L’autophagie est un processus vésiculaire des organismes eucaryotes permettant de véhiculer au sein d’autophagosomes des protéines dysfonctionnelles et/ou des organites défectueux qui sont apportés à la vacuole pour y être dégradés. Les acides aminés et les squelettes carbonés ainsi générés pourront ensuite être exportés vers le cytosol et recyclés. Ce travail de thèse a consisté à identifier les rôles que joue l’autophagie au cours du développement et de la germination de la graine d’Arabidopsis thaliana. Dans une première partie, les graines du mutant d’autophagie atg5 ont été caractérisées d’un point de vue morphologique et leur remplissage en molécules de réserve a été étudié. Il a notamment été montré que la graine mutante présente une maturation accélérée et accumule plus de protéines que la graine sauvage. Dans une seconde partie, l’expression de gènes ATG8 a été mise en évidence au cours du développement de l’embryon, dans le phloème de la silique et du funicule, dans les téguments externes et internes, ainsi que dans l’endosperme de la graine. L’activité autophagique a été visualisée par l’observation en microscopie de structures autophagiques dans l’embryon en développement. Enfin, dans une dernière partie, les rôles de l’autophagie au cours de la germination ont été étudiés via le suivi de la mobilisation des molécules de réserve chez le mutant atg5, comparativement à des graines sauvages. Il a ainsi été montré que la graine mutante présente un défaut de mobilisation des protéines. Les résultats obtenus montrent donc que l’autophagie jouerait différents rôles dans la graine, notamment dans sa maturation et son vieillissement, dans l’apport des nutriments depuis la plante mère jusqu’à l’embryon, et encore dans la constitution des réserves au cours du développement, puis leur mobilisation après la germination. / Autophagy is a vesicular process of eukaryotic organisms, which consists of the transport of dysfunctional proteins and/or defective organelles within auto phagosomes toward the vacuole in order to be degraded. The generated amino acids and carbon skeletons are transported to the cytosol and recycled. The aim of this thesis work was to identify the roles of autophagy during seed development and germination in Arabidopsis thaliana. In the first part, seeds of the atg5 autophagy mutant have been morphologically characterized in order to study the accumulation of storage molecules. We demonstrated that atg5 mutant seeds are affected by an accelerated maturation and accumulate more proteins than wild type seeds. In a second part, the expression of ATG8 genes has been exhibited during the embryo development, into the phloem of silique and funiculus, in the outer and the inner integument, and in the seed endosperm. Autophagic activity has been visualized by microscopy observation of autophagic structures in the developing embryo. Finally, in the last part, the roles of autophagy during germination have been studied by monitoring the mobilization of storage molecules in the atg5 mutant seeds and compared with the wild type. We thus established that mutant seeds are affected by a defect in protein mobilization. These results show that autophagy may play several roles in seeds, for instance in the ageing and maturation processes, in the transport of nutrients from the mother plant to the embryo, or in the constitution of storage compounds during seed development and their mobilization after germination.

Les légumineuses sont une source riche pour l’alimentation humaine comme celle du bétail mais elles sont aussi nécessaires à une agriculture durable. Cependant, les fractions majeures des protéines de réserve dans la graine sont pauvres en acides aminés soufrés et peuvent être accompagné de facteurs antinutritionnels, ce qui affecte leur valeur nutritive. Dans ce cadre, Medicago truncatula est une espèce modèle pour l’étude du développement de la graine des légumineuses, et en particulier concernant la phase d’accumulation des protéines de réserve. Vu la complexité des graines de légumineuses, une connaissance approfondie de leur morphogenèse ainsi que la caractérisation des mécanismes sous-jacents au développement de l’embryon et au remplissage de la graine sont essentielles. Une étude de mutagenèse a permis d’identifier le facteur de transcription DOF1147 (DNA-binding with One Finger) appartenant à la famille Zn-finger, qui s’exprime dans l’albumen pendant la transition entre les phases d’embryogenèse et de remplissage de la graine. Lors de mon travail de thèse, il a été possible de générer plusieurs constructions pour l’analyse de l’expression de DOF1147 ainsi que de la protéine DOF1147. Un protocole efficace pour la transformation génétique stable de M. truncatula a été établi et des études de localisation subcellulaire ont montré que DOF1147 est une protéine nucléaire. Un arbre phylogénétique a révélé différents groupes de facteurs de transcription DOF avec des domaines conservés dans leur séquence protéique. L’analyse du promoteur in silico chez plusieurs gènes-cible potentiels de DOF1147 a identifié les éléments cis-régulateurs de divers facteurs de transcription ainsi que des éléments répondant aux auxines (AuxREs), ce qui suggère un rôle possible de l’auxine pendant le développement de la graine. Une étude in vitro du développement de la graine avec divers régimes hormonaux, a montré l’effet positif de l’auxine sur la cinétique du développement de la graine, que ce soit en terme de gain de masse ou de taille, plus fort avec l’ANA que l’AIB. Grâce à une approche cytomique de ces graines en développement nous avons, en plus, démontré l’effet de l’auxine sur la mise en place de l’endoreduplication. En effet, celle-ci est l’empreinte cytogénétique de la transition entre les phases de division cellulaire et d’accumulation de substances de réserve lors du développement de la graine. Dans son ensemble, ce travail a démontré que l’auxine module la transition entre le cycle mitotique et les endocycles chez les graines en développement de M. truncatula en favorisant la continuité des divisions cellulaires tout en prolongeant simultanément l’endoreduplication. / Legumes are not only indispensible for sustainable agriculture but are also a rich source of protein in food and feed for humans and animals, respectively. However, major proteins stored in legume seeds are poor in sulfur-containing amino acids, and may be accompanied by anti-nutritional factors causing low protein digestibility problems. In this regard, Medicago truncatula serves as a model legume to study legume seed development especially the phase of seed storage protein accumulation. As developing legume seeds are complex structures, a thorough knowledge of the morphogenesis of the seed and the characterization of regulatory mechanisms underlying the embryo development and seed filling of legumes is essential. Mutant studies have identified a DOF1147 (DNA-binding with One Finger) transcription factor belonging to the Zn-Finger family which was expressed in the endosperm at the transition period between embryogenesis and seed filling phase. During my PhD work, a number of transgene constructs were successfully generated for expression analysis of DOF1147 gene as well as the DOF1147 protein. A successful transformation protocol was also established for stable genetic transformation of M. truncatula. Subcellular localization studies have demonstrated that DOF1147 is a nuclear protein. A phylogenetic tree revealed different groups of DOF transcription factors with conserved domains in their protein sequence. In silico promoter analysis of putative target genes of DOF1147 identified cis-regulatory elements of various transcription factors along with auxin responsive elements (AuxREs) suggesting a possible role of auxin during seed development. A study of in vitro seed development under different hormone regimes has demonstrated the positive effect of auxin on kinetics of seed development in terms of gain in seed fresh weight and size, with NAA having a stronger effect than IBA. Using the cytomic approach, we further demonstrated the effect of auxin on the onset of endoreduplication in such seeds, which is the cytogenetic imprint of the transition between the cell division phase and the accumulation of storage products phase during seed development. As a whole, this work highlighted that the auxin treatments modulate the transition between mitotic cycles and endocycles in M. truncatula developing seeds by favouring sustained cell divisions while simultaneously prolonging endoreduplication.