Nous avons étudié l'absorption et l'assimilation de l'urée chez les plantes. Trois espèces végétales et deux systèmes de culture ont été utilisés. Deux céréales de grandes cultures, maïs et blé, ont été cultivées en hydroponie et sur sol en conditions proches du champ. Nous avons affiné nos recherches sur la plante modèle Arabidopsis en culture hydroponique. Deux approches ont été utilisées. Nous avons d'abord caractérisé

Le cuivre (Cu) est un nutriment essentiel à la vie des organismes mais aussi, lorsqu’il est présent en excès, un constituant toxique de la cellule. Pour faire face à des concentrations élevées en Cu dans l’environnement, les plantes ont développé des mécanismes complexes d’homéostasie et de tolérance au Cu. L’objectif de ce travail est d’apporter une contribution à la compréhension de ces mécanismes en utilisant la plante modèle Arabidopsis thaliana. Dans un premier temps, nous avons montré que l’excès de Cu2+ entraînait une réorganisation de l’architecture du système racinaire caractérisée par une inhibition de la croissance de la racine primaire et l’augmentation de la densité de racines latérales. Nous avons mis en évidence plusieurs processus métaboliques qui pourraient être impliqués dans cette réorganisation, tels que des changements dans l’homéostasie minérale, le statut hormonal, et la production de lignine. Une approche de génétique classique a ensuite été entreprise afin de mieux comprendre les composants moléculaires impliqués dans cette réponse. Un criblage de mutants a été effectué sur excès de Cu2+ dans le but d’isoler des mutants présentant un phénotype racinaire altéré par le Cu2+. Un mutant sensible au Cu2+ (appelé cop29) a été sélectionné en raison de sa forte inhibition de croissance racinaire sur excès de Cu2+. Le clonage positionnel du mutant, combiné avec des approches génomiques, a permis d’identifier le gène At3g14190 comme étant le gène muté responsable du phénotype de cop29. Ce gène encode une protéine de fonction encore inconnue. La caractérisation phénotypique de cop29 a révélé que le mutant était également sensible à l’excès de Zn2+, Mn2+ et Na+. De plus, nous avons montré qu’en présence d’un excès de Cu2+ ou de NaCl le mutant présentait des concentrations en K+ significativement plus faibles que le type sauvage. Etant donné que le maintien de l’homéostasie du K+ joue un rôle essentiel dans la tolérance des plantes à l’excès de Cu ou de NaCl, nous avons émis l’hypothèse que ces faibles concentrations en K+ pourraient être la cause du phénotype de cop29. Par ailleurs, l’utilisation des banques de données génomiques et protéomiques a mis en avant que la protéine COP29 pourrait également jouer un rôle dans la régulation du cycle cellulaire. Les perspectives consisteront à découvrir la fonction de la protéine COP29 et contribueront ainsi à mettre en évidence un nouveau composant moléculaire impliqué dans la tolérance des plantes aux stress. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Deux symbioses végétales partagent la même niche écologique, leur hôte, une légumineuse. Ces deux associations mutualistes sont la mycorhize arbusculaire (MA) et la symbiose Rhizobium/légumineuse. Chacune de ces relations symbiotiques, prise individuellement, peuvent contrôler leur propre colonisation par des mécanismes d'autorégulation. Ce contrôle exclusif s'effectue par rétroaction systémique et parviendrait à limiter le coût en carbone pour l'hôte. En vue d'étudier la restriction exercée par une plante hôte sur le degré de colonisation mycorhizienne et rhizobienne, la légumineuse Medicago sativa a été cultivée en chambre bicompartimentée (Split-Roots). Ce dispositif expérimental a permis de séparer en deux parties distinctes le système racinaire de M. sativa. Le but recherché par ces expérimentations était de vérifier à distance l'autorégulation au sein d'une symbiose sur la seconde partie du système racinaire et de mettre en évidence une régulation négative croisée entre deux symbioses différentes. En effet pour la première fois, il est démontré que l'autorégulation systémique n'est pas l'action d'une seule symbiose sur elle-même, mais que par des signaux communs entre les deux symbioses, il existe une régulation négative croisée entre elles. Cette approche permet d'examiner, sous un nouvel angle, la régulation de l'établissement d'une symbiose par une autre symbiose. Dans ces conditions, nos résultats montrent l'existence d'un lien évident de signalisation entre les deux symbioses végétales. Dans le cas précis d'une pré-colonisation de M. sativa par Sinorhizobium meliloti, les facteurs Nod se sont révélés impliqués au niveau de l'autorégulation. Dans cet exemple, les flavonoïdes exsudés par M. sativa sont non seulement reconnus par les Rhizobia mais aussi par le Glomus mosseae. Ces résultats représentent un acquis important pour l'interprétation de la signalisation au niveau de l'autorégulation des deux symbioses à l'étude. Par ailleurs, l'analyse des exsudats racinaires de M. sativa par chromatigraphie liquide à haute performance (HPLC) montre une modification significative du patron des isoflavonoïdes lorsque cette plante est soumise à différents contrôles dérivant d'autorégulations et de régulations négatives croisées. De plus il est loisible d'observer une variation similaire de patrons de flavonoïdes suite à l'application de facteurs Nod. En soi, d'une façon plus exacte, tous ces traitements provoquent une réduction marquée de la formononétine et de l'ononine. Ces deux isoflavonoïdes semblent être d'excellents candidats comme molécules ± signal ¿ dans la régulation à distance pour les deux symbioses végétales. De plus, l'application externe de ces deux isoflavonoïdes peut normalement restaurer la nodulation et la mycorhization. Les flavonoïdes jouent un rôle clef dans la formation de la symbiose MA chez M. sativa. Lors d'expériences avec diverses souches de G. mosseae nous avons cherché à montrer qu'il y avait bien une régularité et une constance dans le patron de flavonoïdes considérés comme molécule signal et cela peu importe les besoins métaboliques divergents associés à ces souches de G. mosseae. Selon cette prémisse nous concluons que leur production n'est pas subordonnée aux besoins métaboliques des souches fongiques. La constance de l'augmentation ou la réduction du patron de ces flavonoïdes pourraient bien être le résultat du rôle de flanovoïdes impliqués pour des mécanismes de signalisations qui accompagnent nécessairement l'établissement de la symbiose MA.

Durant cette thèse nous nous sommes attachés au développement d'une méthode globale de création de réseaux métaboliques chez des espèces biologiques non classiques pour lesquelles nous possédons peu d'informations. Classiquement cette reconstruction s'articule en trois points : la création d'une ébauche métabolique à partir d'un génome, la complétion du réseau et la vérification du résultat obtenu. Nous nous sommes particulièrement intéressés au problème d'optimisation combinatoire difficile que représente l'étape de complétion du réseau, en utilisant un paradigme de programmation par contraintes pour le résoudre : la programmation par ensemble réponse (ou ASP). Les modifications apportées à une méthode préexistante nous ont permis d'améliorer à la fois le temps de calcul pour résoudre ce problème combinatoire et la qualité de la modélisation. L'ensemble de ce processus de reconstruction de réseau métabolique a été appliqué au modèle des algues brunes, Ectocarpus siliculosus, nous permettant ainsi de reconstruire le premier réseau métabolique chez une macro-algue brune. La reconstruction de ce réseau nous a permis d'améliorer notre compréhension du métabolisme de cette espèce et d'améliorer l'annotation de son génome. / In this thesis we focused on the development of a comprehensive approach to reconstruct metabolic networks applied to unconventional biological species for which we have little information. Traditionally, this reconstruction is based on three points : the creation of a metabolic draft from a genome, the completion of this draft and the verification of the results. We have been particularly interested in the hard combinatorial optimization problem represented by the gap-filling step. We used Answer Set Programming (or ASP) to solve this combinatorial problem. Changes to an existing method allowed us to improve both the computational time and the quality of modeling. This entire process of metabolic network reconstruction was applied to the model of brown algae, Ectocarpus siliculosus, allowing us to reconstruct the first metabolic network of a brown macro-algae. The reconstruction of this network allowed us to improve our understanding of the metabolism of this species and to improve annotation of its genome.