Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La rose présente un intérêt économique très important tant pour son utilisation pour la parfumerie et les cosmétiques que pour son utilisation en horticulture. La rose moderne résulte d'un long processus de sélection au cours duquel les variétés cultivées pour la fleur coupée, notamment, ont perdu leur parfum. Le parfum des roses est un mélange complexe de composés volatils, parmi lesquels les monoterpènes représentent une proportion importante. Aujourd'hui, le parfum est devenu un caractère de choix pour les créateurs de nouvelles variétés. Dans un premier temps, nous nous sommes attaché à caractériser le pétale de rose en tant qu'organe producteur et sécréteur de composés volatils. Nous avons pu montrer que les deux épidermes du pétale produisent et émettent des composés et renferment une enzyme responsable de leur synthèse. Des structures caractéristiques de la synthèse des monoterpènes ont été mises en évidence. Une étude comparative des pétales de roses parfumées et inodores a été réalisée parallèlement. Dans un deuxième temps, deux gènes impliqués dans la biosynthèse des monoterpènes ont été isolés : RhDXR et RhGPPS. L'activité enzymatique de la protéine RhGPPS n'a pas pu être mise en évidence in vitro. L'expression de ce gène est constitutive et non spécifique des roses produisant des monoterpènes. Le gène RhDXR code pour une protéine fonctionnelle. Son expression a été étudiée par RT-PCR semi-quantitative et sa localisation subcellulaire a été précisée par des fusions avec la GFP. Des tabacs transgéniques surexprimant RhDXR sont en cours d'analyse, dans le but d'évaluer la capacité des plantes à augmenter leur production en composés volatils.

Les réactions de cycloisomérisation d’énynes catalysées par les métaux de transition sont de puissants outils en synthèse organique: elles donnent accès, en une seule étape économe en atomes, à une variété de structures intéressantes mono- ou bicycliques, comportant des motifs 1,4-diène, 1,3-diène, cyclobutène ou cyclopropane. Afin d’accéder à de nouvelles molécules dérivées de monoterpènes, des 1,6- et 1,7-énynes à pont oxygène ont été préparés à partir de l’alcool péryllique, du nérol et de l’isopulégol, et leur réactivité dans les réactions de cycloisomérisation catalysées par des sels ou des complexes des métaux de transition a été étudiée. De nouvelles molécules bi- et tricycliques contenant des motifs cyclopropane, 1,3- ou 1,4-diènes ont ainsi été synthétisées. Toutes ces molécules ont été purifiées et caractérisées par RMN techniques. Différents systèmes catalytiques décrits dans la littérature ont été comparés : PtCl2, AuCl3, [AuCl(PPh3)/AgPF6] et Rh2Cl2(CO)4. Nous avons ainsi pu montrer que la nature du produit de la réaction dépendait surtout de la structure de l’ényne initial mais aussi du catalyseur mis en jeu. De plus nous avons mis en évidence que la cinétique et la sélectivité pouvaient être modifiées lorsque les réactions étaient faites sous une atmosphère de CO. Dans un second temps, une version asymétrique de la réaction a été explorée dans le cas de l’1,6- ényne dérivé de l’alcool péryllique, en préparant des complexes du platine ou de l’or portant des ligands phosphorés chiraux. L’excès diastéréoisomérique observé sur les deux cyclopropanes obtenus a ainsi pu être augmenté dans le cas des complexes de l’or (I), mais les valeurs restent encore modestes. Enfin, nous avons entrepris une étude préliminaire de la réaction de cycloisomérisation en milieu liquide ionique dans le but de concevoir un système efficace de recyclage du catalyseur. Différents liquides ioniques et différents solvants d’extraction ont été testés pour la réaction avec l’1,6-ényne dérivé de l’alcool péryllique. L’activité et la sélectivité des différents catalyseurs se sont avérées modifiées par rapport à la réaction dans le solvant toluène et des problèmes de reproductibilité sont apparus. Cette étude devra être poursuivie afin d’optimiser les conditions de réaction et de recyclage. / The transition metals catalyzed cycloisomerization reactions of enynes are a powerful tool in organic synthesis: they give access, in only one atom-economic step, to a variety of interesting mono- or bicyclic structures, comprising 1,4-diene, 1,3-diene, cyclobutene or cyclopropane moieties. In order to reach new molecules derived from monoterpenes, O-tethered 1,6- and 1,7- enynes were prepared starting from perillyl alcohol, nerol and isopulegol, and their reactivity in cycloisomerization reactions catalyzed by transition metals salts or complexes was studied. New bi- and tricyclic molecules containing cyclopropane, 1,3- or 1,4-dienes moieties were thus synthesized. All these molecules were purified and characterized by NMR techniques. Various catalytic systems described in the literature were compared: PtCl2, AuCl3, [AuCl(PPh3)/AgPF6] and Rh2Cl2(CO)4. We thus could show that the nature of the final product depended especially on the starting enyne structure but also on concerned catalyst. Moreover we highlighted that kinetics and selectivity could be modified under CO atmosphere. Analogously, an asymmetrical version of the reaction was explored in the case of the 1,6-enyne derived from perillyl alcohol by preparing platinum or gold complexes with chiral phosphorated ligands. The observed diastereoisomeric excess on two obtained cyclopropanes thus could be increased in the case of gold (I) complexes, but the values remain still modest. Finally, we undertook a preliminary study of the cycloisomerization reaction in ionic liquid with an aim of conceiving an effective system for catalyst recycling. Various ionic liquids and different extraction solvents were tested for 1,6-enyne derived from perillyl alcohol. The activity and the selectivity of various catalysts proved, resulted modified compared to the reaction in toluene and reproducibility problems appeared. This study will have to be continued in order to optimize the conditions of reaction and the catalysts recycling.

La fonctionnalisation par voie catalytique de substrats naturels a été menée dans le but d’accroître l’activité biologique reconnue de la molécule naturelle de départ ou de découvrir de nouvelles activités. Des réactions catalytiques telles que l’hydroformylation et l’alcoxycarbonylation mettant en jeu le monoxyde de carbone et catalysées par des complexes du rhodium et du palladium ou encore la réaction de cycloisomérisation catalysée par des complexes d’or ou du platine ont déjà permis d’accéder sélectivement à de nouvelles molécules intéressantes. Dans une première partie nous nous sommes intéressés à l’huile essentielle du cèdre de l’atlas (cedrus atlantica) qui est constituée d’une partie hydrocarbure et d’une partie oxygénée. Notre étude s’est focalisée sur la partie oxygénée de l’huile essentielle du cèdre de l’atlas qui est composée de deux cétones isomères, les Z- et E-α- atlantones. La réaction de cyclocarbonylation des alcools allyliques dérivés des α-atlantones a été étudiée. Cette réaction catalysée par des complexes du palladium permet d’obtenir des lactones à 5 et à 6 chainons. Plusieurs systèmes catalytiques de type [PdCl2L2]/SnCl2.2H2O ont été testés, lors de cette étude et nous avons montré que la regiosélectivité de la réaction peut être contrôlée par la nature du ligand utilisé. Ainsi, les ligands monophosphines favorisent la formation des lactones à 6 chainons obtenues sous forme de deux diastéréoisomères et les ligands diphosphines favorisent la formation de celles à 5 chainons obtenues sous forme de quatre diastéréoisomères. Ces lactones sont complètement caractérisées par RMN 1D et 2D et la spectrométrie de masse. Des monocristaux ont été obtenus et analysés par diffraction des rayons X. Dans une deuxième partie, la synthèse d’aldéhydes par réaction d’hydroformylation à partir de l’estragol, un allylbenzène extrait de l’huile essentielle de l’estragon, a été étudiée en présence du système catalytique [Rh(cod)(OMe)]2/ligand phosphole. Ainsi, nous avons évalué l’activité de plusieurs ligands phospholes dans cette réaction d’hydroformylation. Tous les ligands phospholes testés se sont révélés actifs et chimiosélectifs dans la réaction d’hydroformylation d’estragol pour donner majoritairement l’aldéhyde linéaire correspondant. Dans une étude préliminaire, nous avons étudié la réaction de cycloisomérisation d’énynes oxygénés dérivés d’α-atlantones catalysée par des complexes d’or ou du platine. / The catalytic functionnalisation of the natural substrates have been developped to increase their own biological activity or to give them new biological properties. The reactions such as hydroformylation, alkoxycarbonylation and cyclocarbonylation in presence of carbon monoxide catalyzed by rhodium or palladium complexes or cycloisomerisation catalyzed by gold or platinium complexes give an access to new interesting molecules with high selectivity. In first part we have been interested in study of the essential oil of the Atlas Cedar (Cedrus Atlantica). We focused in this study on the oxygenated fraction, which contains the two sesquiterpenic ketone,isomers Z- and E-α-atlantone. Starting from allylic alcohols derived from α-atlantone, the cyclocarbonylation reaction catalyzed by palladium complexes have been investigated. This reaction provide a mixture of five and six membered ring lactones with excellent conversion and excellent chemioselectivity. Different catalytic systems [PdCl2L2]/SnCl2.2H2O or [Pd(OAc)2]/L have been studied. The regiochemical control depends on the nature of the ligand L. The monophosphine ligands favor the formation of the six-membered ring lactones obtained as two diastereomers, while the diphosphine ligands allow the formation of the five- membered ring lactone obtained as four diastereomers. These new lactones were fully characterized by 1D and 2D NMR and mass spectrometry. Monocrystals of the six- and five-membered ring lactones suitable for X-ray diffraction analysis have been obtained. In a second part the hydroformylation reaction of estragol, a natural allylbenzene extracted from the essential oil of estragon, have been studied with the catalytic system [Rh(cod)(OMe)]2/phospholes. All the phosphole ligands show good activities and chemoselectivities in the hydroformylation of estragol and affords the linear aldehyde corresponding as a major product. In a preliminary study, we have investigated the cycloisomerisation reaction of o-tethered enynes derived from α-atlantones catalyzed by gold or platinum complexes.

La rose est l'une des plantes ornementales les plus populaires, dont les composés volatils sont non seulement impliqués dans les interactions des fleurs avec l’environnement au sens large, mais aussi largement utilisés dans l’industrie des arômes et parfums. Le chapitre 1 décrit l'histoire de la culture de la rose, les usages de son parfum, les connaissances actuelles sur la biosynthèse des composés de ce parfum, ainsi que les voies de biosynthèse des composés volatils qui ont été récemment élucidées chez différentes plantes. Les chapitres expérimentaux 2 et 3 analysent les fonctions de deux gènes exprimés dans les pétales de rose. Ils codent pour des protéines Nudix hydrolase 1 (NUDX1). Le gène NUDX1-1 (nommé RhNUDX1 dans la publication) a été découvert en comparant les transcriptomes de deux cultivars de rose, Rosa x hybrida cv. 'Papa Meilland' (PM) très parfumé et R. x hybrida cv. 'Rouge Meilland' (RM), dépourvu de parfum. Le gène RhNUDX1-1 n'est exprimé que chez PM et son expression est corrélée avec la production de monoterpènes dans les pétales, en particulier de géraniol. Lors de l'étude d'une descendance issue du croisement de R. chinensis cv. ‘Old Blush’ (OB) et de R. x wichurana (Rw), le gène orthologue RcNUDX1-1a, présentant la même fonction, a été caractérisé chez OB. Un gène paralogue, RwNUDX1-2, a été découvert chez Rw et il a été démontré que son expression présentait une corrélation avec la production sesquiterpènes, en particulier de E,E-farnesol. Une série d'analyses in vitro et in vivo ainsi qu'une analyse de corrélation ont permis de vérifier la fonction de RhNUDX1-1, qui hydrolyse le géranyl diphosphate (GPP) en géranyl monophosphate (GP). Une phosphatase non identifiée pourrait catalyser la transformation du GP en géraniol. Des expériences de fusion avec la Green Fluorescent Protein (GFP), suivies de transformation transitoire de feuilles de tabac, ont révélé que RhNUDX1-1 était localisée dans le cytoplasme. Les mêmes approches (analyses QTL, essais enzymatiques et expression transitoire) ont également été appliquées à RwNUDX1-2, démontrant sa fonction dans la production de E,E-farnesol. La cartographie de RwNUDX1-2 et la localisation subcellulaire de la protéine sont encore à l'étude. De plus, la cristallographie des protéines et la modélisation ont été employées pour étudier le mécanisme de l'interaction NUDX1-substrat et les acides aminés potentiellement importants pour la reconnaissance du substrat. Collectivement, ces données révèlent une voie alternative pour la biosynthèse des terpènes, en particulier le géraniol et E,E-farnesol, via l'hydrolyse des prényl diphosphates par les enzymes NUDX1. Nos résultats montrent que la production de composés volatils dans les pétales est fortement corrélée avec l’expression des gènes des voies de biosynthèse. Par conséquent, la régulation transcriptionnelle de RcNUDX1-1a et RwNUDX1-2 joue probablement un rôle important dans la production de parfum. Les promoteurs de RcNUDX1-1a, RcNUDX1-1b, et RwNUDX1-2 et deux facteurs de transcription (FT), RcbHLH79 (OB TF) et RwbHLH79 (Rw TF) ont ainsi été isolés et testés (Chapitre 4). Les FT candidats ont été choisis lors d’une analyse RNA-Seq (Chapitre 5). En utilisant des tests d'expression transitoire avec le gène rapporteur GUS (β-glucuronidase) dans les pétales de rose, il a été montré que les trois promoteurs pouvaient entraîner l'expression de GUS. Les deux FT ont ensuite été introduits dans des feuilles de tabac avec les promoteurs testés, pour voir s'ils étaient capables d'activer ces promoteurs. Aucune transactivation significative n'a été détectée, même si Rw TF semblait pouvoir activer une construction témoin (promoteur du gène de la tomate TPS5. Les transcriptomes de quatre cultivars de rose, dont deux produisent du géraniol mais pas de E,E-farnesol et deux autres produisent du E,E-farnesol mais pas de géraniol, ont été analysés (Chapitre 5) et ont abouti à une liste de FT putatifs pour une étude plus approfondie / Roses are one of the most popular ornamental plants, whose volatiles are not only involved in environmental interactions but also widely used for industries. Chapter 1 describes the cultivation history of roses, usages of rose fragrance, knowledge on the biosynthesis of rose scent compounds, as well as non-canonical biosynthesis pathways of other plant volatiles. Experimental chapters (Chapter 2 and 3) analyse the functions of two genes expressed in rose petals, both encoding Nudix hydrolase 1 (NUDX1) protein. NUDX1-1 gene (named RhNUDX1) was first discovered by comparing the transcriptomes of two rose cultivars, the scented Rosa x hybrida cv. ‘Papa Meilland’ (PM) and the unscented R. x hybrida cv. ‘Rouge Meilland’ (RM). RhNUDX1-1 was only expressed in scented PM and its expression exhibited a positive correlation with the monoterpenoid production in petals, especially geraniol. When studying a rose progeny of R. chinensis cv. ‘Old Blush’ (OB) and R. x wichurana (Rw), an orthologous gene RcNUDX1-1a was found in OB, whose expression also had positive correlation with geraniol emission. A paralogous gene in Rw, RwNUDX1-2, was discovered and it was shown that its expression displayed a correlation with the sesquiterpenoid production, especially E,E-farnesol. A series of in vitro and in vivo assays as well as correlation analyses verified the function of RhNUDX1-1, which hydrolysed geranyl diphosphate (GPP) to geranyl monophosphate (GP). The transformation of GP into geraniol is supposed to be processed by an, as yet, unidentified phosphatase. The prediction of the localisation together with green fluorescent protein (GFP) fusion experiments revealed that RhNUDX1-1 was located in the cytosol. A series of approaches (QTL analyses, enzymatic assays and transient expression studies) were also applied to RwNUDX1-2, demonstrating its function in the production of E,E-farnesol. Mapping of RwNUDX1-2 and subcellular localization of the protein are still under investigation. Furthermore, protein crystallography and protein modelling illustrated the NUDX1-substrate interaction and proposed several residues that may be important for substrate recognition, although further experimental and computational data are required to gain more insight into the enzymatic mechanism. Collectively, these data revealed an alternative pathway for the biosynthesis of terpenoids, especially geraniol and E,E-farnesol, in rose, via the hydrolysis of prenyl diphosphates by NUDX1 enzymes. Transcriptional regulation of RcNUDX1-1a or RwNUDX1-2 probably plays an important role in the scent production by rose petals. Therefore, three promoters, pOB1a (promoter of RcNUDX1-1a), pOB1b (promoter of RcNUDX1-1b, not expressed in rose petals), pRw (promoter of RwNUDX1-2) were cloned and tested (Chapter 4). In addition, two transcription factors (TFs), RcbHLH79 (OB TF) and RwbHLH79 (Rw TF) candidates were chosen via RNA-Seq analysis as their expression correlated with expression of RcNUDX1-1a or RwNUDX1-2, respectively (Chapter 5). Using transient expression assays with a reporter gene, β-glucuronidase (GUS) in rose petals, it was shown that all three promoters could drive the expression of GUS, suggesting that all of them are active. However, quantification of promoter activities is still needed. OB TF and Rw TF were introduced into Nicotiana benthamiana leaves together with the promoters driving GUS , to determine if they were able to activate these promoters. However, no significant transactivation was detected in any promoter-TF combination. The expression of the TF in the progeny was also analysed but, due to the similarity of the sequences of family members, no conclusive data were obtained. Transcriptomes of the petals four roses, two of which produce geraniol but not E,E-farnesol and two that produce E,E-farnesol but not geraniol, were analysed (Chapter 5) and this resulted in a list of putative scent related genes and transcription factors for further study

Le gène RhDIF1 s'exprime uniquement dans les pétales de roses parfumées et au moment où la fleur produit des monoterpènes comme le géraniol, le citronellol ou le nérol. RhDIF1est donc un gène candidat pour être impliqué dans la production de monoterpènes chez les roses parfumées. Le travail de cette thèse consiste à trouver une explication pour l'absence de l'expression de RhDIFI1 chez des roses peu parfumées et à caractériser moléculairement la protéine recombinante RhDIF1. L'absence d'expression de RhDIF1 chez les roses peu parfumées est probablement due à des perturbations importantes dans le promoteur du gène en comparaison avec le promoteur de RhDIF1 chez une rose parfumée. La séquence de la protéine RhDIF1 possède un domaine caractéristique nudix hydrolase. Les nudix hydrolases sont des pyrophosphohydrolases clivant par exemple des dNTPs oxydés mutagènes, des molécules tels que l'ADP-ribose potentiellement toxiques ou encore le NADP. Des essais d'activités enzymatiques de la protéine RhDIF1 avec du GPP n'ont pas montré la production de monoterpènes. Une potentielle activité IPP isomérase de RhDIF1 doit être testée. Aussi, des conversions entre le géraniol et d'autres monoterpènes chez les roses parfumées peuvent nécessiter du NADP comme cofacteur et une possible implication de RhDIF1 dans ces réactions via le métabolisme du NADP doit également être vérifiée. Sur la base de l’homologie de séquence de RhDIF1 avec la 8-oxo-dGTPase AtNUDX1 d’Arabidopsis thaliana, des essais d'activités enzymatiques avec le dATP, dCTP, dGTP, dTTP et le nucléotide oxydé mutagène 8-oxo-dGTP ont montré que RhDIF1 clive ces substrats sauf le dCTP. En outre, la détermination de valeurs de Km vis à vis de ces dNTPs tendent à montrer que RhDIF1 clive préférentiellement des substrats contenant une purine. Une activité spécifique de RhDIF1 sur le dATP nettement supérieure à celles des autres dNTPs nous incitent à nous poser la question si le nucléotide oxydé mutagène 2-hydroxy-dATP n'est pas aussi un potentiel substrat de RhDIF1. Dans l'hypothèse où RhDIF1 serait une nudix hydrolase dégradant des dNTPs oxydés mutagènes, RhDIF1 aurait alors comme rôle la détoxification du pool de nucléotide en éliminant les dNTPs oxydés apparus suite à un stress oxydatif pouvant avoir comme origine la production de géraniol par les pétales de rose / The expression of the RhDIF1 gene is observed only in petals of scented roses when the flower emit monoterpenes. Thus, RhDIF1 has been thought to be involved in the production of such compouds in scented roses. During this thesis, an explanation for the absence of expression of RhDIF1 in non-scented roses and a molecular characterization of the RhDIF1 recombinant protein have been investigated. The absence of expression of RhDIF1 in non-scented roses may be due to strong modifications observed in the promoter compared to the RhDIF1 homolog in a scented rose. A typical nudix domain is included in the RhDIF1 protein sequence. Nudix hydrolases are pyrophosphohydrolases cleaving mutagenic oxidated dNTPs, potentially toxic molecules like ADP-ribose or NADP for examples. Enzymatic assays of RhDIF1 with GPP showed any production of monoterpenes. A potential IPP isomerase activity of RhDIF1 must be tested. Also, conversions between geraniol and other monoterpenes in scented roses may needs NADP as cofactor and a possible involvement of RhDIF1 in these reactions via the NADP metabolism must be checked too. Based on the sequence homology between RhDIFI1and the Arabidopsis thaliana 8-oxo-dGTPase AtNUDX1, enzymatic assays with RhDIF1 and dATP, dCTP, dGTP, dTTP and the mutagenic oxidated nucleotide 8-oxo-dGTP showed a catalytic activity of RhDIF1 on these substracts excepted for dCTP. Moreover, Km values seem to show that RhDIF1 preferentially cleaves purine containing substract. A specific activity higher for dATP than the other dNTP lead us to think if the mutagenic oxidated nucleotide 2-hydroxy-dATP could be a potential substract for RhDIF1. Thus, RhDIF1 could be involved in the nucleotide pool sanitization by eliminating oxidated nucleotides appeared from an oxidative stress potentially due to the geraniol production by rose petal

Peu d'enzymes de synthèse de composés odorants sont connues chez le genre Rosa. Ce travail de thèse a permis l'identification de quelques-unes de ces protéines grâce à la technologie des puces à ADN, à l'analyse de l'expression des gènes par RT-PCR quantitative en temps réel (qPCR) et à l'analyse des parfums par chromatographie en phase gazeuse (CPG). Une puce confrontant les ADNc d'une rose parfumée à ceux d'une rose non parfumée a permis de corréler l'expression d'un gène, codant pour une Nudix hydrolase, très fortement exprimé dans la rose parfumée, avec la présence des monoterpènes dans le parfum de nombreux cultivars de rosiers. La caractérisation d'un rosier dont l'expression de ce gène est fortement réduite par ARN interférants, a permis de confirmer le rôle de celui-ci dans la synthèse des monoterpènes. La phénylacétaldéhyde synthase (PAAS) est une autre enzyme participant à la synthèse du parfum. Trois allèles de cette protéine ont précédemment été mis en évidence. Les résultats de qPCR et de CPG dans une population hybride ont permis de montrer que l'allèle a1 est le seul à pouvoir induire la synthèse et l'émission de 2-phényléthanol. Les activités respectives des différentes isoformes ont été testées in vitro chez la levure et in planta dans des feuilles de tabac et des cals de rosier : ces expériences montrent que les trois isoformes ont des activités comparables. L'absence de synthèse de 2-phényméthanol chez les plantes présentant les isoformes a2 et a3 réside donc dans la très faible expression de leurs allèles, induisant probablement une faible concentration de l'isoforme dans les cellules

Peu d’enzymes de synthèse de composés odorants sont connues chez le genre Rosa. Ce travail de thèse a permis l’identification de quelques-unes de ces protéines grâce à la technologie des puces à ADN, à l’analyse de l’expression des gènes par RT-PCR quantitative en temps réel (qPCR) et à l’analyse des parfums par chromatographie en phase gazeuse (CPG). Une puce confrontant les ADNc d’une rose parfumée à ceux d’une rose non parfumée a permis de corréler l’expression d’un gène, codant pour une Nudix hydrolase, très fortement exprimé dans la rose parfumée, avec la présence des monoterpènes dans le parfum de nombreux cultivars de rosiers. La caractérisation d’un rosier dont l’expression de ce gène est fortement réduite par ARN interférants, a permis de confirmer le rôle de celui-ci dans la synthèse des monoterpènes. La phénylacétaldéhyde synthase (PAAS) est une autre enzyme participant à la synthèse du parfum. Trois allèles de cette protéine ont précédemment été mis en évidence. Les résultats de qPCR et de CPG dans une population hybride ont permis de montrer que l’allèle a1 est le seul à pouvoir induire la synthèse et l’émission de 2-phényléthanol. Les activités respectives des différentes isoformes ont été testées in vitro chez la levure et in planta dans des feuilles de tabac et des cals de rosier : ces expériences montrent que les trois isoformes ont des activités comparables. L’absence de synthèse de 2-phényméthanol chez les plantes présentant les isoformes a2 et a3 réside donc dans la très faible expression de leurs allèles, induisant probablement une faible concentration de l’isoforme dans les cellules / Very few enzymes responsible for the biosynthesis of scent compounds in the genus Rosa are known so far. This PhD thesis aims to identify some of these proteins with DNA microarray technology, gene expression analysis by real-time quantitative PCR (qPCR) and scent analysis by gas chromatography (GC). An array comparing cDNA from a scented rose to those of a non-scented one, showed a correlation between expression of a yet-unknown gene, encoding a Nudix hydrolase, highly expressed in the scented rose, and the presence of monoterpenes in the scent of many rose cultivars. Characterization of a rose cultivar, in which expression of this gene has been decreased by RNA interference, confirmed its role in monoterpene synthesis. The phenylacetaldehyde synthase (PAAS) is another enzyme implicated in scent biosynthesis. Three alleles of this protein had been previously described. qPCR and GC experiments in a hybrid population showed that the a1 allele is the only one able to induce 2-phenylethanol biosynthesis. The respective activities of the different isoforms were tested in vitro in yeast, and in planta in tobacco leaves and rose calli: these experiments showed that the three isoforms have comparable activities. The lack of 2-phenylethanol production in plants having a2 and a3 isoforms is thus due to the very low expression of their respective alleles, probably inducing very low isoform concentration in cells

Les composés organiques volatils (COV) sont des composants clé en chimie atmosphérique. Ils participent à des réactions photochimiques dans la basse atmosphère et jouent ainsi un rôle majeur dans le cycle de l'ozone troposphérique et la formation d‘aérosols organiques secondaires. A l'échelle globale, ces COV sont à 10% d'origine anthropique et à 90% d'origine biotique. Les enjeux liés aux émissions de COVB sont d‘autant plus importants en région méditerranéenne en raison du potentiel d‘émission élevé ainsi que des évènements réguliers de pollution photochimique. Cette thèse propose, à travers deux campagnes de mesures intensives, la caractérisation expérimentale des COVB et de leurs produits d‘oxydation dans deux sites ruraux représentatifs de la végétation méditerranéenne.Dans le cadre du projet CANOPEE (ANR-JCJC 2011-2014) une campagne de mesure a eu lieu à l‘Observatoire du chêne pubescent de Haute Provence (O3HP). Des mesures de concentrations et de flux d‘émission ont été réalisées à l‘échelle de la canopée dans le but de quantifier l‘export des COVB hors canopée et d‘étudier la chimie intra-Canopée. Dans la forêt de l‘O3HP, des concentrations en isoprène très élevées ont été mesurées, en particulier au sein de la canopée où elles ont atteint 16 ppbv les journées les plus chaudes. Selon le facteur d‘émission de 7.2 mg m-2 h-1 déterminé, la forêt de chênes pubescents de l‘O3HP fait partie des écosystèmes les plus fortement émetteurs d‘isoprène à travers le monde. Parmi les COV oxygénés, seul le méthanol a des flux d‘émission significatifs, avec un taux d‘émission moyen égal à 0.3 mg m-2 h-1. Un des points forts de ce travail a consisté en l‘étude du transport et de la chimie intra-Canopée. D‘après nos estimations, les processus intra-Canopée sur le site de l‘OHP jouent un rôle mineur sur les flux nets d‘isoprène sortant de la canopée.La deuxième campagne de mesure s‘inscrit dans le cadre du programme ChArMEx (Chemistry-Aerosol Mediterranean Experiment). Elle a pris place sur le site du Cap Corse, situé à distance des sources anthropiques et qui abrite une diversité d'espèces végétales. Les résultats obtenus ont permis la quantification et spéciation de nombreux COVB. Un grand contraste dans la signature des émissions de COVB a été observé entre les deux sites d‘étude. Ainsi, tandis que l‘isoprène est responsable de plus de 90% des COVB en termes de concentrations à l‘OHP, il ne représente que 35% de leurs concentrations totales au Cap Corse. Les 65% restants sont composés de nombreux monoterpènes. Ces résultats ont également mis en évidence la chimie rapide des COVB et l‘importance de leur contribution à la formation de composés secondaires oxygénés dans les conditions de photochimie intense qui caractérisent le bassin méditerranéen en période estivale.Au Cap Corse, comme à l‘O3HP, les COVB représentent le puit dominant des radicaux hydroxyles. En présence de NOx et pour des concentrations équivalentes à celles de l‘OHP ou du Cap Corse, le potentiel des COVB à former de l‘ozone a été évalué à 10 ppbv en moyenne. / Volatile organic compounds (VOCs) are key components in atmospheric chemistry. They participate in photochemical reactions in the lower atmosphere and thus play a major role in the formation of tropospheric ozone and secondary organic aerosols. Biogenic VOCs (BVOCs) constitute approximately 90% of global VOC emissions. In the Mediterranean region, the emissions and reactivity of BVOCs are enhanced due to high temperatures and sunny conditions. In this context, this work proposes, through intensive field campaigns, the experimental characterization of BVOCs and their oxidation products in two rural sites where the vegetation is representative of the Mediterranean region. Within the framework of the CANOPEE program (ANR-JCJC 2011-2014) an intensive field campaign took place at the Oak Observatory of the Observatoire de Haute Provence (O3HP). Measurements of concentrations and emission fluxes were carried out in order to quantify the export of BVOC off the canopy and study in-Canopy processes. High concentrations of isoprene were measured with daily maximum ambient concentrations ranging between 2-16 ppbv inside the forest. According to the emission factor of 7.2 mg m-2 h-1 determined, downy oak forest of the O3HP is one of the strongest emitters of isoprene worldwide. Evidence of direct emission of methanol was also found exhibiting an average emission rate equal to 0.3 2 mg m-2 h-1. One of the strengths of this work consisted in the study of transport and intra-Canopy chemistry. In-Canopy chemical oxidation of isoprene was found to be weak and did not seem to have a significant impact on isoprene concentrations and fluxes above the canopy. The second field campaign is part of the ChArMEx (Chemistry-Aerosol Mediterranean Experiment) program. It took place on the remote site of Cap Corse, characterized by a strong diversity of plant species. The rich dataset obtained allowed the quantification and speciation of many BVOCs. A great contrast in the signature emissions was observed between the two study sites. Thus, while isoprene is responsible for over 90% of BVOCs in terms of concentrations at the O3HP, it represents only 35% of their total concentrations in Cap Corse. The remaining 65% are composed of many monoterpenes. These results have also highlighted the rapid chemistry of BVOCs and the importance of their contribution to the formation of secondary oxygenated compounds under intense photochemistry conditions, typical of the summertime in the Mediterranean basin. Biogenic BVOCs represented the dominant hydroxyl radicals sink at the O3HP as well as in Cap Corse. In the presence of NOx, the potential of the measured BVOCs to produce ozone has been estimated at about 10 ppbv on average.

Deux objectifs étroitement liés sont poursuivis dans ce travail. Tout d'abord contribuer au développement de la RMN du carbone 13 en tant qu'outil d'analyse des mélanges complexes naturels et en particulier des huiles essentielles. Parallèlement, contribuer à la diversification de l'offre PPAM en région Corse en caractérisant les plantes par l'étude détaillée de la composition chimique des huiles essentielles qui en sont extraites et en essayant d'établir les relations entre la nature des constituants et les propriétés des plantes (activité biologique). Nous avons réalisé des mélanges binaires de mono, sesqui- et diterpènes oxygénés qui montrent que les liaisons hydrogène intermoléculaires sont responsables des variations de déplacements chimiques des carbones dans le spectre du mélange par rapport aux valeurs des composés purs. Par ailleurs, il est probable que d'autres liaisons faibles (Van der Waals) sont aussi impliquées dans l'existence de variations des déplacements chimiques de certains carbones. Nous avons ainsi utilisé la méthode d'analyse des huiles essentielles par RMN du carbone-13, mise au point et développée au sein de notre équipe pour étudier la composition chimique de trois huiles essentielles de plantes insulaires : Clinopodium ascendens de l'île et de Madère, Bupleurum fruticosum et Santolina corsica de Corse. - L'huile essentielle de Clinopodium ascendens a montré une grande richesse en composés menthaniques substitués en C3 (cis-et trans-isopulégones, néoiso-isopulégol). - L'huile essentielle de buplèvre de Corse, Bupleurum fruticosum a fait l'objet d'une étude détaillée afin de mieux cerner l'influence de paramètres importants pour sa production (variabilité chimique, état physiologique du végétal, différents organes du végétal, mode d'obtention de l'huile essentielle, étude de l'hydrolat). - La présence de nombreux monoterpènes irréguliers a été mise en évidence dans l'huile essentielle de Santolina corsica et l'activité antimicrobienne de cette huile essentielle est liée à la présence d'un monoterpène irrégulier : le lyratol.