Je présente dans une première partie mes travaux de recherche sur les microcavités semi-conductrices en régime de couplage fort exciton-photon. Les modes propres dans ces systèmes sont des états mixtes exciton-photon appelés polaritons de cavité, qui présentent de fortes non-linéarités optiques provenant de l'interaction exciton-exciton. Je présente plusieurs applications de ces dispositifs dans les domaines de l'optique quantique (compression du bruit quantique, génération de faisceaux corrélés) des communications optiques et de l'opto-électronique de spin.<br /><br />J'aborde dans la deuxième partie mes activités théorique et expérimentale autour de la spectroscopie de l'ion H2+. Le but de l'expérience, qui a débuté en 2003 à l'université d'Evry, est de mesurer la fréquence d'une transition vibrationnelle à deux photons sans effet Doppler, et de la comparer à des prédictions théoriques précises pour en déduire une nouvelle détermination du rapport mp/me. Je décris les progrès des calculs de haute précision sur l'ion H2+ (niveaux d'énergie non relativistes, structure hyperfine), ainsi que le dispositif expérimental mis en place et les perspectives de l'expérience.

During embryogenesis and post-embryonic patterning, active transport of the phytohormone auxin, reflected in the expression of the Arabidopsis PIN family of auxin efflux mediators, generates local auxin distributions that are crucial for correct organ and tissue specification. Polar auxin transport routes have also long been postulated to regulate vein formation in the leaf. The molecular identification of PIN proteins has made it possible to investigate this hypothesis further by visualizing auxin transport routes in developing leaves. In Arabidopsis leaf primordia, PIN1 is expressed before the earliest known markers of vascular identity, in domains that are gradually restricted to sites of vein formation. PIN1 polarity indicates that auxin is directed towards distinct “convergence points” (CPs) in the marginal epidermis, from which it defines the sites of major vein formation. Within incipient veins, PIN1 polarity indicates drainage of auxin into preexisting veins, such that veins connected at both ends display two divergent polarities. Local auxin application triggers the formation of ectopic CPs and new veins, demonstrating the sufficiency of auxin as a vein-specifying signal. However, not all PIN1-labeled auxin transport routes differentiate as veins: Minor veins are initially unstable, suggesting local competition for auxin transport. Expression of ATHB8, a marker of vascular cell selection, correlates with enhanced PIN1 expression domain (PED) stability and vascular differentiation. Auxin application and auxin transport inhibition reveal that both CP formation in the epidermis and subepidermal PED dynamics are auxin-dependent and self-organizing. Furthermore, normal auxin perception through the ARF-Aux/IAA signaling pathway is required for the restriction of PIN1-mediated auxin transport to narrow subepidermal domains. ARF-Aux/IAA signaling is known to control auxin transport through the regulation of PIN1 dynamics, but the mechanism of this regulation is unclear. It is here shown that two redundantly acting AUXIN RESPONSE FACTOR (ARF) transcription factors, ARF5/MONOPTEROS (MP) and ARF7/NPH4, jointly regulate both PIN1 expression and localization during lateral root patterning in Arabidopsis, in part through the direct transcriptional activation of PIN1 by MP. Taken together, these results indicate that feedback between PIN-mediated auxin transport and ARF-Aux/IAA signaling regulates the patterning of root and shoot organs.

During embryogenesis and post-embryonic patterning, active transport of the phytohormone auxin, reflected in the expression of the Arabidopsis PIN family of auxin efflux mediators, generates local auxin distributions that are crucial for correct organ and tissue specification. Polar auxin transport routes have also long been postulated to regulate vein formation in the leaf. The molecular identification of PIN proteins has made it possible to investigate this hypothesis further by visualizing auxin transport routes in developing leaves. In Arabidopsis leaf primordia, PIN1 is expressed before the earliest known markers of vascular identity, in domains that are gradually restricted to sites of vein formation. PIN1 polarity indicates that auxin is directed towards distinct “convergence points” (CPs) in the marginal epidermis, from which it defines the sites of major vein formation. Within incipient veins, PIN1 polarity indicates drainage of auxin into preexisting veins, such that veins connected at both ends display two divergent polarities. Local auxin application triggers the formation of ectopic CPs and new veins, demonstrating the sufficiency of auxin as a vein-specifying signal. However, not all PIN1-labeled auxin transport routes differentiate as veins: Minor veins are initially unstable, suggesting local competition for auxin transport. Expression of ATHB8, a marker of vascular cell selection, correlates with enhanced PIN1 expression domain (PED) stability and vascular differentiation. Auxin application and auxin transport inhibition reveal that both CP formation in the epidermis and subepidermal PED dynamics are auxin-dependent and self-organizing. Furthermore, normal auxin perception through the ARF-Aux/IAA signaling pathway is required for the restriction of PIN1-mediated auxin transport to narrow subepidermal domains. ARF-Aux/IAA signaling is known to control auxin transport through the regulation of PIN1 dynamics, but the mechanism of this regulation is unclear. It is here shown that two redundantly acting AUXIN RESPONSE FACTOR (ARF) transcription factors, ARF5/MONOPTEROS (MP) and ARF7/NPH4, jointly regulate both PIN1 expression and localization during lateral root patterning in Arabidopsis, in part through the direct transcriptional activation of PIN1 by MP. Taken together, these results indicate that feedback between PIN-mediated auxin transport and ARF-Aux/IAA signaling regulates the patterning of root and shoot organs.

In biosensors, printing involves the transfer of materials, proteins or cells to a substrate. It offers many capabilities thatcan be utilized in many applications, including rapid deposition and patterning of proteins or other biomolecules.However, issues such as stability when using biomaterials are very common. Using proteins, enzymes, as biomaterialink require immobilizations and modifications due to changing in the structural conformation of the enzymes, whichleads to changes in the properties of the enzyme such as enzymatic activity, during the printing procedures andrequirements such as solvent solutions. In this project, an innovative approach for the fabrication of proteinmicroparticles based on cross-linking interchange reaction is presented to increase the stability in different solvents.The idea is to decrease the contact area between the enzymes and the surrounding environment and also preventconformation changes by using protein microparticles as an immobilization technique for the enzymes. The theory isbased on using a cross-linking reagent trigging the formation of intermolecular bonds between adjacent proteinmolecules leading to assembly of protein molecules within a CaCO3 template into a microparticle structure. TheCaCO3 template is removed by changing the solution pH to 5.0, leaving behind pure highly homogenous proteinmicroparticles with a size of 2.4 ± 0.2 μm, according to SEM images, regardless of the incubation solvents. Theenzyme model used is Horse Radish Peroxidase (HRP) with Bovine Serum Albumin (BSA) and Glutaraldehyde (GL)as a cross-linking reagent. Furthermore, a comparison between the enzymatic activity of the free HRP and the BSAHRPprotein microparticles in buffer and different solvents are obtained using Michaelis-Menten Kinetics bymeasuring the absorption of the blue product produced by the enzyme-substrate interaction using a multichannelspectrophotometer with a wavelength of 355 nm. 3,3’,5,5’-tetramethylbenzidine (TMB) was used as substrate. As aresult, the free HRP show an enzymatic activity variation up to ± 50 % after the incubation in the different solventswhile the protein microparticles show much less variation which indicate a stability improvement. Moreover, printingthe microparticles require high microparticle concentration due to contact area decreasing. However, usingmicroparticles as a bioink material prevent leakage/diffusion problem that occurs when using free protein instead.

Signals recorded from the brain often show rhythmic patterns at different frequencies, which are tightly coupled to the external stimuli as well as the internal state of the subject. These signals also have transient structures related to spiking or sudden onset of a stimulus, which have a duration not exceeding tens of milliseconds. Further, brain signals are highly non-stationary because both behavioral state and external stimuli can change over a short time scale. It is therefore essential to study brain signals using techniques that can represent both rhythmic and transient components of the signal. In Chapter 2, we describe a multi-scale decomposition technique based on an over-complete dictionary called matching pursuit (MP), and show that it is able to capture both sharp stimulus-onset transient and sustained gamma rhythm in local field potential recorded from the primary visual cortex. Gamma rhythm (30 to 80 Hz), often associated with high-level cortical functions, has been proposed to provide a temporal reference frame (“clock”) for spiking activity, for which it should have least center frequency variation and consistent phase for extended durations. However, recent studies have proposed that gamma occurs in short bursts and it cannot act as a reference. In Chapter 3, we propose another gamma duration estimator based on matching pursuit (MP) algorithm, which is tested with synthetic brain signals and found to be estimating the gamma duration efficiently. Applying this algorithm to real data from awake monkeys, we show that the median gamma duration is more than 330 ms, which could be long enough to support some cortical computations.

Para que el proceso infeccioso de un virus de plantas tenga éxito la progenie viral tiene que propagarse desde las primeras células infectadas al resto de la planta; inicialmente se moverá célula a célula a través de los plasmodesmos (PDs) hasta alcanzar el sistema vascular, lo cual le permitirá invadir las partes distales de la planta. En este proceso, las proteínas de movimiento (MPs), junto con la colaboración de otros actores secundarios, desempeñan un papel relevante. El conocimiento de la posible asociación de las MPs con estructuras u orgánulos celulares así como de la interacción con factores del huésped es de vital importancia para poder desarrollar estrategias antivirales que permitan una mejora en la producción de los cultivos. Además, este tipo de estudios no sólo han posibilitado un mayor conocimiento de las respuestas al estrés en plantas sino que han sido pioneros en desentrañar los mecanismos de translocación intercelular de factores celulares implicados en los procesos de desarrollo de las plantas. Las MPs virales se clasifican en familias/grupos en función de su grado de similitud. Los virus, cuyas MPs pertenecen a la Superfamilia 30K, expresan una única MP encargada de orquestar el movimiento intra- e intercelular de genoma viral. En el Capítulo 1 de la presente Tesis se ha caracterizado la asociación de la MP del Virus del mosaico del tabaco (TMV), miembro tipo de la familia 30K, al sistema de endomembranas. Mediante el uso de aproximaciones in vivo se ha estudiado la eficiencia de inserción de sus regiones hidrofóbicas (HRs) en la membrana del retículo endoplasmático (ER). Nuestros resultados demuestran que ninguna de las dos HRs de la MP es capaz de atravesar las membranas biológicas y que la alteración de la hidrofobicidad de la primera HR es suficiente para modificar su asociación a la membrana. En base a los resultados obtenidos, proponemos un modelo topológico en el cual la MP del TMV se encontraría fuertemente asociada a la cara citosólica de la membrana del ER, sin llegar a atravesarla. La observación de que i), el modelo propuesto es compatible con otros motivos, previamente caracterizados, de la MP de TMV y ii), concuerda con la topología descrita para otras MPs de la familia 30K, permite cuestionar el modelo establecido desde el año 2000 para la MP de TMV así como predecir, en base a la conservada estructura secundaria de las MPs de esta familia, una topología similar para todos sus componentes. Para el transporte intercelular de los virus de plantas se han descrito tres modelos en base a la capacidad de transportar complejos ribonucloeprotéicos, a través de PD modificados, formados por el RNA viral y la MP (ej. MP de TMV) más la proteína de cubierta (ej. MP del virus del mosaico del pepino, CMV) o la capacidad de transportar viriones a través estructuras tubulares formadas por la MP (ej. MP del Virus del mosaico del caupí, CPMV). A pesar de las diferencias observadas entre los tres modelos, las MPs representativas de cada uno de ellos pertenecen a la misma familia 30K y son funcionalmente intercambiables (MPs de TMV, CMV, CPMV, Virus del mosaico del Bromo -BMV- o Virus de los anillos necróticos de los prunus -PNRSV-) por la MP del Virus del mosaico de la alfalfa (AMV), para el transporte a corta distancia. Con el objeto de comprender la versatilidad que presentan las MPs en cuanto al movimiento viral, hemos analizado la capacidad de estas MPs heterólogas de transportar sistémicamente el genoma quimérico del AMV. El estudio ha revelado que todas las MPs analizadas permiten el transporte del genoma quimera a las partes distales de la planta, independientemente del modelo descrito para el transporte a corta distancia, aunque requieren la extensión de los 44 aminoácidos C-terminales de la MP del AMV. Además, para todas las ellas, excepto para la MP del TMV, se ha establecido una relación entre la capacidad de movimiento local y la presencia del virus en las hojas no inoculadas de la planta, indicando la existencia de un umbral de transporte célula a célula, por debajo del cual, el virus es incapaz de invadir sistémicamente la planta. Durante el proceso de infección viral, las MPs interaccionan tanto con otras proteínas de origen viral como de la planta huésped. La interacción entre las MPs y dichos factores de la planta afectan a la patogénesis viral, facilitando u obstaculizando el movimiento intra- o intercelular del virus. En el Capítulo 3 del presente trabajo hemos demostrado la interacción entre la MP del AMV y dos miembros de la familia de Patellinas de arabidopsis, Patellin 3 (atPATL3) y Patellin 6 (atPATL6), mediante el sistema de los dos híbridos de levadura y ensayos de reconstitución bimolecular de la fluorescencia. Nuestros resultados, en general, demuestran que la interacción entre la MP-PATLs obstaculizaría un correcto direccionamiento de la MP al PD, dando lugar a un movimiento intracelular menos eficiente de los complejos virales, que forma la MP, y disminuyendo el movimiento célula a célula del virus. Podríamos estar hablando de un posible mecanismo de defensa de la planta, dirigido a evitar la invasión sistémica del huésped. En este sentido, las MPs virales pueden ser buenos candidatos para el desarrollo de estrategias antivirales dado que cualquier respuesta de defensa de la planta que, a priori, reduzca el transporte célula a célula del virus, puede representar la diferencia entre una infección local o sistémica, como hemos observado en el Capítulo 2 del presente trabajo. Los virus, a su vez, también son capaces de evolucionar hacia variantes más eficaces, que permitan superar las diferentes barreras defensivas de la planta huésped. En este contexto hemos identificado a la MP del Virus del bronceado del tomate (TSWV) como determinante de avirulencia en la resistencia mediada por el gen Sw-5. Del mismo modo, comprobamos que el cambio de 1-2 residuos de amino ácidos de la MP de TSWV fue suficiente para superar la resistencia pero que a la vez, y posiblemente debido a las altas restricciones que conlleva el reducido genoma de un virus, afectaron a la eficiencia de la MP. / Peiró Morell, A. (2014). Proteínas de movimiento de la familia 30K:interacción con membranas biológicas y factores proteicos y su implicación en el transporte viral [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/48471 / TESIS

In der vorliegenden Arbeit werden die nichtlinearen optischen Eigenschaften der Materialien Lithiumniobat und Di-Zinn-Hexathiohypodiphosphat aufgrund der Suszeptibilität 3. Ordnung und kleiner Polaronen untersucht. Zudem wird gezeigt, dass die Interferenz verschiedenfarbiger Laserpulse die Aufzeichnung von statischen und dynamischen holographischen Gittern ermöglicht. Ein Teil dieser Arbeit ist in den im Anhang angegebenen 6 Publikationen bereits veröffentlicht. Lithiumniobat wird mit einer Erweiterung des Z-Scan Experiments untersucht, welches die Pulslängenabhängige Messung der nichtlinearen Absorption und der nichtlinearen Brechungsindexänderung ermöglicht. Dabei konnte festgestellt werden, dass bei sehr kurzen Pulslängen von 70 fs ein Effekt der Polaronen auf die nichtlineare Absorption vernachlässigbar ist und die Zwei-Photonen-Absorption die nichtlineare Absorption dominiert. Mit größerer Pulslänge gibt es allerdings Abweichungen zwischen der Theorie der Zwei-Photonen-Absorption und den Messergebnissen. Mit der Entwicklung eines Polaronen-Anregungs-Modells, welches eine polaronische Absorption aufgrund wiederholtem optisch induziertem Hopping annimmt, konnte dieser Effekt konsistent erklärt werden. Die Messungen der nichtlinearen Brechungsindexänderung lassen darauf schließen, dass sowohl freie Ladungsträger als auch kleine Polaronen neben der Suszeptibilität 3. Ordnung einen Einfluss auf die Brechungsindexänderung haben, da eine nichtlineare Abhängigkeit von der Intensität auch bei Pulslängen von 70 fs festgestellt werden konnte. Analog dazu konnte in Di-Zinn-Hexathiohypodiphosphat ein großer Zwei-Photonen-Absorptionskoeffizient festgestellt werden, welcher für Photonenenergien nahe der Bandkante Werte zeigt, die größer sind als theoretischen Überlegungen zeigen. Eine transiente Absorption nach optischer Anregung, gemessen durch ein Anreg-Abtast-Experiment, sowie Literatur legen nahe, dass in Di-Zinn-Hexathiohypodiphosphat gebundene Lochpolaronen durch optische Anregung entstehen können. Durch den hohen Zwei-Photonen-Absorptionskoeffizienten konnte das Aufzeichnen eines kontrastreichen, dynamischen Amplitudengitters mittels Femtosekundenpulsen gezeigt und nachgewiesen werden. Die Kürze der Femtosekundenpulse ermöglicht aber nicht nur das Aufzeichnen eines Zwei-Photonen-Absorptionsgitters aufgrund der hohen Intensitäten, sondern erlaubt zudem die Beobachtung von Interferenz zwischen verschiedenfarbigen Pulsen. In der Zeitspanne der Pulslänge beträgt die Bewegung der Interferenzstreifen, welche in der Größenordnung der Lichtgeschwindigkeit liegt, nur ein Bruchteil der Streifendistanz, sodass das Interferenzmuster eingefroren und beobachtbar erscheint. Somit lassen sich statische Hologramme in holographischen Filmen, wie auch dynamische Hologramme aufzeichnen. Über ein dynamisches holographisches Gitter mittels Zwei-Photonen-Absorption konnte so eine Frequenzkonversion durch Dopplerverschiebung in Lithiumniobat gezeigt werden.