chez Arabidopsis thaliana, les travaux de notre équipe ont démontré que ce complexe est impliqué dans différents processus développementaux tels que le développement de l’embryon, la maturation des protéines de réserves de la graine et l’initiation des racines secondaires. Dans ce travail, nous avons caractérisé la fonction du rétromère dans le développement des graines et des jeunes plantules d’Arabidopsis thaliana. D’une part, nous avons montré que VPS29 est nécessaire à la mise en place des réserves lipidiques de la graine. Nous avons identifié un nouveau « cargo » du complexe rétromère ; LTP6 (Lipid Transfer Protein 6) dont la perte de fonction engendre des phénotypes liés au métabolisme lipidique similaires à ceux du mutant vps29. Compte tenu de la localisation de LTP6 au niveau d’une structure intracellulaire spongieuse caractéristique du réticulum endoplasmique, le site de synthèse des corps lipidiques, nous supposons que le rétromère participe à la biogenèse des réserves lipidiques via sa fonction dans le trafic de ce nouveau « cargo ». D’autre part, nous avons mis en évidence que le « core » rétromère indépendamment de la sous-unité SNX est impliqué dans la mobilisation des réserves lipidiques, une fonction indispensable pour le développement des jeunes plantules. Nous avons montré que VPS29 est nécessaire à la translocalisation de la triacylglycérol lipase SDP1 (Sugar-Dependent 1) du peroxysome aux corps lipidiques, le compartiment de stockage des réserves lipidiques. Ces résultats nous ont permis d’envisager que le « core » rétromère pourrait emprunter de nouvelles voies de trafics intracellulaires entre des compartiments autre que l’endosome. / In eukaryotes, the retromer is a complex composed of the SNX (Sorting Nexin) subcomplex and the VPS (Vacuolar Protein Sorting) subcomplex also called the core retromer. To date, the retromer is described as a key regulator of proteins trafficking around endosomal compartment. In Arabidopsis thaliana, our group has previously demonstrated that this complex is involved in several developmental pathways, as embryo development, seed storage protein maturation and lateral root emergence. In this work, we characterised the function of the retromer in seeds and seedling development in Arabidopsis thaliana. Firstly, we found that VPS29 is required for the formation of seeds storage lipid. We identified a new cargo of this complex; Lipid Transfer Protein 6 (LTP6). LTP6 lost of function induces similar phenotype than vps29 linked to lipid metabolism. Based on LTP6 localisation on an intracellular structure characteristic of endoplasmic reticulum, the site of OBs formation, we supposed that the retromer may act on oil bodies biogenesis by its function on LTP6 trafficking. Secondly, we demonstrated that the core retromer have a SNX-independent function in lipid reserves breakdown, which is essential for seedling establishment. We showed that VPS29 is required for translocation of the triacylglycerol lipase SDP1 (Sugar-Dependent-1) from the peroxisome to oil bodies, the lipid storage compartment. Altogether, these results allowed us to propose new intracellular route trafficking for VPS sub-complex between compartments other than the endosome.

Ce travail a pour objectif de tester des solutions viables et durables pour la phytoremédiation de sols contaminés en éléments traces. Il inclut à la fois des données sur l'évaluation initiale et résiduelle des risques (biomonitoring) et sur des solutions de phytomanagement à long terme utilisant des plantes et microorganismes associés, en particulier la phytoextraction aidée couplant l’épuisement du pool labile de contaminants du sol, la production de matière première végétale et la restauration de services écosystémiques. La phytotoxicité du Cu, le rôle améliorant des amendements organiques et minéraux et la tolérance des plantes ont été examinés utilisant des essais biologiques ainsi qu’une technique de dilution du sol. L'utilité d’une lignée de mutant de tournesol (Helianthus annuus) et d’une lignée parental de tabac (Nicotiana tabacum) pour le biomonitoring de sols contaminés en Cu a été investiguée. Les paramètres biochimiques qui sont en relation avec le statut antioxidant des plantes et leurs réponses moléculaires à l’excès de Cu ont en général montré une plus grande sensibilité que les traits morphologiques. Le tabac est plus tolérant au Cu que le tournesol. Des bactéries endophytes issues de différentes sources, notamment des graines d’une population métallicole d’une graminée (Agrostis capillaris) peuvent stimuler la croissance du tournesol et du tabac aux expositions en Cu modérément en excès. Pour ces plantes annuelles, accumulatrices secondaires du Cu et à phénotype d’exclusion, l'augmentation de la capacité de phytoextraction de Cu par les parties aériennes s’effectue principalement par l’accroissement de la biomasse aérienne, plutôt que par celui de sa concentration en Cu. Par conséquent, une attention a été prêtée aux pratiques agricoles dans les essais en parcelles sur site. Plusieurs options d’amélioration ont été examinées in situ: l'application d’amendements du sol, l'utilisation de lignées de mutants et de variants somaclonaux, la rotation de cultures et des cultivars, la bioaugmentation, la fertilisation, l’irrigation, etc. Deux lignées de mutants et des cultivars commerciaux de tournesol ainsi qu’une lignée parentale de tabac ont montré un fort potentiel pour la phytoextraction du Cu, accompagné d’une production significative de graines et/ou autre biomasse valorisable. Les solutions de restauration écologique basées sur la phytoextraction, utilisant des plantes annuelles accumulatrices secondaires de Cu permettraient (1) la décontamination progressive des sols contaminés en Cu au cours des rotations culturales, (2) un retour financier lié à la valorisation de la biomasse végétale, et (3) la restauration de services écosystémiques. / This work aimed at assessing sustainable phytoremediation options for trace element-contaminated soils. It includes both the assessment of initial and residual risks (biomonitoring) and long-term sustainable decontamination options using plants and associated microbes, especially aided phytoextraction with the secondary purposes of producing plant-based feedstock and restoring ecosystem services. Copper phytotoxicity, the improving role of soil conditioners, and plant tolerance were tested using a bioassay as well as a fading technique. The usefulness of a mutant line of sunflower (Helianthus annuus) and a motherline of tobacco (Nicotiana tabacum) for the biomonitoring of Cu-contaminated soils was investigated. Biochemical parameters in relation to antioxidant status of plants and molecular responses to Cu excess generally showed a greater sensitivity than morphologic ones. Tobacco has a higher Cu tolerance than sunflower. Endophytic bacteria from various sources, notably from the seeds of metallicolous populations of grasses (Agrostis capillaris) can promote the growth of sunflower and tobacco exposed to Cu excess. For annual Cu-secondary accumulator plants with an excluder phenotype, increase in shoot Cu removal occurred primarily through increase in shoot biomass, rather than in shoot Cu concentration. Therefore, attention in field trials was paid to agricultural practices. Various improving options were tested in situ: application of soil amendments, the use of mutant lines and somaclonal variation, cultivars and crop rotation, bioaugmentation, fertilization, irrigation, etc. Two mutant lines and some commercial cultivars of sunflower as well as the motherline of tobacco showed a high potential for Cu phytoextraction as well as for plant-based feedstock. Ecological restoration options for Cu-contaminated soils based on phytoextraction using annual Cu-secondary accumulator plants with a high shoot biomass would (1) result in the progressive decontamination of Cu-contaminated soils during crop rotations, (2) provide a financial return through biomass valorization, and (3) promote ecosystem services.

Le colza est une oléagineuse très exigeante en soufre (S). L'étude des impacts de limitations en S sur la physiologie du colza et sa qualité grainière revêt un intérêt majeur dans un contexte de baisse des dépôts atmosphériques entrainant un appauvrissement des sols en S. Les objectifs étaient donc d'étudier l'incidence d'une limitation en S sur la physiologie de jeunes feuilles, et sur la qualité, le métabolisme soufré et la vigueur germinative des graines. L'analyse physiologique (photosynthèse, flux de S par utilisation de traceur ³⁴S-sulfate), protéomique et biochimique (métabolites S, espèces réactives de l'O₂) a démontré qu'une limitation en S provoque des perturbations du métabolisme carboné et soufré de la feuille et de la graine, pouvant affecter la qualité grainière. Ainsi, une restriction en S au stade rosette se traduit par la chute de l'activité photosynthétique des jeunes feuilles et conduit à un stress oxydatif. Des restrictions en S à différents stades reproducteurs altèrent la qualité protéique et lipidique de la graine aboutissant à une accumulation amoindrie des acides oléique, linoléique, linolénique et des protéines de stockage (SSPs) riches en S. Une accumulation accrue de SSPs pauvres en S permet un maintien de la teneur en protéines de la graine en cas de restriction survenant en fin de cycle. L'accumulation de S dans les protéines de la graine apparaît principalement contrôlée par la synthèse protéique. La vigueur germinative des graines produites est réduite en cas de restriction précoce en S. Ces travaux ont également permis de démontrer que le péricarpe et la graine en développement sont capables d'assimiler le sulfate par la voie réductrice.