Les Streptomyces sont des bactéries filamenteuses à Gram positif que l’on retrouve dans les couches superficielles du sol. La souche modèle S. coelicolor M145 est capable de produire des antibiotiques et accumuler de faibles quantités de triacylglycérol lorsqu’elle est mise en culture avec le glucose ou le glycérol comme source de carbone. La souche produit de l’actinorhodine seulement en culture avec le glycérol comme source de carbone, et nous assistons à une accumulation d’acides gras, notamment sous forme d’esters d’acide oléique avec l’une ou l’autre source de carbone. Ces accumulations d’acides gras ne durent que pendant une certaine période de temps, à l’issu de laquelle l’accumulation s’arrête, et on assiste à la production de métabolites secondaires qui peut s’accompagner de la consommation des acides gras précédemment accumulés. Ces observations suggèrent d’une part que la source de carbone est un effecteur différentiel dans la production de métabolites secondaire, et que d’autre part le métabolisme des lipides est lié au métabolisme secondaire. Ce travail de thèse va tenter d’établir les liens entre le métabolisme primaire et le métabolisme secondaire chez S.coelicolor via le métabolisme des lipides. Pour se faire, nous avons dans un premier temps défini un milieu synthètique, ainsi que des stratégies d’alimentation de type fed-batch en bioréacteur, pour permettre d’obtenir d’une part une phase de croissance exponentielle, et d’autre part une phase de croissance non exponentielle et imposée par une limitation en azote. Cette limitation nutritionnelle est classiquement utilisée à la fois lors des études de l’accumulation de lipides chez les microorganismes oléagineux tels que Yarrowia lipilytica ou Rhodotorula glutinis, et aussi dans le cas d’études de la production d’antibiotiques par les Streptomyces. L’étude du métabolome couplée à l’étude du protéome nous a permis d’établir la direction générale des flux globaux de carbone, d’énergie et de pouvoir réducteur lors des différentes phases de croissances. Ces travaux démontrent une hétérogénéité métabolique dans la population bactérienne totale, avec la présence de 2 à 3 sous-populations différentes pouvant coexister. Les évolutions temporelles du protéome et notamment des régulateurs transcritptomiques montrent des réactions tardives, très certainement dues à la présence d’effecteurs intracellulaires accumulés, ainsi qu’au dynamisme de la culture. / Streptomyces are filamentous Gram positive bacteria found in the soil upper layers. The model strain S. coelicolor M145 can produce antiobiotics and accumulate low levels of triacylglycerol when cultivated with glucose or glycerol as carbon source. This strain produces actinorhodin only when glycerol is used as carbone source, but the fatty acids accumulation as esterified oleic acid occurs with both carbon sources. However, the fatty acids accumulation only last for a short period of time, and afterward, a production of secondary metabolites is observed and the previously accumulated fatty acids are consummed. Those results suggest that the carbon source act as an effector for the production of secondary metabolites and the lipids metabolism is some ways linked to the secondary metabolism. With this work, we will try to establish the links between the primary and secondary metabolism via the lipids metabolism with S. coelicolor. First, in order to obtain cultures with an exponential growth phase and a non-exponential growth phase under a nitrogen limitation, a synthetic media and fed-batch feeding strategies have been designed. The nitrogen limitation is usually used to study lipids accumulation with oleaginous microorganisms such as Yarrowia lipilytica or Rhodotorula glutinis, and also during studies of antibiotics production with Streptomyces. The metabolomics study paired with the proteomics study made possible to establish the global directions of carbon, energy and reduced power fluxes during all the obtained growth phases. This work also showed that the microbial population is heterogeneous and 2 to 3 subpopulations can coexist with both carbon sources. The proteomics temporal changes and in particular of transciptional regulators show some late reactions to the nitrogen limitation especially when glycerol is used, probably because of the intracellular accumulation of effector compounds over time, and because of growth kinetics.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les Streptomyces sont des bactéries filamenteuses du sol à Gram +. Elles sont connues pour leur capacité à produire des métabolites secondaires utiles en médecine et en agriculture. S. coelicolor et S. lividans sont des souches modèles phylogénétiquement proches. Elles ont cependant des capacités contrastées à accumuler des lipides de réserve de la famille des triacylglycérol (TAG) et produire des métabolites secondaires alors qu’elles possèdent des voies de biosynthèse similaires pour ces deux types de molécules. En présence de glucose, S. coelicolor produit des niveaux élevés de métabolites secondaires spécifiques et son contenu en TAG est faible alors que c'est le contraire chez S. lividans. En revanche, en présence de glycérol, les deux souches accumulent une quantité de TAG similaire mais S. coelicolor produit aussi des métabolites secondaires. Le but de la présente thèse était de déterminer les caractéristiques métaboliques différentielles qui sous-tendent les différentes capacités biosynthétiques de ces deux souches modèles. Pour ce faire, une analyse protéomique comparative sans marquage des souches cultivées en milieu R2YE liquide ou solide en présence de glucose ou de glycérol comme principales sources de carbone a été réalisée en utilisant la technique de chromatographie liquide couplée à de la Spectrométrie de Masse en tandem (LC-MS / MS). Au total, 2024 et 4372 protéines ont été identifiées à partir des cultures liquides et solides, représentant 24% et 50% du protéome théorique. Les études en liquide ont révélé que le métabolisme de S. lividans était principalement glycolytique alors que le métabolisme de S. coelicolor était principalement oxydatif. Elles ont également indiqué que ces caractéristiques pourraient être liées au catabolisme préférentiel des acides aminés par rapport au glucose chez S. coelicolor par rapport à S. lividans. De plus, cette thèse constitue la première analyse protéomique du métabolisme de ces deux souches modèles en présence de glycérol. / Streptomyces are filamentous Gram+ soil bacteria well known for their ability to produce secondary metabolites useful in medicine and agriculture. S. coelicolor and S. lividans are phylogenetically closely-related model strains but they have contrasted abilities to accumulate storage lipids of the TriAcylGlycerol (TAG) family and to produce secondary metabolites whereas they possess similar pathways for the biosynthesis of these molecules. In the presence of glucose, S. coelicolor produces high levels of specific secondary metabolites and its TAG content is low whereas it is the opposite for S. lividans. In contrast, in the presence of glycerol, the two strains accumulated similar amount of TAG but S. coelicolor still produces secondary metabolites. The aim of the present thesis was to determine the differential metabolic features supporting such different biosynthetic abilities. To do so, a comparative label-free shotgun proteomic analysis of the strains grown in liquid or solid R2YE media with glucose or glycerol as main carbon sources was carried out using Liquid chromatography−tandem mass spectrometry (LC−MS/MS). A total of 2024 and 4372 proteins were identified in liquid and solid cultures, representing 24% and 50% of the theoretical proteome, respectively. These studies revealed that S. lividans metabolism was mainly glycolytic whereas S. coelicolor metabolism was mainly oxidative. They also suggested that these features might be related to the preferential catabolism of amino acids over glucose of S. coelicolor compared to S. lividans. Furthermore, this thesis constituted the first proteomic analysis of the metabolism of these two model strains in the presence of glycerol. / Streptomyces es un género de bacterias filamentosas Gram+ provenientes del suelo que son conocidas por su capacidad para producir metabolitos secundarios útiles en la medicina y agricultura. S. coelicolor y S. lividans son cepas modelo filogenéticamente próximas que presentan capacidades opuestas para acumular lípidos de reserva de la familia de los triglicéridos (TAG) y para producir metabolitos secundarios en tanto que ambas cepas poseen rutas metabólicas idénticas para la biosíntesis de éstas moléculas. En presencia de glucosa, S. coelicolor produce altos niveles de metabolitos secundarios específicos y su contenido de TAG es bajo mientras que en S. lividans el comportamiento es opuesto. Sin embargo, en presencia de glicerol, ambas cepas acumulan cantidades similares de TAG y S. coelicolor produce metabolitos secundarios. El objetivo de ésta tesis fue de determinar las características metabólicas que distinguen las diferentes capacidades biosintéticas mencionadas previamente. Por esto, un análisis protéomico comparativo sin marcaje de tipo “shotgun” fue realizado con las dos cepas cultivadas en medio R2YE líquido y sólido usando glucosa o glicerol como fuentes principales de carbono mediante Cromatografía Líquida en “tándem” acoplada a Espectrometría de Masas (LC-MS/MS). Un total de 2024 y 4372 proteínas fueron identificadas en cultivos en medio líquido y sólido, representando 24% y 50% del proteoma teórico, respectivamente. El presente estudio demostró que el metabolismo de S. lividans fue principalmente glicolítico mientras que el metabolismo de S. coelicolor fue principalmente oxidativo. También se sugiere que éstas características pueden estar relacionadas con la preferencia catabólica de aminoácidos sobre el catabolismo de glucosa de S. coelicolor comparada con S. lividans. Además, la presente tesis constituye el primer análisis proteómico del metabolismo de éstas dos cepas modelo en presencia de glicerol.

Les plantes sont des organismes immobiles qui doivent répondre et s’adapter à des contraintes abiotiques et biotiques. Parmi les stress biotiques, les maladies virales, établies ou émergentes, peuvent être responsables de pertes de rendement majeures aux conséquences économiques importantes. Face aux phytovirus la lutte génétique constitue le moyen de lutte le plus efficace, le plus respectueux de l’environnement et du consommateur. Comprendre l’interaction entre les plantes et les virus reste indispensable pour rechercher de nouvelles sources de résistances. Ce travail de thèse s’intéresse à l’étude du pathosystème naturel Arabidopis thaliana/Turnip mosaic virus (TuMV). Les essais ont été menés majoritairement en conditions extérieures permettant une analyse de l’interaction dans un environnement multistress. La réponse d’A. thaliana a été explorée par l’étude de traits liés à la maladie et par la variation en métabolites primaires et secondaires. Ce travail a permis i) de caractériser de façon fine la réponse d’A. thaliana au TuMV en conditionsmultistress en exploitant la diversité naturelle d’une population mondiale et française ii) de déterminer l’architecture génétique de cette interaction par des approches de génétique d’association et de QTL mapping. Plusieurs nouveaux loci potentiellement impliqués dans la réponse ont été identifiés iii) de montrer l’intérêt du phénotypage métabolique pour discriminer les accessions en fonction de leur sensibilité au TuMV. La multidisciplinarité des approches constitue la richesse de ce travail de thèse qui contribue à une meilleure caractérisation et compréhension de la réponse des plantes lors d’une infection virale. / Plants are immobile organisms which have to adapt to abiotic and biotic constraints. Among bioticstress, established or emerging viral diseases, may be responsible for major yield losses withsignificant consequences. Genetic control is the most effective, environmentally and consumerfriendlyway to control viral infections. Understanding plant/virus interactions remains essential tosearch for new sources of resistance. This work, focuses on the study of the natural pathosystemArabidopsis thaliana/Turnip mosaic virus (TuMV). Most of the trials were conducted in commongarden conditions allowing the analysis of the interaction in a multistress environment. A. thaliana’sresponse was explored through the study of disease-related traits and the variations in primary andsecondary metabolites. This work allows i) the fine characterization of A. thaliana’s response toTuMV in multistress conditions through the exploration of the natural diversity of a world and Frenchpopulation ii) to determine the genetic architecture of this interaction by genome wide associationsand QTL mapping. Several new loci potentially involved in the response have been identified iii) tohighlight the interest of metabolic phenotyping to discriminate accessions according to theirsusceptibility to TuMV. The multidisciplinary approaches contribute to a better characterization andunderstanding of plant-virus interaction.

Les insectes endophytophages, tels que les insectes foreurs de tiges, les galligènes et les mineurs de feuilles, vivent et se nourrissent à l’intérieur des végétaux. L'hypothèse de l'alimentation sélective stipule que ces organismes endophytes possèdent un avantage adaptatif par rapport aux ectophages en accédant aux tissus les plus nutritifs tout en évitant les principaux composés défensifs de la plante. Ce comportement d’alimentation sélective peut être également renforcé par une manipulation de la physiologie de la plante comme cela a été démontré chez les insectes galligènes mais également suggéré chez certains insectes mineurs. Ces derniers sont en effet capables d’induire un phénotype « îles vertes » qui se manifestent par la persistance de la photosynthèse au niveau de la zone minée à l'automne alors que le reste de la feuille entre en sénescence et jaunit. L’objectif de notre étude a été d’étudier, en conditions de terrain, les capacités de manipulation du végétal dans le système Malus domestica / Phyllonorycter blancardella. Cet insecte hautement spécialisé complète l’ensemble de son développement dans une zone restreinte d’une seule feuille. / Endophytophagous insects, such as stem-boring, gall-forming and leaf-mining insects, live within plant tissues and feed internally. The selective feeding hypothesis states that this life-style presumably provides adaptive advantages for the insect over other external-feeding modes by allowing access to most nutritional tissues while avoiding main plant defensive compounds. This selective feeding behavior can be reinforced by manipulating the plant physiology which has been clearly demonstrated in gallers but also suggested in leaf-miner insects due to the autumnal formation of “green islands” around mining caterpillars in yellow leaves. This study aimed to investigate, under field conditions, the ability of insects to manipulate their host-plant in the Malus domestica / Phyllonorycter blancardella biological system. This insect is highly specialized and entirely develops within a restricted area of a single leaf. We first characterized the plant-insect interface by describing larval mouthparts and leaf anatomy alterations resulting from the insect feeding activity.