La paroi, qui est une structure dynamique entourant chaque cellule végétale, joue un rôle primordial dans le développement des plantes et la transduction de signaux en réponse à des changements environnementaux et à des attaques par des pathogènes. Un des composants majeurs de la paroi primaire est la cellulose qui y est enchevêtrée avec d’autres polysaccharides tels que les hémicelluloses et les pectines. L’objectif de la thèse était de comprendre comment la synthèse de cellulose est coordonnée avec l’assemblage et le remodelage de la paroi au cours de la croissance. Au cours de ces vingt dernières années, de nombreuses molécules inhibant la synthèse de la cellulose (CBI) ont été identifiées et représentent de très bons outils pour disséquer la biologie cellulaire du remodelage pariétale. Ces CBI présentent différentes structures ce qui suggère qu’il existe plusieurs cibles pour perturber la biosynthèse de la cellulose. En étudiant 5 d’entre eux et nous avons pu confirmer qu’ils provoquaient une disparition ou une immobilisation des complexes de cellulose synthase (CSC) à la membrane plasmique. Par contre la caractérisation d’un nouveau CBI, l’Hypostuntine, a permis de montrer qu’il agissait différemment des CBI déjà décrits. L’Hypostuntine inhibe la croissance sans changement détectable des CSC au niveau de la membrane plasmique suggérant que l’Hypostuntine ne cible pas directement le CSC. Des études en microscopie électronique à transmission des parois de plantules traitées à l’HS ont permis de montrer que l’Hypostuntine interfère au niveau du mécanisme cellulaire qui coordonne la biosynthèse de la cellulose et l’assemblage d’une paroi extensible. Pour distinguer le rôle de ces six CBI étudiés, des tests de résistance croisés, des analyses de la composition pariétale et de voies de signalisation ont également été étudiées. Les résultats montrent que toutes ces réponses dépendent entre autres de THESEUS1, un récepteur like kinase de la famille des Catharanthus roseus récepteur kinases CrRLK1L mais suggèrent aussi la présence d’autres acteurs spécifiques induits par chaque CBI. / The cell wall, which is a dynamic structure surrounding each plant cell, plays a fundamental role in the plant development and in the signalling pathways in response to environmental changes and pathogen attacks. One of the major component of the primary cell wall is the cellulose polymer which is embedded between hemicelluloses and pectins. The question of the PhD was how the synthesis of cellulose is coordinated with the assembly and remodelling of the cell wall during cell expansion? During these last twenty years, a multitude of molecules that inhibit cellulose synthesis (CBI) have been identified and they represent powerful tools to dissect the cell biology of cell wall assembly. The large variation in chemical composition of the CBI suggests the existence of multiple targets for these molecules for perturbing the cellulose biosynthesis. I studied five of these molecules and confirmed that they promote a clearance or an immobilisation of the cellulose synthase complex (CSC) from the plasma membrane. The characterisation of the new molecule, named Hypostuntin, showed that it mode of action on CSC is different from the ones described for the other CBI. Hypostuntin inhibits cell growth without detectable changes in CSC activity. This suggests that the CSC is not the primary target of Hypostuntin. Transmission electron microscopy on developing cell walls suggests that Hypostuntin interferes with a process that coordinates cellulose synthesis with the assembly of an extensible wall. To ascertain the role of the six studied CBI, we performed tests of cross resistance, analysis of cell wall composition and signalling pathways. Our results show that the responses are THESEUS 1 dependent, a receptor belonging to the Catharanthus roseus receptor like kinase CrRLK1L but also suggest the presence of other actors specific of the molecules.

L’auto-incompatibilité est une barrière génétique qui permet à une plante de reconnaître et rejeter son propre pollen tout en acceptant le pollen d’individus moins apparentés d’un point de vue génétique. Chez les Brassicacées, l’auto-incompatibilité est contrôlée par un locus hautement polymorphe appelé le locus S, qui contient les déterminants mâle et femelle. Le stigmate exprime le déterminant femelle de l’auto-incompatibilité, S-LOCUS RECEPTOR KINASE (SRK). Chez Brassica oleracea, la localisation subcellulaire d’SRK est unique en son genre : le récepteur est localisé principalement au niveau des endosomes et dans une moindre mesure à la membrane plasmique.Nous avons étudié la fonction de la localisation endosomale de SRK chez Arabidopsis thaliana. Premièrement, nous avons réintroduit l’auto-incompatibilité chez Arabidopsis thaliana grâce à l’expression d’un allèle fonctionnel de SRK en provenance d’Arabidopsis lyrata (une espèce auto-incompatible). Deuxièmement, nous avons montré qu’un mutant perte de fonction de DYNAMIN-RELATED PROTEIN1A, une protéine requise pour l’endocytose, abolissait l’auto-incompatibilité. Nos résultats suggèrent que l’endocytose est requise pour l’auto-incompatibilité, et que SRK pourrait activer sa voie de signalisation depuis les endosomes. / Self-incompatibility is a genetic barrier by which a plant recognizes and rejects its own pollen while allowing pollen from more distantly related plants to germinate. In the Brassicacea family, it is controlled by a highly polymorphic locus called the S-locus, which contains the male and female determinants of self-incompatibility. The stigma expresses the female determinant of self-incompatibility, the plant receptor kinase (PRK) S-LOCUS RECEPTOR KINASE (SRK). In Brassica oleracea, SRK has a unique subcellular localization among PRK: the receptor is mostly localized in endosomes and to a lesser extent at the plasma membrane.We investigated the function of the endosomal localization of SRK in Arabidopsis thaliana. Firstly, we reintroduced self-incompatibility in Arabidopsis thaliana by expression of a functional SRK allele from Arabidopsis lyrata (a self-incompatible species). Secondly, we showed that a loss-of-function mutant of DYNAMIN-RELATED PROTEIN1A, a protein required for endocytosis, abolished self-incompatibility. Our results suggest that endocytosis is required for self-incompatibility, and that SRK may be signaling from endosomal compartments.

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

Au cours du développement des végétaux, de l’établissement de l’identité cellulaire des premiers organes au guidage du tube pollinique, la communication cellule à cellule est d’une importance capitale. En réponse, les voies de signalisation moléculaires sont élaborées pour la perception d’un signal extérieur et la transduction en une réponse génique via une cascade intracellulaire. Les récepteurs kinases font partie des protéines perceptrices des stimuli et constituent chez les plantes une catégorie de protéines avec une occurrence considérable, mais dont très peu d’informations détaillées sont disponibles à ce jour. Une famille de récepteurs kinases chez Arabidopsis thaliana, AtORK11 (Arabidopsis thaliana Ovule Receptor Kinase 11), a été identifiée par orthologie à un récepteur spécifique aux ovaires chez une solanacéee sauvage, Solanum chacoense. La fonction présumée de cette famille de récepteurs kinases de type leucine-rich repeat, suggérée par son patron d’expression, implique les événements relatifs au développement des gamétophytes et à la reproduction. Afin de caractériser la fonction des quatre gènes de la famille (AtORK11a, AtORK11b, AtORK11c et AtORK11d) une stratégie d’analyse de mutants d’insertion de l’ADN-T et d’évaluation du mode d’action par complémentation bimoléculaire par fluorescence (BiFC) a été entreprise. Aucune fonction précise n’a pu être attribuée aux doubles mutants d’insertion, par contre la surexpression d’une construction dominante négative indique un rôle dans le développement gamétophytique. Il a aussi été démontré que les quatre récepteurs peuvent interagir par homodimérisation aussi bien que par hétérodimérisation. Une hypothèse de redondance fonctionnelle est ainsi mise à jour parmi la famille des gènes AtORK11. / Cell to cell communication is paramount during plant developmental processes, from cellular identity in early organogenesis to pollen tube guidance. In response to this requirement, molecular cell signalling is used to perceive an external signal and transduce the response by an intracellular signalling cascade leading to specific gene activation. The sensing protein is typically a receptor kinase, which will transduce the stimulus by phosphorylation of a cytoplasmic interaction partner. Although plant receptor kinases represent the largest protein kinase family, only handfuls are well characterized. By sequence identity (orthology), a family of leucine-rich repeat receptor kinases from Arabidopsis thaliana was identified as AtORK11 (Arabidopsis thaliana Ovule Receptor Kinase 11). Based upon previous results from its ortholog in Solanum chacoense, the ovary- specific ScORK11 receptor kinase, we hypothesized that members of the AtORK11 receptors would be involved in gametophyte development and reproduction. In order to characterize the role of the four family members (AtORK11a, AtORK11b, AtORK11c and AtORK11d), a T-DNA insertional mutant strategy was undertaken, as well as bimolecular fluorescence complementation assays (BiFC). No precise function could be assigned to the double mutants although a dominant negative strategy revealed an involvement in gametophytic development. It was also shown that all of the receptors could form homodimers as well as heterodimers in a heterologous system, suggesting high functional redundancy for the AtORK11 family.

Au cours du développement des végétaux, de l’établissement de l’identité cellulaire des premiers organes au guidage du tube pollinique, la communication cellule à cellule est d’une importance capitale. En réponse, les voies de signalisation moléculaires sont élaborées pour la perception d’un signal extérieur et la transduction en une réponse génique via une cascade intracellulaire. Les récepteurs kinases font partie des protéines perceptrices des stimuli et constituent chez les plantes une catégorie de protéines avec une occurrence considérable, mais dont très peu d’informations détaillées sont disponibles à ce jour. Une famille de récepteurs kinases chez Arabidopsis thaliana, AtORK11 (Arabidopsis thaliana Ovule Receptor Kinase 11), a été identifiée par orthologie à un récepteur spécifique aux ovaires chez une solanacéee sauvage, Solanum chacoense. La fonction présumée de cette famille de récepteurs kinases de type leucine-rich repeat, suggérée par son patron d’expression, implique les événements relatifs au développement des gamétophytes et à la reproduction. Afin de caractériser la fonction des quatre gènes de la famille (AtORK11a, AtORK11b, AtORK11c et AtORK11d) une stratégie d’analyse de mutants d’insertion de l’ADN-T et d’évaluation du mode d’action par complémentation bimoléculaire par fluorescence (BiFC) a été entreprise. Aucune fonction précise n’a pu être attribuée aux doubles mutants d’insertion, par contre la surexpression d’une construction dominante négative indique un rôle dans le développement gamétophytique. Il a aussi été démontré que les quatre récepteurs peuvent interagir par homodimérisation aussi bien que par hétérodimérisation. Une hypothèse de redondance fonctionnelle est ainsi mise à jour parmi la famille des gènes AtORK11. / Cell to cell communication is paramount during plant developmental processes, from cellular identity in early organogenesis to pollen tube guidance. In response to this requirement, molecular cell signalling is used to perceive an external signal and transduce the response by an intracellular signalling cascade leading to specific gene activation. The sensing protein is typically a receptor kinase, which will transduce the stimulus by phosphorylation of a cytoplasmic interaction partner. Although plant receptor kinases represent the largest protein kinase family, only handfuls are well characterized. By sequence identity (orthology), a family of leucine-rich repeat receptor kinases from Arabidopsis thaliana was identified as AtORK11 (Arabidopsis thaliana Ovule Receptor Kinase 11). Based upon previous results from its ortholog in Solanum chacoense, the ovary- specific ScORK11 receptor kinase, we hypothesized that members of the AtORK11 receptors would be involved in gametophyte development and reproduction. In order to characterize the role of the four family members (AtORK11a, AtORK11b, AtORK11c and AtORK11d), a T-DNA insertional mutant strategy was undertaken, as well as bimolecular fluorescence complementation assays (BiFC). No precise function could be assigned to the double mutants although a dominant negative strategy revealed an involvement in gametophytic development. It was also shown that all of the receptors could form homodimers as well as heterodimers in a heterologous system, suggesting high functional redundancy for the AtORK11 family.