Oxylipine sind Signalmoleküle, welche durch die enzymatische oder nicht-enzymatische Oxidation von Fettsäuren gebildet werden. Eine bedeutende Gruppe von Oxylipinen in Pflanzen sind die Jasmonate. Dazu zählen Jasmonsäure (JA), deren Vorstufe 12-Oxophytodiensäure (OPDA) sowie deren Metabolite. Ein bedeutender Metabolit von JA ist das Aminosäure-Konjugat JA-Isoleucin (JA-Ile), welches hohe biologische Aktivität besitzt. Besonders für die oberirdischen Organe von Pflanzen wurden bisher vielfältige Funktionen von Jasmonaten beschrieben. Sie sind beteiligt an verschiedenen Entwicklungsprozessen wie der Fertilität von Blüten, aber auch an der Abwehr von Pathogenen und Herbivoren und bei der Reaktion von Pflanzen auf abiotische Stressoren wie hohe Salzkonzentrationen oder Trockenheit. Über die Bildung und Funktion von Oxylipinen in Wurzeln ist bisher jedoch nur wenig bekannt. Aus diesem Grund wurden in der vorliegenden Arbeit die Gehalte von Galaktolipiden und Jasmonaten in Spross und Wurzel von Arabidopsis thaliana Pflanzen verglichen. Mit Hilfe verschiedener JA Biosynthese-Mutanten konnte zudem die Bildung von Jasmonaten in der Wurzel und deren biologische Funktion in diesem Pflanzenorgan untersucht werden. Um die Wurzeln der Arabidopsis Pflanzen einfach behandeln zu können und um schnell und stressfrei größere Mengen von Wurzelmaterial ernten zu können, wurde ein hydroponisches Anzuchtsystem etabliert. Die Analyse von Galaktolipiden zeigte, dass in der Wurzel deutlich geringere Galaktolipid Gehalte als im Spross vorhanden sind. Da Galaktolipide den Hauptbestandteil plastidärer Membranen ausmachen, in den Wurzeln insgesamt jedoch weniger Plastiden vorkommen als in Blättern, wäre dies ein möglicher Grund für den beobachteten Unterschied. Das Vorkommen von mit OPDA oder dnOPDA veresterten Galaktolipiden (Arabidopsiden) wird in der Literatur für die Thylakoidmembranen der Chloroplasten beschrieben. Die Analyse der Arabidopsid Gehalte von Wurzeln konnte diese Aussage stützen, da in Wurzeln, welche normalerweise keine Chloroplasten besitzen, nahezu keine Arabidopside detektiert werden konnten. Die Analyse der Jasmonate zeigte anhand von Pfropfungsexperimenten mit der Jasmonat-freien dde2 Mutante, dass die Wurzeln unabhängig vom Spross in der Lage sind Jasmonate zu bilden, obwohl die Expression vieler JA-Biosynthese-Gene in den Wurzeln sehr gering ist. Zudem zeigten diese Experimente, dass es keinen direkten Transport von Jasmonaten zwischen Spross und Wurzel gibt. Die Bildung von Jasmonaten in der Wurzel konnte durch verschiedene Stresse wie Verwundung, osmotischen Stress oder Trockenheit induziert werden. Kälte und Salzstress hatten hingegen keinen Jasmonat-Anstieg in den Wurzeln zur Folge. Anders als bei osmotischem Stress und Trockenheit, wo sowohl die Gehalte von OPDA als auch von JA und JA-Ile anstiegen, konnte bei Verwundung keine Zunahme der OPDA-Spiegel detektiert werden. Hier kam es zu einer deutlichen Abnahme, wohingegen die JA und JA-Ile Spiegel sehr stark anstiegen. Dies deutet darauf hin, dass es sehr komplexe und vielfältige Regulationsmechanismen hinsichtlich der Bildung von Jasmonaten gibt. Der erste Schritt der JA-Biosynthese, die Bildung von 13-Hydroperoxyfettsäuren (HPOTE), wird durch 13-Lipoxygenase (LOX) Enzyme katalysiert. In Arabidopsis sind vier unterschiedliche 13-LOX Isoformen bekannt. Die Untersuchung verschiedener 13-LOX-Mutanten ergab, dass nur die LOX6 an der Biosynthese von Jasmonaten in der Wurzel beteiligt ist. So konnten in Wurzeln der lox6 Mutante weder basal noch nach verschiedenen Stressen bedeutende Mengen von Jasmonaten gemessen werden. Im Spross dieser Mutante war basal kein OPDA vorhanden, nach Stresseinwirkung wurden jedoch ähnliche Jasmonat Gehalte wie im Wildtyp detektiert. Um Hinweise auf die biologische Funktion von Jasmonaten in Wurzeln zu erhalten, wurden Untersuchungen mit einer lox6 KO Mutante durchgeführt. Dabei zeigte sich, dass abgeschnittene lox6 Wurzeln, welche keine Jasmonate bilden, im Vergleich zum Wildtyp von saprobiont lebenden Kellerasseln (Porcellio scaber) bevorzugt als Futter genutzt werden. Blätter dieser Mutante, welche nach Stress annähernd gleiche Jasmonat Gehalte wie der Wildtyp aufweisen, wurden nicht bevorzugt gefressen. Von der Jasmonat-freien dde2 Mutante wurden hingegen sowohl die Wurzeln als auch die Blätter bevorzugt gefressen. Neben den Experimenten mit Kellerasseln wurden auch Welke-Versuche mit lox6 und dde2 Pflanzen durchgeführt. Hierbei wiesen die lox6 Pflanzen, nicht aber die dde2 Pflanzen, eine erhöhte Suszeptibilität gegenüber Trockenheit auf. dde2 Pflanzen haben im Gegensatz zu LOX Mutanten unveränderte 13-HPOTE Gehalte, aus denen auch andere Oxylipine als Jasmonate gebildet werden können. Dies zeigt, dass durch LOX6 gebildete Oxylipine, im Falle von Trockenheit aber nicht Jasmonate, an der Reaktion von Arabidopsis Pflanzen auf biotische und abiotische Stresse beteiligt sind. / Oxylipins are signaling molecules derived by enzymatic or non-enzymatic oxidation of fatty acids. Jasmonates are one important group of oxylipins in plant. This group includes jasmonic acid (JA), its precursor 12-oxophytodienoic acid, and all JA metabolites. The amino acid conjugate JA-isoleucine (JA-Ile) is one relevant metabolite of JA which shows high biological activity. For the aerial parts of plants, many different functions of jasmonates have been described. Jasmonates are involved in developmental processes like the flower fertility. Furthermore, these compounds function as signals in defense reactions against pathogens and herbivores and in the response to abiotic stress like high salt concentrations or drought. For roots, much less is known about the formation and function of jasmonates. Therefore, in this work the levels of galactolipids and jasmonates in roots of Arabidopsis thaliana in comparison to leaves were analyzed. Using mutants in different steps of jasmonate biosynthesis the formation and biological function of jasmonates in roots were investigated. For easy handling, treatment, and harvest of root material a hydroponic system was established. The analysis of galactolipids showed reduced contents of these compounds in roots in comparison to the shoots. These differences might occur due to the fact that galactolipids are the main compounds of plastid membranes and that roots in general contain less plastids than the leaves. In the literature it is described, that galactolipids esterified with OPDA or dnOPDA (arabidopsides) only occur in the thylakoid membranes of chloroplasts. The analysis of arabidopsid contents in roots supports this statement since nearly no arabidopsides were detectable in roots, which do normally not have chloroplasts. The analysis of jasmonates with different grafting experiments using the jasmonate free dde2 mutant showed that roots were able to synthesize jasmonates independently of the shoot although the expression of several JA biosynthesis genes is very low. These experiments also pointed out that there is no transport of jasmonates between the shoot and the root. Jasmonates accumulated in roots upon different stresses such as wounding, osmotic stress, or drought. Cold and salt stress did not lead to increased jasmonate levels in the roots. Osmotic and drought stress resulted in an increase of all three analyzed jasmonates whereas after wounding only JA and JA-Ile showed higher concentrations. OPDA levels strongly decreased after this type of stress. This suggests the existence of diverse and complex regulatory mechanisms of stress-induced jasmonate synthesis. 13-lipoxygenase (13-LOX) enzymes are involved in the first step of the JA biosynthesis, the formation of 13-hydroperoxy fatty acids (HPOTE), and four 13-LOX isoforms exist in Arabidopsis. Investigation of different 13-LOX mutants revealed that only the LOX6 enzyme is involved in the biosynthesis of jasmonates in roots. In roots of the lox6 mutant no jasmonate levels were detectable, neither basal nor after different stress treatments. In the shoot of this mutant no basal OPDA was measurable. However, after stress treatment nearly the same amounts of jasmonates were detected. To investigate the function of jasmonates in roots a lox6 KO mutant was used. The experiments showed that detached roots of the lox6 mutant which do not produce jasmonates were the preferred food of the detritivorous crustacean Porcellio scaber in comparison to roots of the wild type. Detached leaves of this mutant which show nearly the same amount of jasmonates after stress like the wild type were not eaten faster. However, detached roots and leaves of the jasmonate free dde2 mutant were both preferred in comparison to the wild type. Besides the investigations with P. scaber also drought experiments were carried out. The lox6 mutant but not dde2 was more susceptible to drought. In contrast to LOX mutants, dde2 plants show unaltered levels of 13-HPOTE which can also be converted to other oxylipins than jasmonates. This indicates that LOX6 derived oxylipins are important for the response to biotic and abiotic factors. However, concerning to drought this is not the case for jasmonates.

Plants are stationary and need to adapt to the environment they live in. Integration of environmental cues, such as changes in light and temperature, can occur either directly or through the action of hormones. Hormone and light signaling leads to rapid changes in gene expression, and eventually changes in protein levels. In this thesis I have studied how the epigenetic regulator TERMINAL FLOWER2 (TFL2) is involved in light and hormonal signaling in the model organism Arabidopsis thaliana (thale cress). TFL2 is the only Arabidopsis homologue of HETEROCHROMATIN PROTEIN1 (HP1). HP1 proteins have been shown to be involved in repressing gene expression by maintaining the tight structure of heterochromatin or by forming a heterochromatin like structure in euchromatic regions. Unlike metazoan HP1 which can be localized both to eu- and heterochromatin, TFL2 is uniquely localized to euchromatin. tfl2 mutants have reduced levels of free auxin and a reduced rate of auxin biosynthesis. TFL2 binds to and promotes spatial and temporal expression of the genes belonging to the YUCCA gene family, which are believed to regulate a rate limiting step in the auxin biosynthesis pathway. Further, TFL2 binds to a subset of Aux/IAA proteins to repress auxin regulated genes involved in ovule and carpel development. In a similar way, TFL2 is also involved in repressing two jasmonate responsive genes, VEGETATIVE STORAGE PROTEIN1 and 2. This TFL2 regulated repression might occur through the interaction with the jasmonate responsive protein JAZ6. In light signaling TFL2 is involved in repressing both phytochrome A and B signaling as the response to red and far red light is enhanced in tfl2 mutants. The shade avoidance response and chloroplast biogenesis are also regulated by TFL2 as the hypocotyls of tfl2 are not able to elongate as wt in shade conditions and greening is delayed upon de-etiolation of tfl2 seedlings. This work shows that TFL2 has a repressive function in auxin, jasmonate and light signaling and for the first time we show that TFL2 is directly involved in promoting gene expression.

Les jasmonates de méthyle sont des oxylipines asymétriques impliquées dans les mécanismes de défense, de développement et de régulation des organismes photosynthétiques terrestres ou marins face à des stress biotiques et abiotiques. Parmi les quatre stéréoisomères, seuls l’épi-jasmonate et l’ent-épi-jasmonate de méthyle possèdent de bonnes propriétés organoleptiques mais aussi une forte activité phytohormonale permettant l’élicitation de métabolites secondaires bioactifs. En ciblant spécifiquement une hexokinase mitochondriale régulant le métabolisme des cellules cancéreuses, les jasmonates de méthyle constituent d’excellents candidats pour de nouveaux agents thérapeutiques. Dans la recherche constante de nouvelles molécules thérapeutiques issues du milieu naturel, notre laboratoire s’est donc focalisé sur la synthèse énantiosélective de l’épi-jasmonate et l’ent-épi-jasmonate de méthyle, au départ de diols bicycliques homochiraux monoprotégés dérivant du cyclooct-1,5-diène.Afin d’obtenir ces diols bicycliques énantiopurs, une stratégie innovante a consisté en l’étude de la réaction d’électrocyclisation du méso-époxyde dérivé du cyclooct-1,5-diène assistée par des ligands chiraux métallés diversement fonctionnalisés, les catalyseurs de Jacobsen. En mettant à profit notre savoir-faire sur les désymétrisations enzymatiques, une stratégie parallèle optant pour la résolution énantiosélective de diols homochiraux monocycliques, ou de diols bicycliques C2-symétriques nous a permis d’accéder à des silanyloxyindèn-5-ones chirales, précurseurs clé des cis-jasmonates de méthyle énantiopurs. Enfin, la synthèse racémique de deux jasmonoïdes clé, la (±)--jasmolactone, puis le (±)-épi-jasmonate de méthyle a été validée en 15 étapes à partir du cyclooct-1,5-diène. / Methyl jasmonates are asymmetric oxylipins involved in defensive, developmental and regulative mechanisms of terrestrial and marine photosynthetic organisms in response to biotic and abiotic challenges. Among the four stereoisomers, only methyl epi-jasmonate and ent-epi-jasmonate show good organoleptic properties but also phytohormonal activity allowing the elicitation of bioactive secondary metabolites. Because they specifically target a mitochondrial hexokinase regulating the metabolism of cancer cells, methyl jasmonates have become excellent candidates as new therapeutic agents. With a constant attention on new therapeutic agents derived from the natural environment, our laboratory has focused on the enantioselective synthesis of methyl epi-jasmonate and ent-epi-jasmonate using monoprotected homochiral diols derived from cyclooct-1,5-diene.In order to obtain these chiral bicyclic diols, an innovative strategy has involved the study of the chemo-stereoselective electrocyclization of the cyclooct-1,5-diene-derived meso-epoxide assisted by chiral metallated ligands known as Jacobsen’s catalysts. Taking advantage of our knowledge of enzymatic desymmetrization, a second strategy opting for the enantioselective resolution of monocyclic homochiral diols or C2-symmetric bicyclic diols led access to chiral silanyloxyinden-5-ones, key precursors to chiral methyl cis-jasmonates. Meanwhile, the racemic synthesis of (±)--jasmolactone and methyl (±)-epi-jasmonate was validated in 15 steps starting from cyclooct-1,5-diene.

Eucalyptus species form an integral part of the South African forestry industry and their uses extend from paper and pulp production to the synthesis of essential oils which are used in various cosmetic products. Throughout their lifetime these hosts are naturally challenged with various pests and pathogens, most of which cause devastating diseases. An approach to curb the spread of pathogens is to enhance the defence response of the host. Most of the information pertaining to defence against pathogens stems from studies conducted in model organisms such as Arabidopsis, however such information is scarce in woody species such as Eucalyptus. It is understood, from model systems, that once the pathogen is perceived by the host, a cascade of defences are initiated such as the activation of salicylic acid (SA), jasmonic acid (JA) and ethylene (ET) signalling pathways. These pathways in turn activate the expression of genes involved in limiting the spread of the pathogen such as pathogenesis-related (PR) proteins. Certain PR genes have also been shown to be markers of the induction of a specific pathway e.g. PR2 is a marker for the SA pathway. This study aimed to elucidate marker genes specific to the SA (PR1, PR2 and PR5) and JA (PR3, PR4 and LOX) signalling pathways in Eucalyptus grandis using the genome sequence, bioinformatics tools and sequence information from other plant species. A co-phylogenetic approach using neighbour joining analysis and maximum likelihood was used to identify and add confidence in the selection of putative orthologs. Following the selection of orthologous markers, the expression profile of these candidate genes was assessed using Reverse transcriptase quantitative PCR (RT-qPCR). Transcript profiling was conducted under mock induction of the signalling pathways as well as under pathogen stress. For the mock induction of the pathways, the expression profiles of the putative marker genes were investigated under various concentrations of the inducer and at various time points. In the interaction with Chrysoporthe austroafricana it was observed that the SA signalling pathway could have a role in facilitating resistance due to the expression profile observed for EgrPR2. In the tolerant genotype (TAG5) this gene was induced at an earlier time point as opposed to the susceptible genotype (ZG14). These putative markers could provide a diagnostic tool for the screening of pathogen challenged eucalypts to determine which signalling pathway(s) are activated against various pathogens. In addition, this research adds to our knowledge of defence responses in E. grandis by elucidating genes that can be used as targets for improving resistance. Additionally this study provides a stepping stone for understanding mechanisms to curb future tree diseases. / Dissertation (MSc)--University of Pretoria, 2014. / Genetics / Unrestricted

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Les jasmonates et l'éthylène sont d'importants signaux de régulation du développement des plantes et de réponse aux stress biotiques et abiotiques. La production de jasmonates est induite à la suite d'une blessure mécanique ou des agents pathogènes. L'acide jasmonique et l'éthylène agissent en synergie sur l'activation de l'expression des gènes de défense tels que PDF1.2. Le Facteur de Réponse à l'Ethylène 1 (ERF1) est un intégrateur clé de ces signaux hormonaux chez Arabidopsis. ERF1 appartient à la superfamille des facteurs de transcription AP2/ERF, lesquels jouent un rôle crucial dans le développement et la réponse aux stress. Hevea brasiliensis est la seule source commerciale de caoutchouc naturel, lequel est synthétisé dans les cellules laticifères. Le latex s'écoule du tronc des hévéas après la saignée. L'éthéphon, un générateur d'éthylène, est un stimulant exogène adopté largement dans les plantations d'hévéa pour améliorer la production de latex en prolongeant l'écoulement de latex et en stimulant le métabolisme des cellules requis pour la régénération du latex. Les jasmonates sont aussi impliqués dans la formation des laticifères. Etant donné l'implication de l'éthylène et de l'acide jasmonique dans la réponse coordonnée à la saignée et à la stimulation par l'éthéphon chez Hevea brasiliensis, leur interaction est supposée jouer un rôle important dans la production de latex.L'objectif de cette thèse est de découvrir les régulateurs clés de l'interaction entre la blessure, le jasmonate et l'éthylène chez Hevea brasiliensis. A travers l'analyse de l'expression de 25 gènes impliqués dans les voies de transduction du jasmonate, de l'éthylène et dans le métabolisme cellulaire, nous avons montré que des voies de réponse dépendantes et indépendantes à l'éthylène et au jasmonate coexistent chez Hevea brasiliensis. La régulation temporelle influence aussi l'expression des gènes. L'étude s'est alors focalisée sur les facteurs de transcription de la superfamille des AP2/ERF. A partir de bases de données de séquences transcriptomiques de différents tissus obtenu par pyroséquençage, 173 membres AP2/ERF ont été identifiés chez Hevea brasiliensis. Cette superfamille est divisée en 3 familles majeures : AP2, ERF et RAV. Soixante six membres sont exprimés dans le latex ce qui suggère qu'ils ont une fonction importante dans le métabolisme des laticifères. En plus du microARN 172 connu pour cibler les transcrits AP2/ERF, six autres microARNs ont été prédits pour inhiber les transcrits de cette superfamille. L'identification de l'orthologue à AtERF1 a été aussi menée chez Hevea brasiliensis. L'expression de 14 gènes HbERF du groupe IX a été étudiée en réponse à la blessure, au méthyl jasmonate et à l'éthylène. L'accumulation relative des transcrits est remarquable pour trois gènes : HbERF-IXc4, HbERF-IXc5 et HbERF-IXc6. Ces gènes candidats ont été caractérisés pour la localisation subcellulaire et la trans-activation du promoteur du gène PDF1.2. La fusion traductionnelle HbERF-IXc4::GFP a révélé que HbERF-IXc4 code pour une protéine nucléaire comme les facteurs de transcription. Le HbERF-IXc5 induit la plus forte activation du promoteur du gene PDF1.2 qui est un gène de défense induit fortement par AtERF1 et ORA59. Ces résultats suggèrent que HbERF-IXc5 est l'orthologue à AtERF1 chez Hevea brasiliensis, lequel est impliqué dans la communication des voies de signalisation de l'éthylène et du jasmonate. L'identification des transcrits AP2/ERF chez Hevea brasiliensis, et la caractérisation des ERFs du groupe IX apportent les bases générales pour étudier la régulation moléculaire de la production de latex en réponse aux stress et de la différentiation des cellules laticifères. Nos résultats suggèrent que HbERF-IXc5 est un intégrateur essentiel des voies de signalisation éthylène et jasmonate chez Hevea brasiliensis. / Jasmonates and ethylene are important signals in regulating the plant development and metabolism, and in response to biotic and abiotic stresses. Production of jasmonates is induced by mechanical wounding and pathogens. Jasmonic acid and ethylene are synergistically required to activate the expression of some defence related genes such as PDF1.2. Ethylene Response Factor 1 (ERF1) was demonstrated as a key integrator in the signal interaction in Arabidopsis. ERF1 belongs to AP2/ERF transcription factors superfamily, which plays a crucial role in plant development and response to biotic and abiotic stresses. Hevea brasiliensis is the sole source of natural rubber, which is synthesized in latex cells. Latex is expelled out after tapping the soft bark. Ethephon, an ethylene releaser, is an exogenous stimulant adopted widely in the rubber plantation for improving latex yield by prolonging latex flow and by stimulating the metabolism required for the latex regeneration. Jasmonates are also involved in the laticifer formation. Given the involvement of ethylene and jasmonic acid in the coordinated response to tapping and ethephon stimulation in Hevea brasiliensis, their interaction is considered to play an important role in latex production. The objective of this thesis is aiming to discover the key regulators in the interaction of wounding, jasmonate and ethylene in Hevea brasiliensis. Through the expression analysis on one group of 25 genes involved in the jasmonate and ethylene and cellular metabolism, we discovered that jasmonate and ethylene dependent and independent response coexist in Hevea brasiliensis. Temporal regulation can also have an influence on the gene expression. We then focused the study on the AP2/ERF transcription factor superfamily. Based on new generation of sequencing data, we identified 173 AP2/ERF members from several Hevea brasiliensis transcripts libraries. This superfamily is divided into 3 major families: AP2, ERF and RAV. Sixty six members are expressed in latex which may indicate that they have an important function in the latex metabolism. In addition to the microRNA 172, which is known to target AP2/ERF transcripts, six other microRNAs were predicted to inhibit transcripts of this superfamily. The identification of the AtERF1 orthologous gene was further conducted in Hevea brasiliensis. Expression analysis of 14 HbERF genes from the group IX was studied in response to wounding, methyl jasmonate and ethylene. A remarkable relative transcript accumulation was observed for genes HbERF-IXc4, HbERF-IXc5 and HbERF-IXc6. These candidate genes were further analysed for subcellular localization and trans-activation of the promoter of the PDF1.2 gene. The translational fusion HbERF-IXc4::GFP revealed that HbERF-IXc4 encoded a nuclear targeted protein like transcription factor. The HbERF-IXc5 was shown to mediate the activation of the PDF1.2 promoter, which is a defence gene dramatically induced by AtERF1 and ORA59. For that reason, HbERF-IXc5 is suggested to be AtERF1 ortholog gene in Hevea brasiliensis, which is at the crosstalk of jasmonic acid and ethylene signalling pathways. This identification of the Hevea brasiliensis AP2/ERF transcripts and the characterization of the ERF group IX provide general basis for studying the molecular regulation of both latex production in response to abiotic stresses and differentiation of latex cells. Our results suggested that the HbERF-IXc5 is an essential integrator of the jasmonic acid and ethylene signalling pathways in Hevea.

Les jasmonates de méthyle sont des oxylipines asymétriques impliquées dans les mécanismes de défense, de développement et de régulation des organismes photosynthétiques terrestres ou marins face à des stress biotiques et abiotiques. Parmi les quatre stéréoisomères, seuls l'épi-jasmonate et l'ent-épi-jasmonate de méthyle possèdent de bonnes propriétés organoleptiques mais aussi une forte activité phytohormonale permettant l'élicitation de métabolites secondaires bioactifs. En ciblant spécifiquement une hexokinase mitochondriale régulant le métabolisme des cellules cancéreuses, les jasmonates de méthyle constituent d'excellents candidats pour de nouveaux agents thérapeutiques. Dans la recherche constante de nouvelles molécules thérapeutiques issues du milieu naturel, notre laboratoire s'est donc focalisé sur la synthèse énantiosélective de l'épi-jasmonate et l'ent-épi-jasmonate de méthyle, au départ de diols bicycliques homochiraux monoprotégés dérivant du cyclooct-1,5-diène.Afin d'obtenir ces diols bicycliques énantiopurs, une stratégie innovante a consisté en l'étude de la réaction d'électrocyclisation du méso-époxyde dérivé du cyclooct-1,5-diène assistée par des ligands chiraux métallés diversement fonctionnalisés, les catalyseurs de Jacobsen. En mettant à profit notre savoir-faire sur les désymétrisations enzymatiques, une stratégie parallèle optant pour la résolution énantiosélective de diols homochiraux monocycliques, ou de diols bicycliques C2-symétriques nous a permis d'accéder à des silanyloxyindèn-5-ones chirales, précurseurs clé des cis-jasmonates de méthyle énantiopurs. Enfin, la synthèse racémique de deux jasmonoïdes clé, la (±)--jasmolactone, puis le (±)-épi-jasmonate de méthyle a été validée en 15 étapes à partir du cyclooct-1,5-diène.

Les gibbérellines (GA) sont des phytohormones qui régulent divers aspects du développement en réponse aux signaux endogènes et exogènes à la plante. Ainsi face à un stress, les niveaux de GA sont finement contrôlés, permettant une croissance adaptée aux contraintes environnementales. Au niveau moléculaire, les GA stimulent la croissance de la plante en s’opposant aux protéines DELLAs (DELLAs), facteurs nucléaires qui inhibent la croissance. Les DELLAs présentent plusieurs caractéristiques fonctionnelles notables, une activité transactivatrice et la capacité d’interagir avec d’autres protéines régulatrices, comme les répresseurs de la signalisation Jasmonate (JA), JA ZIM-domain (JAZ). Le génome d’Arabidopsis thaliana code pour cinq DELLAs possédant des fonctions redondantes et spécifiques. Le but de mon travail de thèse a été la caractérisation de la fonction biologique d’une DELLA, RGA-LIKE3 (RGL3). J’ai pu montrer que RGL3 modifie la défense de la plante face à des stresses biotiques. / The phytohormones gibberellins (GA) regulate major aspects of plant growth in response to endogenous and environmental signals. Upon the perception of stress, the levels of bioactive GA are adjusted, hence allowing a flexible growth response to environmental variability. At a molecular level, GA promote growth by stimulating the degradation of the growth repressing DELLA proteins. DELLAs are versatile nuclear proteins with several remarkable features, such as transactivation activity and protein–protein interaction capacities. Thus DELLAs interact with a series of highly divergent proteins, including different transcription factor families, but also the Jasmonate (JA) ZIM-domain (JAZ) proteins, repressors of JA signaling. The aim of this thesis work consisted in the characterization of the biological function of the DELLA RGA-LIKE3. I could show that RGL3 modulates plant defense responses against biotic stresses.

Le caoutchouc naturel (CN), a cis-1,4-polyisoprene, est produit principalement par Hevea brasiliensis. Le CN est un matériau très important pour l’industrie du transport et médicale. La demande en CN augmente d’année en année. Le CN est obtenu à partir du latex. Le latex s’écoule des laticifères après saignée de l’écorce des hévéas. L’éthéphon, un libérateur d’éthylène, peut être appliqué sur certains clones d’hévéa pour stimuler la production de latex. La saignée et la stimulation à l’éthéphon sont des stress de récolte conduisant à la production de métabolites secondaires et par conséquence au caoutchouc. La biosynthèse et la signalisation de l’éthylène (ET) et de l’acide jasmonique (JA) jouent un rôle crucial dans la réponse aux stress de récolte. Deux gènes codant des facteurs de réponse à l’éthylène (ethylene response factor, ERF), HbERF-IXc4 et HbERF-IXc5, ont été prédits être orthologue à ERF1 d’Arabidopsis. ERF1 est considéré comme un facteur clé de la réponse de défense à travers l’intégration des voies de signalisation de l’éthylène et du jasmonate. Les transcrits de HbERF-IXc4 et HbERF-IXc5 s’accumulent dramatiquement en réponse à des traitements combinant la blessure, le méthyl jasmonate, et l’éthylène. Ces facteurs sont ainsi supposés être des régulateurs clés au croisement des voies de signalisation de l’éthylène et du jasmonate dans les laticifères. HbERF-IXc4 et HbERF-IXc5 ont plusieurs caractéristiques des facteurs de transcription révélés respectivement lors des expériences de trans-activation et de localisation subcellulaire : ils peuvent activer des éléments GCC agissant en cis des promoteurs des gènes cibles et ils sont présents au niveau du noyau.Dans cette étude, l’analyse fonctionnelle des gènes HbERF-IXc4 et HbERF-IXc5 a été effectuées par sur-expression de ces gènes sous le contrôle de deux promoteurs, 35S CaMV et HEV2.1 dans des lignées transgéniques d’Hevea obtenues par transformation génétique via Agrobacterium tumefaciens. Cette sur-expression a conduit à augmenter les effets des gènes natifs HbERF-IXc4 et HbERF-IXc5. Vingt-neuf lignées à activité GFP ont été sélectionnées sur un milieu contenant de la paromomycine. Douze lignées ont permis régénérées des plantes mais seulement dix ont produit un nombre suffisant de plantes pour réaliser les observations de phénotypage avec au total 1622 plantes transgéniques acclimatées en serre. Ces dix lignées transgéniques ont été confirmées par hybridation moléculaire de type Southern. L’observation morphologique des plants jusqu’à un an montre que les deux gènes (HbERF-IXc4 and HbERF-IXc5) favorisent une meilleure croissance, en termes de hauteur des plants, du diamètre des tiges, et du poids frais et sec des parties aériennes et racinaires, avec une plus forte vigueur et tolérance aux stress abiotiques. Les plants sur-exprimant HbERF-IXc5 ont aussi une meilleure performance que ceux sur-exprimant HbERF-IXc4. Ces résultats montrent aussi un système racinaire plus vigoureux et bien équilibré par rapport à la plante entière. Les analyses de RT-PCR en temps réel révèlent que l’expression des gènes HbERF-IXc4 et HbERF-IXc5 est plus forte dans les lignées transgéniques que la lignée sauvage. L’analyse fine des lignées HbERF-IXc5 montre aussi des modifications anatomiques (activité cambiale, nombre de cellules laticifères, amidon, et largeur du xylème).Ce travail est la première analyse fonctionnelle de facteurs de transcription chez Hevea. Des différences ont été observées entre les lignées HbERF-IXc4 et HbERF-IXc5. Comme ERF1, HbERF-IXc4 et HbERF-IXc5 doivent diriger la réponse à certains stress. HbERF-IXc5 serait un régulateur de la différentiation des laticifers. Cette étude pourrait être complétée par des analyses dans des lignées éteintes pour ces gènes, une comparaison des transcriptomes et métabolome de lignées sauvages et transgéniques, et l’identification des gènes cibles contrôlés par HbERF-IXc4 et HbERF-IXc5. / Natural rubber (NR) (cis-1,4-polyisoprene) is the main production from Hevea brasiliensis. NR is a very important industrial material for transportation, consumer, and medical. The demand for NR is increasing from year to year. NR is obtained from latex. The latex flows out from laticifers after tapping the bark. Ethephon, an ethylene releaser, can be applied on certain clones to stimulate the latex production. Tapping and ethephon stimulation are sources of harvesting stresses conducing to the production of secondary metabolites and consequent rubber. Ethylene (ET) and jasmonic acid (JA) biosynthesis and signalling pathways play a crucial role in the response to latex harvesting stress. Two Hevea ethylene response factor genes, HbERF-IXc4 and HbERF-IXc5, were predicted to be orthologue to ERF1 from Arabidopsis. ERF1 was suggested to be a key component of defence responses through the integration of ethylene and jasmonic acid signalling pathways. Transcripts of HbERF-IXc4 and HbERF-IXc5 were dramatically accumulated by combining wounding, methyl jasmonate, and ethylene treatment. These factors were assumed to be a key regulator at the crosstalk of ethylene and jasmonate signalling pathways in latex cells. HbERF-IXc4 and HbERF-IXc5 have several features of transcription factor revealed by transactivation experiment and subcellular localization, respectively: they can activate the GCC cis-acting element of promoters of target genes and are localized in nucleus, In this study, functional analysis of HbERF-IXc4 and HbERF-IXc5 genes have been carried out by overexpression under control of two promoters, 35S CaMV and HEV2.1 in transgenic Hevea lines obtained by Agrobacterium tumefaciens-mediated genetic transformation. This overexpression led to emphasize the effect of native HbERF-IXc4 and HbERF-IXc5 genes. Twenty-nine GFP-positive lines were established on paromomycin selection medium. Twelve lines regenerated plants but only ten led to produce a sufficient number of plants for further phenotyping with totally 1,622 transgenic plants in greenhouse. These ten ines were confirmed as transgenic by Southern blot hybridization. Observation of morphology until one year showed both genes (HbERF-IXc4 and HbERF-IXc5) promoted a better growth in terms of plant height, stem diameter, and weight of aerial and root system with higher vigour and better tolerance to some abiotic stresses. Plants overexpressing HbERF-IXc5 have also a better performance than HbERF-IXc4. Data also showed a vigorous root system well balanced with regard to the whole plant. Real-time RT-PCR analyses revealed that expression of HbERF-IXc4 and HbERF-IXc5 genes was higher in transgenic lines compared to wild-type . Analysis in details of HbERF-IXc5 lines also showed some changes in anatomy (cambium activity, number of latex cells, starch, and width of xylem).This work is the first successful functional analysis of transcription factors in Hevea. Some differences have been observed between HbERF-IXc4 and HbERF-IXc5. As ERF1, HbERF-IXc4 and HbERF-IXc5 should drive the response to some stresses. HbERF-IXc5 might be a regulator of laticifer differentiation. This study could be completed with analysis of silenced transgenic lines, comparison of transcriptome, metabolome of wild-type and transgenic lines, and identification of target genes controlled by HbERF-IXc4 and HbERF-IXc5.

The aim of this thesis was to identify and develop anti-neuroblastoma agents via two strategies. The first involves a targeted therapy approach towards the synthesis of new drug-like PTP inhibitors (Chapter 2 and 3) and the second involved devising a new versatile synthetic route to the recently established anti-tumour natural-product lead, methyl jasmonates and its analogues (Chapter 4). From a unique proprietary screening library of 5000 drug-like compounds targeted towards PTPs, three compounds from two distinct chemical series, tetrahydroquinolines P00104 and P00341, and thiobarbituric acid P00337, were identified as PTPN22 inhibitors (IC50 = 5 μM) with moderate potency in vitro. A synthetic route to each chemical series was established and optimised and the procedure was used to synthesize a series of rationally-designed analogues for detailed structure-activity relationship (SAR) studies. The compounds were tested for PTP inhibitory activity against PTPN22 via two experimentally optimised protein assays and were tested for cytotoxicity in a number of neuroblastoma cell lines. However, none of the compounds including the resynthesized hits displayed any promising biological activity, and further investigation on these chemical series was abandoned and another strategy for developing anti-neuroblastoma agents was pursued. During the last decade, many studies have reported the cytotoxic effects of methyl jasmonate, a plant stress hormone, against various tumours both in vitro and in vivo. As the research on the anti-tumour properties of methyl jasmonate is still at early stages, and also due to the lack of a versatile synthetic procedure for the preparation of its structural derivatives, detailed SAR studies of this compound have not yet been conducted. In the course of this project, a novel versatile synthetic route to methyl jasmonate and its analogues has been developed, which allows substituents to be readily introduced at the α- and β-position of cyclopentenone. This synthetic procedure will facilitate future extensive SAR studies of methyl jasmonate in tumour cells. The cytotoxic activity of the synthesized methyl jasmonate was confirmed against a range of neuroblastoma cell lines including SK-N-SH, SHSY5Y, LAN5 and the Kelly cells, and a further study on the mechanism by which methyl jasmonate induces neuroblastoma cell death is currently underway.