La transformation de la paroi de l’ovaire en un péricarpe charnu implique une coordination entre les divisions cellulaires et l’expansion cellulaire. Des données considérables sur le développement et la maturation du fruit de tomate ont été établies, mais la coordination des divisions cellulaires, de l’expansion cellulaire et de l’endoréduplication durant la mise à fruit ainsi que durant la croissance du fruit de tomate reste grossièrement caractérisée au sein du péricarpe et de nombreuses questions ne sont pas résolues : comment ces deux processus sont-ils régulés et coordonnés durant le développement du fruit d’un point de vue cellulaire? Quand commence l’endoréduplication dans les tissus du fruit et quelle est sa fonction? La première partie de ce mémoire concerne la coordination des divisions cellulaires et de l’expansion cellulaire durant la fin du développement de l’ovaire et le début du développement du fruit. Une différenciation précoce des assises cellulaires composant la paroi de l’ovaire puis le péricarpe a été démontrée. Les divisions cellulaires se font principalement au sein de l’épiderme externe et montrent une synchronisation partielle tandis que l’expansion cellulaire se fait principalement dans le mésocarpe. L’endoréduplication semble être initiée avant l’anthèse. La deuxième partie est consacrée à l’analyse du RNA-seq nucléaire en fonction de quatre niveaux de ploïdie (4, 8, 16 et 32C). La majorité des gènes montrent une augmentation proportionnelle de leurs expressions en fonction des niveaux de ploïdie. Cependant, certains gènes révèlent une surexpression ou une sous-expression en fonction des niveaux de ploïdies. / The transformation of the ovary wall into a fleshy pericarp involves a coordinated pattern of cell division and cell expansion. Considerable data have been reported on tomato fruit development and ripening, but the pattern of cell division, cell expansion and endoreduplication at the tomato fruit set and during fruit growth remains grossly appreciated at the whole pericarp level and many questions are not yet resolved: How are cell division and cell expansion coordinated in tomato fruit a cellular level and according to developmental time? When does endoreduplication begin in fruit tissues and what is its function? The first part of this deals with the coordination of cell division and cell expansion during the end of tomato ovary development and the beginning of fruit growth. Evidence for early differentiation of cell layers in the ovary wall and then in fruit pericarp are presented. Cell division happens mainly in the external epidermis and shows partial synchronization, whereas cell expansion happens mostly in mesocarp cell layers. Endoreduplication is initiated as soon as before anthesis. The second part of this work is devoted to RNA-seq based transcriptome profiling of pericarp nuclei which have been sorted according to four ploidy levels (4, 8, 16 and 32C). We demonstrate that the expression of most of the pericarp-expressed genes shows a proportional increase according to ploidy level, on a nuclear basis. However, a significant amount of genes has been identified as over-expressed or under-expressed according to ploidy level.

La taille du fruit et la morphologie des tissus du fruit sont des caractères clés définissant la qualité finale du fruit. Parmi la grande diversité de fruits observée dans la nature, la domestication et la sélection ont entrainé d’importantes modifications de la taille et de la morphologie des tissus du fruit. Jusqu'à présent, seuls quelques régulateurs génétiques ont été identifiés, et les mécanismes cellulaires et moléculaires par lesquels la morphologie des tissus du fruit est définie restent imprécis. Dans ce contexte, l'objectif de ma thèse est d'identifier et de caractériser de nouveaux régulateurs impliqués dans la morphologie des tissus du fruit. Pour cela, j'ai utilisé une collection de mutants EMS de tomate comme source de diversité génétique et phénotypique et j'ai sélectionné deux mutants présentant des tendances opposées et extrêmes d'épaisseur du péricarpe. Grace à une stratégie de cartographie par séquençage, j’ai identifié une région génétique du chromosome 10, associée au phénotype péricarpe épais. J'ai également étudié le rôle de la Guanylate Binding Protein (GBP) à l’origine du phénotype péricarpe fin chez la tomate. La GBP est une grosse GTP binding protein qui n’a jamais été caractérisée chez les plantes. Afin d'approfondir l’étude de cette protéine, j'ai étudié en parallèle son rôle dans les modèles tomate et Arabidopsis" thaliana. J'ai démontré que les deux protéines homologues sont localisées dans le noyau. La mutation de la GBP chez la tomate induit de fortes altérations de la division et de l'expansion cellulaire à l'intérieur du péricarpe ainsi qu'une altération de la croissance des racines latérales chez la tomate et Arabidopsis, une caractéristique classiquement retrouvée chez les mutants altérés dans la mitose. Cette étude suggère que le GBP joue un rôle dans le contrôle précis des divisions cellulaires dans le péricarpe de tomate. / Fruit size and morphology are key characters defining the final fruit quality. Among the large fruit diversity observed in the nature, human domestication and selection has induced changes in fruit size and tissue morphology. Only a few genetic regulators have been identified so far, thus cellular and molecular mechanisms by which fruit tissue morphology is defined remain incomplete. In this context, the aim of my thesis is to identify and characterize new regulators of fruit tissue morphology. For this purpose, I used a collection of tomato EMS mutants as a source of genetic and phenotypic diversity. I selected two mutants presenting opposite trends of pericarp thickness. Through a mapping-by-sequencing strategy, I identified a genetic region on chromosome 10, associated with an extreme thick pericarp phenotype. I also investigated the role of the Guanylate Binding Protein (GBP) at the origin of a thin pericarp phenotype. The GBP is a large GTP binding protein that was never characterized in plants so far. In order to go deeper into its functional characterization in plants, I studied in parallel the role of the protein in tomato and Arabidopsis "thaliana" models. I showed that both homolog proteins are localized at the nucleus. Mutation of GBP in tomato induced strong alterations in cell division and cell expansion inside the pericarp and altered lateral root growth in tomato and Arabidopsis, a classical feature for mutants impaired in mitosis. This study suggests a role for the GBP in the fine control of cell division in the tomato pericarp.

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Nous présentons un modèle de division de cellules sanguines basé sur la présence d'un facteur appelé maturation et le partage du cycle en une phase de prolifération et une phase de repos. Il est représenté par un système S de deux équations de transport structuré en âge et maturité. En intégrant par rapport à l'âge, S devient un système d'équations aux dérivées partielles à retards structuré en maturité. Dans le chapitre 1, nous introduisons le contexte biologique, et nous présentons notre modèle. Dans le chapitre 2, nous étudions le modèle quand la phase de prolifération est fixe et la division est égale. Nous montrons l'existence et l'unicité puis un résultat liant les solutions aux cellules souches ainsi qu'un résultat d'invariance, de comportement asymptotique et d'instabilité. Dans le chapitre 3, nous supposons que la phase de prolifération varie suivant la maturité des cellules. Nous prouvons des résultats analogues au chapitre 2. Dans le chapitre 4, la phase de prolifération est fixe mais nous supposons la division inégale. En utilisant la théorie des opérateurs de Markov, nous prouvons un résultat de stabilité globale.

Escherichia coli, comme la majorité des bactéries, possède un unique chromosome circulaire. Au moins une copie du chromosome doit être transmise à chacune des cellules filles avant la division cellulaire afin d'assurer une prolifération cellulaire correcte. Une couplage spatio-temporel précis de la ségrégation avec la division cellulaire est donc nécessaire pour assurer la bonne répartition des deux chromosomes après réplication. La région terminale du chromosome (ter) est la dernière à être répliquée et ségrégée, et migre du pôle vers le centre de la cellule au moment de la mise en place du septum de division, à la fin du cycle cellulaire. Les loci de la région ter présentent une période de cohésion post-réplicative étendue. Cette cohésion étendue est contrôlée par la protéine MatP, qui se fixe spécifiquement au niveau des sites matS, présents uniquement dans ter. MatP se fixe à l'ADN sous forme de dimère, via son domaine N-terminal, et tétramérise via son domaine C-terminal. La tétramérisation est stimulée par la liaison à l'ADN et permet le pontage de deux sites matS distants. MatP interagit aussi avec ZapB, un composant du divisome, la machinerie protéique participant à la formation du septum. Alors que la tétramérisation de MatP semble importante pour la compaction de la région ter, son interaction avec ZapB, qui est localisée au septum via ZapA et FtsZ, participe au positionnement et à la cohésion étendue de cette région. Le couplage de la région ter avec le divisome est essentiel pour le bon déroulement de nombreux évènements tardifs du cycle cellulaire : (i) la ségrégation active, ordonnée et progressive de la région ter par FtsK, un composant du divisome, (ii) la résolution des dimères de chromosomes via la recombinaison spécifique de site XerCD/dif, activée par FtsK, (iii) la résolution des liens d'intercaténation par la TopoIV et (iv) la régulation positive de l'assemblage du divisome en absence des régulateurs négatifs MinCDE et SlmA. Pendant ma thèse, je me suis tout d'abord intéressée au rôle de MatP dans la structuration globale du chromosome. En utilisant un système permettant de visualiser deux loci marqués avec un site parSp1 et un site parSpMT1, reconnu par ParBp1 et ParBpMT1 spécifiquement, nous avons analysé le positionnement et l'orientation du chromosome dans la cellule. Nous avons montré que MatP est nécessaire au positionnement et à l'orientation de tout le chromosome à la fin du cycle cellulaire. La localisation de SlmA dans des souches wt et DeltamatP prouve que l'inactivation de MatP, induisant une mauvais positionnement du chromosome, s'accompagne d'une défaut de localisation de SlmA, et induit donc une inhibition de la division. Ces résultats pris ensemble montre que MatP, SlmA et leur communication à travers la structuration globale du chromosome sont importants pour le management du chromosome et le contrôle de la division cellulaire. En collaboration avec l'équipe d'Olivier Espeli, nous avons utilisé des méthodes de génomiques et de biologie moléculaire pour caractériser la régulation de la TopoIV au cours du cycle cellulaire d'E. coli. Nous avons montré qu'au site dif, les activités de fixation et de clivage de la TopoIV sont améliorées par la présence des recombinases XerCD et de MatP. L'amélioration de l'activité de la TopoIV favorise la décaténation des chromosomes nouvellement répliqués et assure, en lien avec d'autres processus, la séparation précise des chromosomes frères. Ces résultats permettent de mieux comprendre le réseau d'interactions dédiées au management du chromosome à la fin du cycle cellulaire, et l'influence du management du chromosome sur le contrôle de la division cellulaire. / Escherichia coli, as the majority of bacteria, has a unique circular chromosome. Faithfull cell proliferation requires that a least one copy of the chromosome is transmitted to sister cells prior to cell division. A strict temporal and spatial coupling of chromosome segregation with cell division is thus required to ensure the accurate separation of the two fully replicated chromosomes. The terminal region of the chromosome (ter) is the last one to be replicated and segregated, and moves from the pole to the middle of the cell where the division septum is formed, at the end of the cell cycle. Loci of the ter region display an extended cohesion period. This extended cohesion is controlled by the MatP protein, which binds specific matS sites restricted to the ter region. MatP binds DNA as a dimer and forms tetramers via its N-terminal and C-terminal domains respectively. Tetramerisation is stimulated by binding to DNA and pairs remote matS sites. MatP also interacts with ZapB, a component of the divisome, the protein machinery that contributes to septum formation. While tetramerisation of MatP appears important for compacting the ter region, its interaction with ZapB, which is localized at the septum via ZapA and FtsZ, is involved in the positioning and the extended cohesion of this region. The linkage of the ter region with the divisome is required for the success of many later events of the cell cycle : (i) the active, ordered and progressive segregation of the ter region by FtsK, a component of the divisome, (ii) resolution of chromosome dimers via the site-specifique recombination XerCD/dif, activated by FtsK, (iii) the resolution of intercatenation links by TopoIV and (iv) the positive regulation of divisome assembly in the absence of the negative regulators MinCDE and SlmA. During my thesis, I first studied the role of MatP in the chromosome management. By using pairs of loci tagged with parSp1 and parSpMT1 sites recognized by cognate ParB-XFP proteins, we directly analysed chromosome positioning and orientation in the cell. We show that MatP is required for normal positioning and orientation of the whole chromosome at the end of the cell cycle. The localisation of SlmA in wt and Delta matP strains proves that inactivation of MatP leads to inaccuracy of nucleoid positioning accompanied by defects in SlmA localisation, and thus induces division inhibition. Take together, these results show that MatP, SlmA and their interplay are important for chromosome management and control of cell division in E. coli. In collaboration with O. Espeli's team, we have used genomic and molecular biology methods to characterize TopoIV regulation during the E. coli cell cycle. We show that at the dif site, TopoIV binging and cleavage are enhanced by the presence of the XerCD recombinases and MatP. This enhancement of TopoIV activity at dif promotes decatenation of fully replicated chromosomes and ensure, through interaction with other processes, accurate separation of sister chromosomes. These results provide insight into the protein network dedicated to the final step of chromosome management during the cell cycle, and how the chromosome management is linked to cell division.

Retracer l'histoire évolutive des eucaryotes est une question majeure en évolution et fait l'objet de nombreux débats. Le développement de techniques à haut débit, en particulier en protéomique et en génomique, a permis d'obtenir de nombreuses données pouvant être exploitées lors d'analyses évolutives. Dans ce contexte, les structures multiprotéiques eucaryotes (SME) constituent des objets d'intérêt. En effet, ces gros complexes protéiques sont impliqués dans de nombreux processus fondamentaux de la cellule eucaryote, et n'ont pas d'homologues chez les procaryotes (même si les fonctions dans lesquelles ils sont impliqués peuvent exister). Ils ont donc certainement joué un rôle prépondérant dans l'eucaryogénèse. L'analyse phylogénomique de deux SME impliquées dans la division cellulaire (le midbody et l'APC/C) montre que ces systèmes ont une origine évolutive ancienne et étaient déjà présents chez le dernier ancêtre commun des eucaryotes (LECA), tout en étant issus d'innovations eucaryotes. Ceci implique que l'émergence de ces deux SME s'est faite après la divergence de la lignée eucaryote et avant la diversification ayant donné naissance aux lignées actuelles. Au-delà de ces considérations évolutives, l'analyse de ces SME ouvre des pistes sur certains aspects de la biologie de ces systèmes. En effet, si ces systèmes ont été globalement bien conservés au cours de la diversification des eucaryotes, leur analyse révèle une grande plasticité de composition dans certaines lignées de protistes. Ceci suggère des changements récents concernant certaines étapes du cycle cellulaire de ces organismes qu'il serait intéressant d'explorerexpérimentalement.En parallèle, ce travail a montré que, bien qu'étant des protéines opérationnelles, lescomposants de ces SME portent un signal phylogénétique exploitable pour inférer les relations de parentés entre lignées eucaryotes. La construction de supermatrices à partir de ces protéines a permis l'inférence de phylogénies de qualité, même si non totalement résolues, dans lesquelles, par exemple, la monophylie des Excavata ou encore le placement des microsporidies au sein des Fungi est bien supporté. La combinaison de ces données avec celles issues d'analyses basées sur des protéines informationnelles montrent des avancées significatives concernant la résolution des arbres inférés. Ces résultats ouvrent le champ des possibles quant à la recherche d'autres marqueurs encore inexploités parmi les protéines opérationnelles. L'intégration de ces nouveaux marqueurs associée à l'augmentation de l'échantillonnage taxonomique représente une piste prometteuse pour l'avenir.Ce travail illustre l'intérêt de généraliser les approches évolutives intégrées des systèmes biologiques pour l'étude de l'évolution et de la phylogénie des eucaryotes. / Tracing back the evolutionary history of eukaryotes is one of the major issues in the field of evolution and is hotly debated. The development of high throughput techniques, especially in proteomics and genomics has yielded extensive data that can be used in evolutionary analyses. In this context, eukaryotic multiprotein structures (EMS) are objects of interest. Indeed, these large protein complexes are involved in many fundamental processes of eukaryotic cells, and have no homologues in prokaryotes (even if the functions in which they are involved may exist) and therefore have certainly played a major role in the eukaryogenesis. The phylogenomic analysis of two EMS involved in cell division (the midbody and the APC/C) shows that these systems have an ancient evolutionary origin and were already present in the last common ancestor of eukaryotes (LECA), while resulting from eukaryotic innovations. This implies that the emergence of these two EMS occurred after the divergence of the eukaryotic lineage and before the diversification that gave rise to the current lineages. Beyond these evolutionary questions, analyses of these EMS uncover some biological aspects of these systems. Indeed, if these systems were generally well conserved during the diversification of eukaryotes, their analysis shows a high plasticity of composition in some protist lineages. This suggests that recent changes regarding certain phases of these organisms cell cycle which would be interesting to explore experimentally. Concomitantly, this work showed that, although being operational protein, components of these EMS carry a phylogenetic signal usable for inferring phylogenetic relationships among eukaryotic lineages. Construction of supermatrixes from these proteins led to the inference of phylogenies of high quality, even if not fully resolved, in which, for example, the monophyly of Excavata or the placement of Microsporidia within Fungi is well supported. Combining these data with those from analyses based on informational proteins show significant progress on the resolution of inferred trees. These results open the field of possibilities to find other markers among the untapped proteins operational. The integration of these new markers associated with increased taxonomic sampling represents a promising approach.This work illustrates the interest of generalizing integrated evolutionary approaches ofbiological systems for studying the evolution and phylogeny of eukaryotes.

Les cellules de Schwann (CS) sont les cellules gliales myélinisantes du Système Nerveux Périphérique (SNP). Il existe une communication étroite entre ces cellules et les axones auxquels elles s’associent et ce dès les stades les plus précoces de leur développement. Elles migrent tout en se divisant le long des axones; cette division migratoire est suivie d’une deuxième division post-migratoire dans le but d’établir un ratio 1:1 avec les axones pour ensuite les myéliniser. Ce travail vise à analyser, in vivo, le comportement des CS chez le poisson zèbre au cours de leurs divisions.Nous avons remarqué que les CS se divisent parallèlement aux axones le long du nerf de la Ligne Latérale Postérieure (PLL). En analysant les deux mutants has et nok, nous avons montré que les gènes de polarité apicale aPKC et pals1 ne sont pas requis pour la migration et la division des CS, ni pour leur capacité à myéliniser. Nous avons mis en évidence, en analysant le mutant cassiopeia qui présente des défauts d’organisation du fuseau mitotique et en utilisant l’agent pharmacologique le nocodazole, que l’assemblage du fuseau mitotique au cours de la division des CS est essentiel pour la myélinisation.En parallèle, nous avons analysé le rôle du gène rgs4 (regulator of G-protein Signaling 4) dans le développement du SNP chez le poisson zèbre. Nous avons généré un mutant stable rgs4 par la technique CRISPR/Cas9 et montré un rôle de ce gène dans le développement du ganglion de la PLL et des motoneurones, et ce en agissant en amont de la voie PI3K/Akt/mTOR.Contrairement à l’inhibition pharmacologique qui suggère un rôle de rgs4 dans la myélinisation périphérique, le mutant ne présente pas de défauts de myéline. / Schwann cells (SCs) are the myelinating glial cells of the Peripheral Nervous System (PNS). They derive from neural crest cells during development, then migrate and divide along the axons of the peripheral nerves. This migratory division is followed by a post-migratory division in order to radially sort the axons in a 1:1 ratio and wrap them with a myelin sheath. This work provides an analysis of the polarity of SC divisions, in vivo, in intact zebrafish embryos.We showed that SCs divide parallel to the axons along the Posterior Lateral Line nerve (PLL). By analyzing the two mutants has and nok, we revealed that the apical polarity genes aPKC and pals1, are neither required for the migration and division of SCs, nor for their capacity to myelinate. By studying the cassiopeia mutant that shows defects in mitotic spindle, we revealed that the assembly of the mitotic spindle is essential for SC myelination.We have also analysed the role of rgs4 (regulator of G-protein Signaling 4) in PNS development. We generated a stable rgs4 mutant using the CRISPR/Cas9 technology. We showed that rgs4 plays an essentiel role in PLLg and motoneurons development by acting upstream of PI3K/Akt/mTOR pathway. Pharmacological analysis suggested a role for rgs4 in peripheral myelination, however, the rgs4 mutant do not show any myelin defects.

Les tissus épithéliaux présentent deux caractéristiques majeures, ils sont robustes (rôle de barrière) mais également plastiques lors de la morphogénèse. L'homéostasie des tissus épithéliaux repose sur la régulation de la balance prolifération/mort cellulaire. Dans ma thèse, je décris tout d'abord, les mécanismes moléculaires permettant à la cellule épithéliale de se diviser tout en maintenant l'intégrité du tissu. J'ai ensuite altéré cette intégrité, en utilisant le système de génération de clônes mosaïques, afin de comprendre comment la cohésion du tissu est maintenue. Ce travail m'a alors permis de comprendre comment l'adhérence est modulée, puis restaurée, au cours de la division cellulaire. Ainsi, j'ai montré que l'intégrité des tissus est assurée par l'action concomitante des forces d'adhésion et des forces de tension. Enfin, mon travail apporte également des éléments clés pour l'étude de la perte d'adhérence des cellules tumorales responsable en partie, de la progression des tumeurs solides en métastases. / Tissue homeostasis relies on the tight regulation of cell proliferation and cell death. Epithelial tissues are robust tissues that support the structure of developing embryos and adult organs and are effective barriers that physically protect the organism against pathogens. In my thesis, I have first described the molecular mechanisms responsible for maintaining tissue integrity during epithelial cell division. I have then abrogated this integrity by inducing mosaic clones within tissues to understand how tissue cohesion is maintained. This work shows how the continuity of adhesive properties is ensured during cell division. It also reveals new key elements that result in loss of adhesion in tissues and thus may be responsible for the progession from solid cancer to metastasis.

Target of rapamycin est une large kinase conservée chez la plupart des eucaryotes. Elle est au centre d’une voie de signalisation régulant la croissance, le métabolisme en fonction de l’environnement et a été largement étudiée chez l’homme du fait de son implication dans des maladies telles que le cancer. Chez les plantes, son étude est moins avancée mais le développement d’inhibiteurs ATP compétitifs chez l’homme a offert de nouvelles possibilités pour la recherche en biologie végétale. En effet, l’utilisation d’un inhibiteur de TOR nous a permis de réaliser le criblage d’une banque de mutants ethyl méthansulfonate et de découvrir une nouvelle cible de TOR : YAK1. Cette dernière régule la croissance en inhibant la prolifération. Le criblage de mutants a également permis de découvrir des mutations dans TOR affectant sa sensibilité ou son affinité pour l’inhibiteur. Ceci offre un nouvel outil pour étudier la fonction de TOR de plantes. / Target of rapamycin is a large kinase existing in most eucaryots such as plants and animals. It is at the center of a signaling pathway regulating growth and metabolism in response to environmental changes, which has been the subject of many studies in humans because of its implication in diseases like cancer. However in plants, the exploration of this pathway is less advanced but the development of ATP competitive inhibitors in humans has offered new possibilities for plant research. Indeed, the use of a TOR inhibitor has allowed us to screen an ethyl methansulfonate mutant bank and discover a new target of TOR: YAK1. The latter regulates growth by inhibiting proliferation notably through cyclin-dependant kinase inhibitors. The screen also allowed us to uncover TOR mutations which potentially affect TOR activity and/or affinity to the inhibitor. This offers a new tool for the study of TOR function in plants.

L'objectif du travail de thèse a été la mise en place de deux modélisations multi-physiques fondées sur des fondements théoriques communs mais appliquées à deux domaines de la recherche scientifique très différents: i) l'étude du comportement du béton au jeune âge pour la prévention de la fissuration précoce; ii) l'analyse des phénomènes physiques, chimiques et biologiques qui gouvernent la croissance et l'évolution de la tumeur cancéreuse. Le développement d'un outil numérique pour la modélisation du béton au jeune âge est très important pour la conception de structures durables. Le modèle développé pendant la thèse doctorale a été implanté sur le code aux éléments finis Cast3M, puis validé expérimentalement. Il permet de multiples applications: étude des sollicitations et des phénomènes de fissuration au jeune âge, gradients thermiques et hydriques, prédiction du retrait endogène et de dessiccation, étude de l'inhibition de l'hydratation causée par le séchage, prédiction du fluage et de la redistribution des contraintes associées, étude des réparations. Les équations qui gouvernent le comportement thermo-hydro-chemo-mécanique du béton au jeune âge ont plusieurs analogies formelles avec celles qui sont typiquement à la base de la modélisation de la croissance des tumeurs cancéreuses. L'élargissement de l'analyse numérique dans le domaine médical est d'un grand intérêt social en complément de l'intérêt scientifique. Les équations utilisées pour le béton ont été réadaptées, et le modèle mathématique obtenu a été implanté dans Cast3M. Les premiers résultats du modèle ont été satisfaisants et qualitativement très proches des données expérimentales de la littérature dans ce domaine.