Despite many medical advances, antibiotic resistant bacteria increasingly plague the modern world, necessitating discovery of new antibiotics. One area of nature that can provide inspiration for antibiotics is antimicrobial peptides. Many of these peptides exist in nature, with some classes that have not been studied or characterized well. One such class is the defensin-like peptides generated by the plant Medicago truncatula as part of their symbiotic relationship with Sinorhizobium meliloti. Nodule-specific Cysteine Rich (NCR) peptides are defined by the presence of multiple cysteines, and regulate the growth of S. meliloti within plant cells. While some of these NCR peptides have been shown to have antimicrobial properties, hundreds of peptides remain uncharacterized. We have developed an assay for further characterization of these peptides in E. coli. Of the seven peptides that have been tested using this assay, three have exhibited definitive antimicrobial properties against both E. coli and S. meliloti. Additionally, we have developed a system for discovering novel antimicrobial peptides. This platform, called PepSeq, uses the expression of random peptides in E. coli combined with deep sequencing to detect antimicrobial activity. This technology is capable of screening through millions of peptide molecules simultaneously. Using this platform, we have discovered and confirmed six novel antimicrobial peptides, with hundreds of additional predicted antimicrobial peptides. In addition to the peptides we have analyzed using PepSeq, additional peptide scaffolds could be used to discover more potent antimicrobial peptides.

Les légumineuses sont capables de développer des organes symbiotiques, les nodules, qui hébergent des bactéries du sol appelées rhizobia. Au sein des nodules les rhizobia intracellulaires se différencient en bactéroïdes capables de réduire l'azote atmosphérique en ammonium au bénéfice de la plante. En contrepartie, la plante alimente la bactérie en sources de carbone. Des études récentes sur le modèle symbiotique Medicago/Sinorhizobium ont montré dans les nodules la forte présence d'une grande diversité de peptides appelés NCR qui sont similaires aux peptides antimicrobiens (AMP) impliqués dans l'immunité innée. Ces NCR sont responsables du maintien de l'homéostasie entre les cellules hôtes et la forte population bactérienne qu'elles contiennent. Bien que certains NCR sont de vrais AMP, capable de tuer des bactéries in vitro, dans les nodules ils induisent plutôt une différenciation terminale caractérisée par une élongation cellulaire, une amplification du génome, une perméabilité membranaire et une perte des capacités de division de la bactérie. Néanmoins le mode d'action des NCR reste à élucider. Au cours de ma thèse j'ai participé à la caractérisation des processus de différenciation dans le modèle Aeschynomene, une légumineuse tropicale, Bradyrhizobium.Dans un premier temps, une nouvelle classe de NCR a été identifiée chez différentes espèces d'Aeschynomene. Ces NCR sont responsables de la différenciation des Bradyrhizobium via un processus similaire à celui décrit chez Medicago. Ces résultats suggèrent une évolution convergente des processus de différenciation chez les Dalbergioïdes (Aeschynomene) et le clade des IRLC (Medicago).Ensuite, pour identifier les fonctions bactériennes requises lors de la différenciation, j'ai criblé 53 mutants Tn5 d'Aeschynomene indica fix- . Huit gènes bactériens dont la mutation inhibe ou affecte le processus de différenciation ont été identifiés. Parmi eux, je me suis focalisé sur la DD-CPase une enzyme de modification du peptidoglycane et sur 2 gènes impliqués dans l'homéostasie du phosphate.La caractérisation du gène DD-CPase1 a permis de démontrer que le remodelage du peptidoglycane est requis pour une différenciation correcte des bactéroïdes chez les plantes hôtes qui produisent des NCR, en général, et chez Aeschynomene en particulier. Ces résultats suggèrent une interaction possible entre DD-CPase1 et des NCR conduisant à l'endoréplication des bactéroïdes.Enfin, j'ai étudié les propriétés physiologiques et symbiotiques des mutants pstC et pstB. Les mutants Tn5 des gènes pstC et pstB de la souche ORS285 de Bradyrhizobium sont sévèrement affectés par la carence en phosphate en culture pure et leurs propriétés symbiotiques (différenciation, réduction de l'azote) sont fortement réduites. Des analyses fonctionnelles plus approfondies de l'opéron Pst devraient permettre une meilleure compréhension du lien entre l'homéostasie du phosphate et l'efficience symbiotique dans l'interaction Aeschynomene-Bradyrhizobium.Mes travaux ont permis d'élargir nos connaissances sur l'évolution de la symbiose en montrant que le modus operandi impliquant des peptides dérivés de l'immunité innée utilisée par certaines légumineuses pour maintenir leur population bactérienne intracellulaire sous contrôle est plus répandue et ancienne qu'on ne le pensait et a été utilisée par l'évolution à plusieurs reprises. De plus différentes cibles bactériennes pouvant participer au processus de différenciation ont également été identifiées. / The legume species are able to form symbiotic organs, the nodules, that house soil bacteria called rhizobia. Within these nodules intracellular rhizobia differentiate into bacteroids, which are able to reduce atmospheric dinitrogen to ammonium for the benefit of the plants. In counterpart, the plants provide carbon sources to the bacteria. Recent studies on symbiotic model Medicago-Sinorhizobium showed that the nodules of M. truncatula produce a massive diversity of peptides called NCRs, which are similar to antimicrobial peptides (AMPs) of innate immune systems. These NCRs are responsible in maintaining the homeostasis between the host cells in the nodules and the large bacterial population they contain. Although many NCRs are genuine AMPs, which kill microbes in vitro, in nodule cells they do not kill the bacteria but induce them into the terminally differentiated bacteroids characterized by cell elongation, genome amplification, membrane permeability and loss of cell division capacity. However, the action mode of NCRs is still an open question. During my PhD thesis I focused on the identification of plant and bacterial functions required for bacteroid differentiation in the Aeschynomene-Bradyrhizobium model.Firstly, a new class of cysteine rich peptides (NCR-like) was identified in tropical aquatic legumes of the Aeschynomene genus, which belong to the Dalbergioid clade. These peptides govern terminal bacteroid differentiation of photosynthetic Bradyrhizobium spp. This mechanism is similar to the one previously described in Medicago suggesting that the endosymbiont differentiation in Dalbergioid and ILRC legumes is convergently evolved.Secondly, in order to identify the bacterial functions involved in bacteroid differentiation, I screened 53 fix- Tn5 mutants of the ORS278 strain on Aeschynomene indica. This screening allowed identify 8 bacterial genes, which inhibit or disorder the bacteroid differentiation. Among these identified genes, I focused on DD-CPase encoding a peptidoglycan-modifying enzyme and two genes pstC and pstB belonging to Pst-system.The characterization of DD-CPase gene demonstrated that the remodeling peptidoglycan enzyme, DD-CPase1, of Bradyrhizobium is required for normal bacteroid differentiation in host legumes that produce NCRs, in general, and in Aeschynomene spp., in particular. This prompts a possibility of direct interaction of DD-CPase1 with NCRs leading to endoreduplication of the bacteroids.Finally, I have investigated the physiological and symbiotic properties of different mutants of pstC and pstB genes. The Tn5 mutants of pstC and pstB genes of Bradyrhizobium sp. strain ORS278 severely affected symbiosis on A. indica and A. evenia. Further functional studies on pst-operon will provide deeper understanding the correlation between phosphate homeostasis and nitrogen fixation efficiency in Aeschynomene-Bradyrhizobium symbiosis.This study broadens our knowledge on the evolution of symbiosis by showing that the modus operandi involving peptides derived from innate immunity used by some legumes to keep their intracellular bacterial population under control is more widespread and ancient than previously thought and has been invented by evolution several times.

A pilot study of noncontingent reinforcement (NCR) was conducted using NCR statements to (a) decrease target behaviors, (b) increase unprompted praise statements from the teacher and decrease reprimands, and (c) increase proximity to the participants by the teacher implementing NCR. Data were collected using a single-subject research design on two participants and one teacher. The target behaviors were physical and verbal aggression and inappropriate gestures. Teacher behaviors targeted with this study were praise statements, reprimands, and proximity to students. The participants included were one 16-year-old student with an emotional behavior disability, one 18-year-old student identified with autism spectrum disorder (ASD) and an undergraduate student who was the teacher in this setting. The results were inconclusive regarding the students’ behavior due to confounding variables. However, regarding teacher behavior, the results demonstrated an increase in proximity and praise statements and a decrease in reprimands. This single-subject study provided empirical support that the NCR intervention positively altered teacher behavior.

The remarkable metabolic capacity of the soil-dwelling bacterium Sinorhizobium meliloti is encoded on its three circular replicons: the chromosome and two large megaplasmids, pSymA and pSymB. Despite making up 45% of the genome, the pSymA and pSymB megaplasmids can be cured from S. meliloti. This unique attribute provides an opportunity to study the essentiality of chromosomal genes in the presence or absence of nearly half the genome. By interrogating chromosomal genes via massively parallel transposon insertion sequencing (Tn-seq) in the presence and absence of pSymA and pSymB, we identified 307 genes as being essential for viability regardless of the genomic context and 104 genes as being essential specifically when the megaplasmids are absent. We also found that ten percent of genes encoded on the chromosome genetically interact with genes on pSymA and pSymB. In addition, Tn-seq data were utilized to significantly refine a metabolic model of S. meliloti, facilitating more accurate fitness predictions in user-defined nutrient and genetic contexts. Furthermore, the development of a library of barcoded transposon insertion (BarSeq) mutants has enabled us to identify genes that are essential for robust growth in hundreds of nutrient environments simultaneously. This will greatly assist efforts to assign more specific functions to the ~30% of S. meliloti genes that have remained uncharacterized over the years. S. meliloti has been studied for decades as a model organism for symbiotic communication. Its legume host, Medicago truncatula, provides fixed carbon for the bacteria in order to receive fixed nitrogen in return. The molecular dialogue between S. meliloti and M. truncatula, initiates and controls each stage of symbiotic development. When inside host cells, intracellular bacteria are subjected to an arsenal of plant-derived Nodule-specific Cysteine-Rich (NCR) peptides that induce significant morphological changes prior to nitrogen fixation. It was previously shown that a bacterial peptidase, HrrP, present in about 10% of S. meliloti isolates, could degrade host-derived peptides and give the bacterial symbionts greater fitness at the expense of the host. In a screen through peptidases conserved throughout the core S. meliloti genome, we identified one peptidase (sapA) that, when overexpressed, significantly modulates symbiotic outcome. In a manner similar to HrrP, SapA degrades NCR peptides in vitro. Additionally, expression of sapA seems to occur specifically inside the plant host providing compelling evidence that some rhizobial peptidases may have evolved away from housekeeping and toward symbiotic functions.

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Noncontingent reinforcement (NCR) is a possible alternative to differential reinforcement of other behaviors (DRO) that may operate through a similar mechanism. In the research, the participant's problem behaviors were maintained by automatic reinforcement or even multiply maintained. NCR is the method to intervene with the participant who had no clinical effect on using sensory integration therapy (SIT) to reduce problem behaviors in the previous study. The results showed that NCR is an effective way to decrease the problem behaviors without extinction burst.

Le syndrome de Sézary (SS) est un variant leucémique et érythrodermique de lymphomes T cutanés. Il est caractérisé par la présence d’une population clonale de LT CD4+, présentant un noyau cérébriforme atypique, dans la peau, les ganglions lymphatiques et le sang périphérique. Après un bilan clinique, le diagnostic de cette pathologie est confirmé par l’analyse immunohistochimique d'une biopsie cutanée. Néanmoins, la cytomorphologie des cellules de Sézary circulantes n’est pas uniquement associée au SS. Notre laboratoire a identifié CD158k comme marqueur membranaire spécifique des cellules de Sézary. Ce récepteur offre un intérêt dans le diagnostic du SS et dans le suivi de l’évolution de la pathologie. Ainsi, nos résultats montrent qu’un immuno-marquage CD3+ CD158k+, analysé en cytométrie en flux, est une technique spécifique et sensible de détection de la cellule de Sézary par rapport à la cytomorphologie. Alors que dans plus de 30% des cas le SS passe inaperçu durant l’examen cytomorphologique, une analyse en cytométrie en flux permet la mise en évidence de cellules tumorales résiduelles. La présence systématique de CD158k à la surface des cellules de Sézary nous a conduit à rechercher l’expression d’autres KIRs. Sur les lymphocytes tumoraux circulants d’un patient ainsi que sur la lignée cellulaire correspondante, l’expression des formes activatrices et inhibitrices des récepteurs CD158a/h et CD158b/j est détectée. A la différence des lymphocytes NK et T CD8+, le récepteur présentant une fonction inhibitrice (KIR-L) ne l’emporte pas sur celui ayant une fonction activatrice (KIR-S) dans la cellule de Sézary. En fait, les KIR-L, à l’exception de CD158k, sont trouvés non fonctionnels dans la cellule tumorale. Ainsi, l’engagement des formes activatrices CD158h ou CD158j permet une régulation positive de la voie de signalisation CD3-dépendante de JNK et de la prolifération tumorale. Une étude fonctionnelle de la population T CD4+ KIR+, équivalent normal de la cellule de Sézary, a aussi été réalisée. Nous avons mis en évidence une expression préférentielle de la forme activatrice ou inhibitrice des récepteurs KIR homologues, selon le donneur. D’autre part, les KIRs activateurs ou inhibiteurs, exprimés à la surface des LT CD4+, jouent un rôle de co-récepteur vis-à-vis du TCR. Ainsi, une régulation positive ou négative de la prolifération et de la voie de signalisation CD3-dépendante de ERK est observée en fonction du type de récepteur co-engagé. Il est bien établi que les KIR-S s’associent à la molécule adaptatrice KARAP/DAP12 pour la transduction d’un signal d’activation. Dans les cellules T CD4+ saines et tumorales, la protéine recrutée par ces récepteurs est encore non identifiée. Notre étude sur la population T CD4+ CD158j+ de sujets sains montre l’implication de la protéine HS1 dans la signalisation mise en place par le récepteur KIR activateur. La réalisation de ce travail a permis de mieux comprendre les mécanismes mis en place à partir des KIRs dans les cellules T CD4+. Ce travail ouvre de nouvelles perspectives concernant le rôle de ces récepteurs dans les mécanismes permettant l'expansion tumorale des cellules de Sézary / Sézary syndrome (SS) is a leukemic and erythrodermic variant of cutaneous T-cell lymphomas. It is characterized by the presence of a clonal CD4+ T lymphocyte population in the skin, lymphnodes and peripheral blood. After clinical assessment, diagnosis of this disease is confirmed by immunohistochemistry analysis of a skin biopsy. However, the cytomorphology of circulating Sézary cells is not just associated to SS. Our laboratory has identified CD158k as a phenotypic marker for Sézary cells. This receptor can be used in the diagnosis of the SS and in monitoring the evolution of the disease. Our results show that the CD3/CD158k immunostaining, analysed by flow cytométrie, is more specific and sensitive than cytomorphology to detect atypical circulating cells. While more than 30% of the SS is misdiagnosed by the cytomorphologic identification, flow cytometry analysis allows the detection of residual tumor cells. Given the systemic expression of CD158k on Sézary cells, we next investigated the expression of additional KIRs. On circulating malignant lymphocytes from one patient and the corresponding cell line, the expression of inhibitory and activating forms of CD158a/h and CD158b/j receptors was detected. In contrast to NK cells and CD8+ T lymphocytes, the inhibitory receptor signaling (KIR-L) does not outweigh the activating receptor signaling (KIR-S) in the Sézary cell. In fact, KIR-L, except CD158k, are found not functional in the tumor cell. Thus, CD158h or CD158j engagement results in an enhanced CD3-induced cell proliferation and JNK activation. A functional study of CD4+ KIR+ T lymphocyte population, the normal equivalent of Sézary cells, was then performed. We observed an exclusive expression of the activating or the inhibitory form of KIR receptors, depending on the donor. Activating or inhibitory KIRs, expressed on the CD4+ T cell surface, act as coreceptors. Thus, a positive or negative regulation of the CD3-induced cell proliferation and ERK activation is observed by triggering the KIR-S or -L respectively. It is well known that stimulatory KIR initiates intracellular signals through their association with the adaptor protein KARAP/DAP12. However, in normal and malignant CD4+ T cells the protein recruited by these receptors is still not identified. Our study on CD4+ CD158j+ T lymphocyte population from healthy individuals showed the involvement of HS1 protein as a potential adaptor molecule in the activating KIR signaling pathway. This work has provided insight into the mechanisms of KIRs signaling in CD4+ T cells and opens new perspectives on the role of these receptors in proliferation of Sézary cells

Les plantes de la famille des légumineuses ont acquis la capacité d’accueillir au sein d’organes symbiotiques, les nodosités, des bactéries fixatrices d’azote appelées bactéroïdes. Cette symbiose permet aux plantes hôtes de satisfaire leurs besoins en azote. Certaines légumineuses produisent au sein des nodosités une grande famille de peptides antimicrobiens particuliers, les NCR (Nodule-specific Cysteine-Rich). Ils permettent à l’hôte de contrôler la population bactérienne intracellulaire via leurs activités antimicrobiennes, mais aussi d’imposer aux rhizobia une différenciation terminale des bactéroïdes. Durant ma thèse, j’ai participé à l’identification et à la caractérisation de la protéine bactérienne BclA. Ce transporteur ABC est nécessaire pour la formation de bactéroïdes différenciés lors de la symbiose Aeschynomene-Bradyrhizobium. Pour mieux comprendre sa fonction symbiotique, j’ai étudié la relation entre BclA et une enzyme de modification du peptidoglycane, la DD-carboxypeptidase 1. J’ai pu montrer que ces deux facteurs agissent de manière indépendante dans la mise en place de bactéroïdes différenciés. Une analyse fonctionnelle de BclA et une expérience d’évolution expérimentale avec le mutant bacA de Sinorhizobium, un orthologue de bclA, apportent une meilleure compréhension du rôle de ces transporteurs in vivo. L’ensemble des résultats obtenus pendant ma thèse suggère que BclA et BacA assurent la résistance bactérienne face aux NCR in planta, comme un prérequis pour la suite du processus, mais ne sont pas nécessaires à la différenciation per se. De plus, leurs activités d’import des NCR ne semblent pas être le mécanisme sous-jacent du processus de résistance. / Plants of the legume family have acquired the ability to host in specific symbiotic organs, the roots nodules, nitrogen fixing bacteria, called bacteroids. This symbiosis allows plants to fulfill all their nitrogen requirements. Some legume plants produce in their nodules a large family of antimicrobials peptides called the NCRs (Nodule-specific Cysteine-Rich). Their antimicrobial activities allow the host plant to control the intracellular bacterial population. NCRs peptides also govern terminal differentiation of the bacteroids. During my PhD work, I participated in the identification and characterization of BclA. This bacterial ABC transporter is involved in bacteroid differentiation during the Aeschynomene- Bradyrhizobium symbiosis. In order to better understand its symbiotic function, I studied the link between BclA and a peptidoglycan-modifying enzyme, the DD-carboxypeptidase 1. I was able to show that these two factors act in an independent manner in the establishment of bacteroid differentiation. A functional analysis of BclA and an experimental evolution on Sinorhizobium bacA mutant, an orthologue of bclA, conferred a better understanding of the in vivo role of these transporters. The results obtained during my thesis suggest that the BclA and BacA function is to ensure bacterial resistance to NCRs, as a prerequisite for the bacterial differentiation process, but is not needed for differentiation per se. Furthermore, their NCR uptake activities do not seem to be the mechanism underlying the resistance.

Les Légumineuses ont développé une interaction symbiotique avec des bactéries du sol, les rhizobia, qui fixent l’azote atmosphérique et le transfèrent à la plante sous forme assimilable.Cette interaction a lieu, au sein des nodosités, des organes racinaires où les bactéries intracellulaires se différencient en bactéroïdes. Chez Medicago truncatula, ces bactéroïdes correspondent à un stade de différentiation terminale corrélée à une endoréplication de leur génome, une augmentation de la taille des cellules, une modification des membranes et une faible capacité à se propager. Cette différentiation est induite par des facteurs de la plante appelés NCR (Nodule-specific Cysteine Rich). Les peptides NCRs ressemblent à des défensines, des peptides antimicrobiens ayant une activité antimicrobienne in vitro, tuant des bactéries. Ainsi, un élément clef dans la différenciation des bactéroïdes est la protéine bactérienne BacA, un transporteur membranaire qui confère une résistance contre l’activité antimicrobienne des peptides. Dans le cadre de ce travail de thèse, j’ai montré que l'expression des NCR est soumise à une régulation stricte et qu’ils sont activés dans trois vagues dans les cellules symbiotiques polyploïdes.Les mécanismes de contrôle par la plante sur les rhizobia intracellulaires demeurent à ce jourpeu connus et le seul modèle étudié, au début de ce travail de thèse, restait l'interaction entre M. truncatula et S. meliloti. Je me suis donc intéressée à la symbiose de certaines Légumineuses tropicales du genre Aeschynomene appartenant au clade des Dalbergoïdes où jemontre qu’ils utilisent une classe différente de peptides riches en cystéine (NCR-like) pour induire la différenciation des bactéroïdes. Ce mécanisme est analogue à celui décrit précédemment chez Medicago qui était jusqu'à présent supposé être limitée aux légumineuses appartenant au clade des IRLC. J’ai également montré que Bradyrhizobium, symbionte d’Aeschynomene possèdent un transporteur de type ABC homologues à BacA de Sinorhizobium nommé BclA. Ce gène permet l'importation d'une variété de peptides comprenant des peptides NCR. En l'absence de ce transporteur, les rhizobiums sont incapables de se différencier et de fixer l'azote.Cette étude a permis d'élargir nos connaissances sur l'évolution de la symbiose en montrant qu’au cours de l’évolution, deux clades de Légumineuses relativement éloignés (IRLC et Dalbergoïdes) aient convergé vers l’utilisation de peptides de l’immunité innée afin de contrôler leur symbionte bactérien et d’en tirer un bénéfice maximal au cours de l’interaction symbiotique. / The ability of legumes to acquire sufficient nitrogen from the symbiosis with Rhizobium relies on the intimate contact between the endosymbiotic, intracellular rhizobia, called bacteroids, and their host cells, the symbiotic nodule cells. A well-studied example is the symbiotic nitrogen fixing bacterium Sinorhizobium meliloti, which nodulates the legume Medicago truncatula. Nodules of M. truncatula produce an enormous diversity of peptides called NCRs which are similar to antimicrobial peptides (AMPs) of innate immune systems. These NCRs are involved in maintaining the homeostasis between the host cells in the nodules and the large bacterial population they contain. Although many NCRs are genuine AMPs which kill microbes in vitro, in nodule cells they do not kill the bacteria but induce them into the terminally differentiated bacteroid state involving cell elongation, genome amplification, membrane fragilization and loss of cell division capacity. Protection against the antimicrobial action of NCRs by the bacterial BacA protein is critical for bacteroid survival in the symbiotic cells and thus for symbiosis. As a part of my PhD thesis, I have shown that the differentiation of the symbiotic cells in M. truncatula is associated with a tremendous transcriptional reprogramming involving hundreds of genes, mainly NCR genes, which are only expressed in these cells. Although the extensive work on the model M. truncatula/S. meliloti, little is known how the plant controls its intracellular population and imposes its differentiation into a functional form, the bacteroids in other symbiotic systems.In my PhD work, I provide several independent pieces of evidence to show that tropical legumes of the Aeschynomene genus which belong to the Dalbergoid legume clade use a different class of cysteine rich peptides (NCR-like) to govern bacteroid differentiation. This mechanism is similar to the one previously described in Medicago which was up to now assumed to be restricted to the advanced IRLC legume clade, to which it belongs. I have also shown that the Bradyrhizobium symbionts of Aeschynomene legumes possess a multidrug transporter, named BclA, which mediates the import of a diversity of peptides including NCR peptides. In the absence of this transporter, the rhizobia do not differentiate and do not fix nitrogen. BclA has a transmembrane domain of the same family as the transmembrane domain of the BacA transporter of Rhizobium and Sinorhizobium species which is known to be required in these rhizobia to respond to the NCR peptides of IRLC legumes. Again this is a mechanism which is analogous to the one described in S. meliloti the symbiont of Medicago.This study broaden our knowledge on the evolution of symbiosis by showing that the modus operandi involving peptides derived from innate immunity used by some legumes to keep their intracellular bacterial population under control is more widespread and ancient than previously thought and has been invented by evolution several times.

Les légumineuses peuvent interagir avec les bactéries du sol de la famille des Rhizobiaceae. Cette interaction aboutit à la formation d'un organe spécialisé appelé nodosité. Au sein des cellules symbiotiques des nodosités, les rhizobia sont capables de fixer l'azote atmosphérique et de la convertir en ammoniac, qui est une source d'azote assimilable par les plantes. Chez la Légumineuse Medicago truncatula, les cellules symbiotiques produisent une large famille de peptides riches en cystéines appelées (NCRs) spécifiquement exprimés dans les nodosités. Ces NCRs induisent la différenciation des bactéroïdes qui se traduit par un allongement cellulaire couplé à une forte endoréplication du génome (les bactéroïdes deviennent polyploïdes) contribuant ainsi à une augmentation importante de la taille des cellules, ainsi qu’une perméabilité membranaire accrue et une perte de toute capacité reproductrice. Les peptides NCRs ressemblent à des défensines, des peptides antimicrobiens, acteurs clés de l’immunité innée. L'analyse de l'expression de 334 gènes NCR dans 267 différentes conditions expérimentales en utilisant la base de données MtGEA (Medicago truncatula Gene Expression Atlas) a révélé que l'ensemble des gènes NCR testés (sauf quatre) n'est exprimé que dans les nodosités, ils ne sont pas exprimés dans d’autres organes de la plante, ni lors d’une infection par des agents pathogènes. De plus l’expression des NCRs n’est induite en réponse à aucune interaction biotique ou abiotique testée ou à des facteurs Nod. Les gènes NCR sont activés en vagues successives au cours de l’organogenèse nodulaire et ce profil temporel est en corrélation avec une localisation spatiale spécifique de leurs transcrit de la zone apicale à la partie proximale de nodosités. En outre, nous avons montré que les NCRs ne sont pas induites pendant la sénescence des nodules. Ces analyses expérimentales ensemble avec des calculs d’entropie de Shannon, une métric pour la spécificité d’expression, montrent que les gènes NCR sont parmi les gènes les plus fortement et le plus spécifiquement exprimés chez M. truncatula. Ainsi, l'expression des NCRs est soumise à une régulation extrêmement stricte et ils sont activés exclusivement pendant l’organogenèse et au cours du développement nodulaire dans les cellules symbiotiques polyploïdes. Cette analyse a suggéré l'implication de la régulation épigénétique des gènes NCR. La formation des cellules symbiotiques s'exerce par une endoreplication et est associée à une reprogrammation transcriptionnelle. En utilisant le tri par cytométrie en flux des noyaux, en fonction de leur contenu en ADN, nous avons montré que les vagues transcriptionnelles sont en correlation avec les niveaux croissants de ploïdie et resultent des modifications épigénétiques durant les cycles d’endoréplication. Nous avons étudié la méthylation de l'ADN génomique et l'accessibilité à la chromatine, ainsi que la présence des marqueurs répresseurs (H3K27me3) ou activateurs transcriptionnels (H3K9ac) sur des gènes spécifiques des nodosités. La méthylation différentielle de l'ADN n'a été trouvée que dans un petit sous-ensemble de gènes symbiotiques spécifiques aux nodosités. Néanmoins, plus que la moitié des gènes NCR était différentiellement méthyles. D'autre part, l'expression des gènes était corrélée avec la décondensation de la chromatine (ouverture), un enrichissement du marqueur H3K9ac et une diminution du marqueur H3K27me3. Nos résultats suggèrent que l’endoréplication, pendant la différenciation cellulaire dans les nodosités, fasse partie des mécanismes qui lèvent l’inactivation transcriptionnelle des gènes spécifiques des nodosités, ceci résultant de modifications des codes épigénétiques au niveau de la chromatine. / Legume plants are able to interact with soil bacteria from the Rhizobiaceae family. This interaction leads to the development of a specialized organ called root nodule. Inside the symbiotic nodule cells, rhizobia are capable to fix atmospheric nitrogen and convert it to ammonia, which is a usable nitrogen source for the plant. In the legume Medicago truncatula the symbiotic cells produce high amounts of Nodule-Specific Cysteine-Rich (NCR) peptides which induce differentiation of the rhizobia into enlarged, polyploid and non-cultivable bacterial cells. NCRs are similar to innate immunity antimicrobial peptides. The NCR gene family is extremely large in Medicago with about 600 genes. The expression analysis of 334 NCR genes in 267 different experimental conditions using the Medicago truncatula Gene Expression Atlas (MtGEA) revealed that all the NCR genes except five are exclusively expressed in nodules. No NCR expression is induced in any other plant organ or in response to biotic, abiotic stress tested or to Nod factors. The NCR genes are activated in consecutive waves during nodule organogenesis, which correlated with a specific spatial localization of their transcripts from the apical to the proximal nodule zones. Moreover, we showed that NCRs are not induced during nodule senescence. According to their Shannon entropy, a metric for tissue specificity, NCR genes are among the most specifically and highest expressed genes in M. truncatula. Thus, NCR gene expression is subject to an extreme tight regulation since they are only activated during nodule organogenesis in the polyploid symbiotic cells. This analysis suggested the involvement of epigenetic regulation of the NCR genes. The formation of the symbiotic cells is driven by endoreduplication and is associated with transcriptional reprogramming. Using sorted nodule nuclei according to their DNA content, we demonstrated that the transcriptional waves correlate with growing ploidy levels and investigated how the epigenome changes during endoreduplication cycles. We studied genome-wide DNA methylation and chromatin accessibility as well as the presence of repressive H3K27me3 and activating H3K9ac histone tail modifications on selected genes. Differential DNA methylation was found only in a small subset of symbiotic nodule-specific genes, including over half of the NCR genes, while in most genes DNA methylation was unaffected by the ploidy levels and was independent of the genes’ active or repressed state. On the other hand, expression of these genes correlated with ploidy-dependent opening of the chromatin and in a subset of tested genes with reduced H3K27me3 levels combined with enhanced H3K9ac levels. Our results suggest that endoreduplication-dependent epigenetic changes contribute to transcriptional reprogramming in differentiation of symbiotic cells.