Irradiation of a tryptamine linked through its side-chain nitrogen to an alkylidene malonate residue results in an intramolecular [2 + 2] cycloaddition to the indole 2,3-double bond. The resultant cyclobutane undergoes spontaneous retro-Mannich fission to produce a spiro[indoline-3,3-pyrrolenine] with relative configuration defined by the orientation of substituents in the transient cyclobutane. The novel tandem intramolecular photocycloaddition- retro-Mannich (TIPCARM) sequence leads to a spiropyrrolidine which is poised to undergo a second retro-Mannich fragmentation [TIPCA(RM)₂] that expels the malonate unit present in the photo substrate and generates transiently an indolenine. The indolenine undergoes rearrangement to a β-carboline which can undergo further rearrangement under oxidizing conditions to an oxindole. Three oxindole natural products, coerulescine, horsfiline and elacomine, were synthesized using this strategy. The TIPCARM strategy was extended to an approach that would encompass the Vinca alkaloids vindorosine and minovine. In this case, the TIPCARM sequence was followed by an intramolecular cyclization that provided tetracyclic ketone 5.86 containing rings A, B, C and D of vindorosine. A tetracyclic intermediate was synthesized which could also provided access to the Vinca alkaloid minovine. / Graduation date: 2012

L'objectif de la thèse est d'identifier les effets de l'acidité de catalyseurs sulfures supportés en hydrodésazotation (HDN) afin d'améliorer les performances catalytiques.Un modèle cinétique de Langmuir-Hinshelwood y compris le transfert de masse liquide-vapeur a été utilisé pour analyser les données cinétiques obtenues à partir de l'HDN de la quinoléine et de l'indole sur NiMo(P)/Al2O3 et NiMo(P)/ASA. Les résultats de la modélisation cinétique a montré que le NiMo(P)/ASA a favorisé l'hydrogénation du 1,2,3,4-tétrahydroquinoléine en decahydroquinoléine, qui est l'étape limitant de vitesse de l'HDN de la quinoléine. Cependant, l'effet de promotion du NiMo(P)/ASA pour les étapes d'hydrogénation de l'HDN de l'indole n'a pas été mis en évidence. En plus, le NiMo(P)/ASA a favorisé fortement les réactions d'élimination de l'atome d'azote. Les composés azotés adsorbent plus fortement sur NiMo (P)/ASA. La caractérisation par spectroscopie infrarouge de CO a suggéré que ces résultats pourraient être liés à la modification des propriétés électroniques de la phase NiMoS due à l'acidité plus élevée de l'ASA.La quinoléine est un fort inhibiteur pour l'HDN de l'indole alors que l'effet inhibiteur de l'indole sur l'HDN de la quinoléine était négligeable sur NiMo(P)/Al2O3 et plus important sur NiMo(P)/ASA. L'HDN d'un mélange de Straight Run et Coker Gazole a permis d'évaluer le mécanisme réactionnel et de comparer la réactivité vers HDN de différents composés. L'HDN des composés neutres a été inhibée par une adsorption forte des composés basiques. Les composés de type carbazole et quinoléine étaient réfractaires. Le NiMo(P)/ASA a probablement favorisé plus les craquages et montré une désactivation plus rapide que le NiMo(P)/Al2O3 / The thesis objective is to identify the support acidity effects of sulfide catalysts in hydrodenitrogenation (HDN) reactions in order to improve the HDN catalysts.Kinetic data obtained from quinoline and indole HDN, over NiMo(P)/Al2O3 and NiMo(P)/ASA catalysts were analyzed by a Langmuir-Hinshelwood kinetic model, including liquid-vapor mass transfer, in order to estimate kinetic and adsorption parameters. Kinetic modeling results indicated that the NiMo(P)/ASA catalyst favored the hydrogenation of 1,2,3,4-tetrahydroquinoline into decahydroquinoline, which is the rate limiting step of quinoline HDN. However, the promoting effect of the NiMo(P)/ASA in hydrogenation steps of indole HDN was not evidenced. In quinoline and indole HDN, the NiMo(P)/ASA showed a strong promoting effect in N-removal reactions. Nitrogen compounds adsorb more strongly over NiMo(P)/ASA. Characterization by Infra-Red spectroscopy of CO suggested that these results might be related to the modification of the electronic properties of promoted NiMoS phase due to higher acidity of ASA.The HDN of quinoline-indole mixture showed a strong inhibiting effect of quinoline on indole HDN whereas the inhibiting effect of indole on quinoline HDN was negligible over NiMo(P)/Al2O3 and more important over NiMo(P)/ASA. The HDN of a mixture of Straight Run and Coker Gas Oil allowed an access to the HDN mechanism and comparison of reactivity towards HDN of different compounds. The HDN of neutral compounds was inhibited by the stronger adsorption of basic compounds. Carbazole-type and quinoline-type compounds were refractory. The NiMo(P)/ASA likely favored more cracking reactions and as well showed a faster deactivation rate than the Al2O3 counter catalyst

Les trachycladindoles sont des composés naturels extraits de l’éponge marine Trachycladus laevispirulifer, récoltée au large de la grande baie sur de l’Australie.Cette famille composée de 7 membres, du trachycladindole A au trachycladindole G, présente des activités cytotoxiques intéressantes contre diverses souches de cellules cancéreuses comme le colon, le sein ou les poumons. C’est le trachycladindole E qui présentes les activités les plus intéressantes et donc sur lequel nous nous concentrerons.D’un point de vue chimique, tous les membres de cette famille présentent un squelette indolique substitué en position C2 par une fonction acide carboxylique et en position C3 par une guanidine cycle à 5 chaînons. La position C5 peut présenter un atome de brome alors que la position C6 peut porter un hydroxyle. Une méthode récemment développée au laboratoire permet l’introduction d’un groupemenet alkoxy et d’un atome d’azote sur un motif de type énamide. Cette méthode a été appliquée à la formation de la guanidine portée par la position C3.La synthèse d’un modèle simplifié des trachycladindoles, assurant la faisabilité de la formation de la guanidine au moyen de l’alkoxyamination, est décrite tout comme les efforts pour son application à la synthèse totale du trachycladindole E. Alors que nous essayions d’obtenir le motif énamide nécessaire à l’application de l’alkixyamination, nous avons observé un résultat surprenant qui nous a donné l’opportunité de développer une nouvelle réaction entre les indoles et les ynamides.Les ynamides sont des outils synthétiques puissants connus pour présenter à la fois un centre nucléophile et un centre électrophile. En effet, grâce à la délocalisation du doublet non liant de l’azote, la position α est électrophile alors que la position β est nucléophile.Nous avons observé que le traitement d’un indole par une base en présence d’un N-sulfonylynamide menait à une réactivité inhabituelle, formant exclusivement un Z-indoloéthènamide N-substitué. Etonnemment, la formation de ce composé serait le fruit d’une addition de l’atome d’azote de l’indole sur la position β, ce qui constitue formellement une réaction entre deux centres nucléophiles.Cette réactivité peut être inversée en modifiant les substituants sur l’atome d’azote de l’ynamide d’un sulfonamide pour un carbamate ou un acétamide. Dans ces cas, la réaction a lieu sur la position α de l’ynamide, accompagnée par la perde du groupement électro-attracteur, aboutissant à l’amidine correspondante. La post-fonctionnalisation des composés issus de ces transformations a été effectuée, permettant l’accès à des squelettes macrocycliques inédits. / The trachycladindoles are natural compounds extracted from the marine sponge Trachycladus laevispirulifer, harvested in the great south bay of Australia. This family presents 7 members, from trachycladindole A to trachycladindole G, which show interesting cytotoxic activities against diverse cancer cells e. g. colon, breast or lung. It is trachycladindole E which presents the most interesting activity and on which we will focus.From a chemical point of view, all the members of this family present an indolic scaffold substituted in C2 position by a carboxylic acid function and in C3 position by a five membered cyclic guanidine moiety. The C5 position may present a bromine atom while the C6 position may bear a hydroxyl.A method recently developed in our laboratory allows the introduction of an alkoxy and an amine moiety on an enamide scaffold. This method was applied to the formation of the guanidine borne by the C3 position. The synthesis of a simplified model of trachycladindole, insuring the formation of the guanidine using alkoxyamination, is described as well as the efforts toward its application to the natural product trachycladindole E.While trying to obtain the enamide moiety necessary for the application of the alkoxyamination, we observed a surprising result which gave us the opportunity to develop a new reaction between indoles and ynamides.Ynamides are powerful synthetic tools known to present both an electrophilic and a nucleophilic center. Thus, due to the delocalization of the nitrogen atom lone-pair, the α-position is electrophilic while the β-position is nucleophilic.We observed that the treatment of an indole by a base in presence of an N-sulfonyl-ynamide led to an unusual reactivity, giving birth exclusively to an N-substituted Z-indoloethenamide. Quite surprisingly, the formation of this compound arises from the addition of the indole nitrogen on the ynamide β-position, which formally constitutes a reaction between two nucleophilic centers. This reactivity can be reversed by varying the substituent on the ynamide nitrogen from sulfonamide to carbamate or acetamide. In these cases, the reaction takes place at the α-position of the ynamide, along with the loss of the EWG, leading to the corresponding amidine. The post-functionalization of the compounds arising from these transformations has been performed, allowing the access to unprecedented macrocyclic scaffolds.Mechanistic investigations using DFT calculations were carried out to understand how the reaction proceeds.

L’élaboration de synthèses rapides et efficaces de molécules complexes à partir de substrats de départ simples en utilisant un minimum d’étapes constitue un véritable enjeu de la chimie organique contemporaine. Dans ce contexte, les réactions multicomposant, grâce à leur capacité à créer plusieurs liaisons en une étape, offrent une grande efficacité pour synthétiser des structures d’une grande complexité moléculaire. Par ailleurs, la catalyse organométallique s’est considérablement développée ces dernières années, pour devenir un outil de choix pour la formation de liaisons carbone-carbone. La réaction de Tsuji-Trost est notamment un des plus connues dans ce domaineDans le cadre de cette thèse, la découverte de post-condensations originales à partir d’adduits obtenus par les réactions multicomposant impliquant un isonitrile est l’axe majeur de nos recherches. Ces réactions permettent un accès efficace à un large éventail de composés hétérocycliques.Tout d’abord, nous avons développé une nouvelle voie efficace de synthèse des indolylacétamides via une cascade Passerini/Friedel-Crafts à partir d’adduits de Passerini et d’indoles en présence d’un acide de Lewis. Une version monotope de cette cascade a été ainsi développée.Par ailleurs, nous avons exploité la réactivité des hydrazones N-monosubstitués en tant que bis-nucléophile 1,3 en vue de préparer divers dérivés de 2-pyrazolines via une cascade Tsuji-Trost/Cyclisation pallado-catalysée à partir des adduits de Passerini ou de phosphonates. Dans le but de préparer des 2-pyrazolines énantiosélectivement enrichis, une version énantiosélective de cette cascade a été également réalisée à partir d’adduits de Passerini.Enfin, la mise au point d’une nouvelle cascade Tsuji-Trost/Cyclisation exploitant l’allyle méthyle carbonate a permis l’accès rapide à des motifs hétérocycliques de type oxazolidine-2,4-diones en exploitant le dioxyde de carbone généré in situ. / The development of rapid and efficient syntheses of complex molecules from simple starting substrates using a minimum of steps is a real challenge of contemporary organic chemistry. In this context, multicomponent reactions, thanks to their ability to create several one-step bonds, offer a high efficiency in synthesizing structures of great molecular complexity. Moreover, organometallic catalysis has developed considerably in recent years, becoming a tool of choice for the formation of carbon-carbon bonds. The Tsuji-Trost reaction is specially well known in this field.In this thesis, the discovery of the original post-condensations from the adducts obtained by multicomponent reactions involving isonitrile is the major axis of our research. These reactions allow efficient access to a wide range of heterocyclic compounds.First, we have developed a new efficient pathway for the synthesis of indolylacetamides via the Passerini/Friedel-Crafts cascade from the Passerini adducts and indole in the presence of a Lewis acid. A one-pot version of this cascade has been also developed.Furthermore, we have exploited the reactivity of N-monosubstituted hydrazones as 1,3-bis-nucleophile in order to prepare various 2-pyrazoline derivatives via a pallado-catalyzed Tsuji-Trost/Cyclisation cascade from the Passerini adducts or Phosphonates. In order to prepare enantioselectively enriched 2-pyrazolines, the enantioselective version of this cascade was also realized from the Passerini adduct.Finally, the development of a new Tsuji-Trost/Cyclization cascade from the Passerini adducts and the allyl methyl carbonate provide straight fast and efficient access to oxazolidine-2,4-diones heterocyclic units by exploiting the carbon dioxide generated in situ.

La dépression représente l’affection neuropsychiatrique la plus répandue dans le monde. Son impact socio-économique est important et la prise en charge des patients est souvent confrontée aux limites d’efficacité des traitements actuels. Les mécanismes sous-jacents responsables de cette affection sont en partie inconnus. Néanmoins, un nombre grandissant de données désignent aujourd’hui le microbiote intestinal comme un acteur potentiel de la physiopathologie de la dépression. En particulier, des déséquilibres dans la nature et la quantité des métabolites bactériens qu’il produit pourraient être impliqués. L’indole est un métabolite du tryptophane produit par le microbiote intestinal. Il joue un rôle (i) dans la physiologie bactérienne et les relations bactérie-bactérie au sein du microbiote, (ii) dans le fonctionnement des cellules intestinales, et (iii) certains de ses dérivés sont connus pour être neuro-actifs. L’objectif de la thèse est de mieux comprendre comment un excès de production de ce métabolite bactérien peut influencer le cerveau et le comportement dans le contexte de la dépression et de troubles mentaux qui lui sont souvent associés, les troubles anxieux. Mon travail de thèse comporte 3 parties.La première a pour but de tester si une dysbiose du microbiote intestinal induisant une surproduction d’indole est un facteur de vulnérabilité aux troubles anxieux et dépressifs, et d’étudier les modifications biochimiques et moléculaires associées. Une étude comportementale chez des souris gnotoxéniques produisant de l’indole en excès ou n’en produisant pas montre qu’une surproduction intestinale d’indole exacerbe les comportements de type anxieux et dépressif induits par l’exposition à un stress chronique modéré. L’étude de l’expression de gènes des glandes surrénales impliqués dans la synthèse de la corticostérone et de l’adrénaline montre que les souris surproductrices d’indole et soumises au stress chronique surexpriment un gène impliqué dans la synthèse de l’adrénaline. Des dosages de neurotransmetteurs cérébraux et des analyses d’expression de gènes dans le cerveau et la muqueuse intestinale ont aussi été conduits. La seconde partie de la thèse porte sur l’identification des circuits neuronaux cérébraux activés par l’indole. Pour ce faire, des souris conventionelles ont été gavées avec de l’indole et la protéine c-Fos marquée par immunohistochimie dans toutes les régions du cerveau, du tronc cérébral au cortex préfrontal. La troisième partie de la thèse consiste à moduler la disponibilité du tryptophane alimentaire dans le tube digestif de souris conventionnelles, et à en étudier l’impact sur la composition bactérienne du microbiote intestinal et sa capacité à produire de l’indole. La composition du microbiote fécal des souris a été déterminée par séquençage de l’ADN codant l’ARNr 16S et les concentrations fécales de tryptophane et d’indole ont été déterminées par analyse HPLC.En conclusion, ce projet de thèse aura contribué à une meilleure compréhension du rôle de l’indole dans les réponses comportementales et neuro-endocrines au stress. Il aura également permis d’initier l’étude des circuits neuronaux activés par l’indole, et de tester comment la modulation de la digestibilité de protéines riches en tryptophane peut influencer l’équilibre du microbiote intestinal et ses capacités à produire de l’indole. / Depression is the most spread neuropsychiatric disorder worldwide. It is a socio-economical burden and efficacy of the treatments is very limited. Mechanisms underlying this disorder are mainly unknown. However, a growing number of data has highlighted the potential role of gut microbiota dysbioses in the pathophysiology of depression. Particularly, an unbalance in the diversity and abundance of metabolites produced by the gut microbiota might be implicated. Indole is a tryptophan derivative produced by the gut microbiota. It is known to influence (i) the bacterial physiology and quorum sensing within the gut microbial ecosystem, (ii) the intestinal cells functioning, and (iii) some of its derivatives are known to affect the brain. The aim of this work is to investigate how an overproduction of indole by the gut microbiota can modulate the brain and behaviour in the context of depression and its main co-morbidity, anxiety. This thesis work contains 3 sections.In the first one, we investigated whether an intestinal microbiota dysbiosis leading to an overproduction of indole could confer vulnerability toward anxiety and depression. We also looked for potentially associated biochemical and molecular changes. A behavioural study in gnotobiotic mice overproducing or non producing indole showed the overproduction of indole exacerbated the anxiety-like and depressive-like behaviours induced by a chronic mild stress. Gene expression analysis in the adrenal glands showed chronically stressed mice overproducing indole up-regulated the expression of one gene implicated in adrenaline synthesis. Brain neurotransmitters quantification and gene expression in the brain and intestinal mucosa were also carried out. The second part of the thesis work focused on the brain neurocircuitry of indole. Conventional mice were force-fed with indole and the c-Fos protein was labelled by immunohistochemistry in all brain areas from brainstem to prefrontal cortex. In the third and last part, we modulated dietary tryptophan availability in the gastro-intestinal tract of mice, to study how this modulation could affect the composition and the indole production ability of the gut microbiota. The mice fecal microbiota composition was determined by 16S rRNA sequencing, and fecal tryptophan and indole concentrations were measured by HPLC.In summary, this work improves the understanding of the role of indole in the behavioural and neuro-endocrine responses to stress. This study also initiated the deciphering of brain circuits activated by indole. Finally, it brings some evidence about how modulating food digestibility can impact the gut microbiota composition and its indole production capacity.

Les hydrazines sont des molécules très importantes en chimie organique, ainsi qu’en industrie pharmaceutique, celles-ci pouvant être utilisées pour la synthèse d’une multitude d’hétérocycles. Il existe de nombreuses stratégies de synthèse de ces composés. Cependant, ces méthodes peuvent être limitées par certains problèmes, tels que la présence de groupements protecteurs non recyclables ou encore la faible diversité des produits obtenus. Les diazirines présentent un fort potentiel pour être utilisées comme alternative à ces préparations, puisque ces molécules peuvent réagir avec des nucléophiles pour donner les diaziridines substituées correspondantes, puis être hydrolysées pour permettre la formation d’hydrazines monosubstituées, ainsi que de cétones, pouvant être réutilisées pour la synthèse de la diazirine de départ. Les additions nucléophiles sur les diazirines ont déjà été étudiées, mais des problèmes d’isolation de produit, de reproductibilité et d’hydrolyse des composés ont limité leurs utilisations. Afin de pallier aux difficultés rencontrées, l’utilisation d’une diazirine dérivée d’une cétone non-énolisable semble prometteuse. Ainsi, la diazirine choisie pour effectuer la méthodologie est celle dérivée de l’adamantanone. Le premier chapitre de cette thèse étudie le potentiel électrophile de la diazirine adamantane par des réactions d’addition nucléophile. Dépendamment du composé additionné, les produits obtenus sont les diaziridines ou les hydrazones monosubstituées. L’hydrolyse de ces dernières molécules étant difficiles, l’obtention directe des hydrazines n’est pas possible. Cependant, l’utilisation des composés d’addition afin effectuer un transfert direct d’hydrazines sur un autre composé pour l’obtention d’hétérocycles est une alternative intéressante. Ainsi, les réactions d’addition nucléophile sont utilisées en tandem avec des réactions de transfert d’hydrazines pour permettre la synthèse de pyrazoles et d’indoles. Aussi, l’utilisation de l’adamantanone comme support de diazirine permet le recyclage de cette molécule, pouvant être réutilisée pour la synthèse de la diazirine de départ. Le deuxième chapitre traite de la synthèse d’hydrazines N,N-disubstituées par l’utilisation d’un réarrangement observé lors des additions d’un nucléophile puis d’un électrophile, suivies d’une hydrolyse directe de l’hydrazone obtenue. La synthèse des hydrazines N,N’-disubstituées n’étant pas possible avec la méthodologie développée, une méthode dérivée est mise en place pour permettre leur obtention. Enfin, le dernier chapitre porte sur l’utilisation des hydrazines disubstituées obtenues précedemment pour la synthèse d’hétérocycles. Ainsi, les hydrazines N,N-disubstituées sont utilisées pour la synthèse de N- aminopyrroles et d’indoles N-protégés et les hydrazines N,N’-disubstituées participent à des réactions de formation de pyrazolidines.

Dans ce mémoire, deux projets de recherche bien distincts seront présentés. La première moitié du document sera consacrée à l’étude de la formation d’indoles via un intermédiaire diaziridine alors que la deuxième moitié portera sur la synthèse de ligands carbène N-hétérocycliques anioniques obtenus à partir d’ylures de N-sulfonyliminoimidazolium. Le premier chapitre portera sur la synthèse d’indoles et sera divisé en quatre sections : l’introduction, les précédents effectués au laboratoire, le développement de la méthodologie et la conclusion. L’introduction présentera les différents concepts théoriques et précédents de la littérature permettant de comprendre l’origine et l’intérêt du projet. La deuxième section, quant à elle, exposera les premiers résultats obtenus au laboratoire par Julie Prévost, alors que la troisième section présentera les différentes approches employées au courant de ma maitrise. Finalement, ce chapitre se terminera par une conclusion résumant le projet et expliquant l’abandon de celui-ci. Le second chapitre portera sur la synthèse d’une nouvelle famille de ligands N-hétérocycliques anioniques et sera divisé en cinq sections : l’introduction, les précédents reliés au projet, la synthèse des ylures, la synthèse des complexes d’argent et les projets futurs. Encore une fois, l’introduction présentera les différents concepts théoriques et précédents de la littérature permettant de comprendre l’origine et l’intérêt du projet. La seconde section portera sur les premiers travaux effectués par Claude Legault et Hannah Guernon durant sa maitrise. La troisième section présentera la synthèse en trois étapes des différentes familles d’ylures développées, alors que la quatrième section présentera la formation des différents complexes d’argent ainsi que leurs propriétés. Ce chapitre se terminera avec la présentation des différentes applications possibles de ces nouveaux complexes d’argent et présentera les travaux futurs restants à faire.

Indole-3-carbinol (I3C) inhibits chemically induced tumor formation in rodents and rainbow trout. This study examines the effect of I3C and its analog, indole-3-acetonitrile (I3N) on xenobiotic-metabolizing enzyme systems. The modulation of these enzyme systems have been shown to have significant effects on the interaction of chemical carcinogens and cellular constituents. Rainbow trout were fed 500, 1000 and 2000 ppm dietary levels of I3C and 50, 500 and 1000 ppm dietary levels of I3N for 8 days. β-napthoflavone (BNF), which is also an effective anticarcinogen in the trout, was fed at a 500 ppm dietary level and was used as a positive LM4b (a cytochrome P-450 isozyme) inducing control. Enzyme activities assayed were: ethoxyresorufin-O-deethylase (EROD), ethoxycoumarin-O-deethylase (ECOD), glutathione S-transferase (GST), and uridine diphosphoglucuronosyl transferase (UDPGT). Total cytochrome P-450 content was determined spectrophotometrically by the CO reduced method. The specific P-450 isozymes, LM2 and LM4b, were detected quantitatively using the western blot method. The BNF diet induced EROD and ECOD activities by an average of 17 fold and 5.5 fold, respectively. Total P-450 content was increased 2-fold; the P-450 isozyme LM4b was induced more than 5-fold, but LM2 content remained unchanged. This diet increased UDPGT activity 1.5-2-fold, but GST activity was not induced by dietary BNF. Neither I3C nor I3N induced the activity levels of the enzymes assayed at any administered dietary levels, which have previously shown to inhibit tumor formation and reduce formation of carcinogen-DNA adducts. Thus, the anticarcinogenic mechanism of I3C may proceed in trout by mechanisms other than enzyme induction. Further experiments on the effect of I3C and I3C acid condensation products (RXN) on in vitro AFB1-DNA binding resulted in a 40% and 48% inhibition of AFB1-DNA binding by I3C and RXN, respectively. Additions of RXN at levels much lower than those estimated to exist in vivo in hepatic tissue resulted in a significant reduction in AFB1-DNA formation suggesting that even small levels of RXN offers protection against the genotoxic effect of AFB1. However, in vitro additions of neither I3C nor RXN had an effect on DNA binding using AFBI-CI₂, an aflatoxin analog that does not require enzymatic activation. These results suggest that the primary mechanism for I3C inhibition of AFB1 induced carcinogenesis may proceed by inhibiton of formation of the ultimate electrophile, i.e. by reversible inhibition of cytochrome P-450. / Graduation date: 1989

Trichoderma species are soil-borne filamentous fungi widely utilized for their many plant health benefits, such as conferring improved growth, disease resistance and abiotic stress tolerance to their hosts. Many Trichoderma species are able to produce the auxin phytohormone indole-3-acetic acid (IAA), and its production has been suggested to promote root growth. Here we show that the production of IAA is strain dependent and diverse external stimuli are associated with its production. In in vitro assays, Arabidopsis primary root length was negatively affected by the interaction with some Trichoderma strains. In soil experiments, a continuum effect on plant growth was shown and this was also strain dependent. In plate assays, some strains of Trichoderma spp. inhibited the expression of the auxin reporter gene DR5 in Arabidopsis primary roots but not secondary roots. When Trichoderma spp. and A. thaliana were physically separated, enhancement of both shoot and root biomass, increased root production and chlorophyll content were observed, which strongly suggested that volatile production by the fungus influenced the parameters analyzed. Trichoderma strains T. virens Gv29.8, T. atroviride IMI206040, T. sp. "atroviride B" LU132, and T. asperellum LU1370 were demonstrated to promote plant growth through volatile production. However, contrasting differences were observed with LU1370 which had a negative effect on plant growth in soil but a positive effect in plate assays. Altogether our results suggest that the mechanisms and molecules involved in plant growth promotion by Trichoderma spp. are multivariable and are affected by the environmental conditions.

Master of Science / Department of Horticulture, Forestry, and Recreation Resources / Jason J. Griffin / Heat and drought tolerance make shantung maple (Acer truncatum) and caddo sugar maple (A. saccharum) good candidates for midwestern landscapes. Improving cutting propagation or mound layering techniques could increase the availability of these species. The influence of time of year, cutting position, and auxin concentration, formulation, and solvent on rooting of stem cuttings of shantung maple was investigated. Semi-hardwood cuttings rooted best (55%). Generally, rooting percentage decreased as indole-3-butyric acid (IBA) concentration increased. Cutting position, auxin formulation, and solvent did not affect rooting. Mean root number and mean root length were unaffected by treatments. Results suggest semi-hardwood cuttings and low IBA concentrations [< 2500 ppm (0.25%)] promote rooting. Auxin concentration influenced rooting of caddo and shantung maple mound layered shoots. Rooting peaked at 15,000 ppm (1.5%) IBA for both caddo (71%) and shantung maples (34%). Mean root number for caddo, but not shantung, increased as IBA concentration increased. Differences in mean root length were not significant. Growers may now propagate caddo maple by mound layering. For shantung maple propagation, stem cuttings are recommended. Propagation substrates can strongly influence rooting success of stem cuttings. Eastern redcedar (Juniperus virginiana) chips (ERC) have been suggested as a propagation substrate component. This report investigated ERC as a perlite substitute in a 3 perlite: 1 sphagnum peat moss (v/v) rooting substrate. Stem cuttings of spreading euonymus (Euonymus kiautschovicus), forsythia (Forsythia x intermedia), English ivy (Hedera helix), lantana (Lantana camara), and coleus (Solenostemon scutellarioides) were rooted in substrates containing increasing concentrations of ERC hammer milled to pass a 4.8 mm (0.19 in) screen. All species rooted well (≥95%) in all substrates except forsythia which rooted poorly in all substrates (8% to 36%). ERC did not affect mean root number or mean root length in any species except spreading euonymus where mean root number peaked at 0% and 100% ERC content and mean root length decreased with increasing ERC content. Bulk density, container capacity, and total porosity increased as ERC replaced perlite. Physical properties of all substrates were suitable for cutting propagation. ERC can effectively replace perlite in rooting substrates for many ornamental species.