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

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les bactéries Pectobacterium sont classées parmi les agents pathogènes les plus importants économiquement pour la culture de la pomme de terre. Au cours des dernières années, une augmentation des maladies dues à ces bactéries a pu être observée. Le but de ce travail de thèse était d’analyser certains aspects de la diversité liés aux Pectobacterium sp à savoir : (i) la diversité génétique liée aux régulateurs du pouvoir pathogène de la bactérie (ii) la diversité de virulence et d’agressivité des souches de Pectobacterium vis-à-vis de leurs hôtes et (iii). Le rôle et la diversité des effets induits par le lipopolysaccharides (LPS), composants de la surface bactérienne de bactéries phytopathogène ou non phytopathogène. Ce travail de thèse souligne également le rôle potentiel que pourrait jouer ces molécules LPS dans le biocontrôledes Pectobacterium sp. Différentes expérimentations cellulaires et moléculaires allant de l’identification de la bactérie à la compréhension des voies de signalisation ont été utilisées. Les résultats obtenus nous ont permis de montré, en premier lieu que, le séquençage du gène pmrA, gène connu pour être impliqué dans la régulation du pouvoir pathogène desPectobacterium, est un outil moléculaire complémentaire d’identification de sous espèces de Pcc et pourrait être aussi un moyen efficace d’évaluation de la diversité génétique intraspécifique. Dans un second temps, nous avons montré que les cultures cellulaires d’Arabidopsis thaliana pourraient être un modèle végétal d’évaluation de l’agressivité des Pectobacterium. Ceci a été obtenu par quantification des cinétiques de trois paramètres associés à la pathogénie de ces bactéries à savoir : l’activité des pectate-lyases, déterminant majeur du pouvoir pathogène des Pcc, la fuite des électrolytes, considérée comme un marqueur précoce de la mort cellulaire, et la mort cellulaire des cultures elle-même. Enfin nous avons également montré que les effets induits par les LPS chez les cellules d’Arabidopsis thaliana sont dépendant du type bactérien. En effet Les résultats obtenus nous ont permis de mettre en évidence trois types de réponses différentes aux LPS en fonction de leur origine: les réponses identiques (régulation des flux d’ions), des réponses communes mais présentant des intensités et de cinétiques différentes (production de ROS, induction de gènes de défense) et des réponses spécifiques (induction d’une PCD, alcalinisation du milieu). Ces résultats indiquent que différentes voies de signalisation pourraient être activées chez Arabidopsis thaliana. Ils nous ont permis également de mieux comprendre l’implication des LPS dans le biocontrôle contre les Pectobacterium sp. / Pectobacterium are classified among the most economically important pathogens of culture of potato. Recently, an increase in diseases caused by these bacteria was observed. The work presented in this thesis has allowed highlighting some aspects on diversity associated with Pectobacterium sp namely: (i) genetic diversity related with the pathogenicity of thebacterium (ii) the diversity in virulence and aggressiveness of Pectobacterium strains on its hosts and (iii) the role and the diversity of effects induced by lipopolysaccharide (LPS), bacterial surface components of phytopathogenic and non- phytopathogenic bacteria. First, we have demonstrated that sequencing the pmrA gene, known to be involved in the regulation of pathogenicity of Pectobacterium, is an additional molecular tool for identification of Pectobacterium subspecies. Moreover, pmrA gene could be an effective tool for evaluation of genetic diversity within species. In a second time, we have showed that cell cultures of Arabidopsis thaliana, could be used as an alternative system to evaluate rapidly and efficiently the virulence of different Pectobacterium strains. This was achieved by quantification of different parameters associated to the pathogenesis of these bacteria namely, the activity of pectate lyases, major determinant of the pathogenicity of Pcc, the electrolyte leakage, considered an early marker of cell death and the cell death itself. Finally, our data further suggest the effects induced by LPS from different origin on Arabidopsis thaliana cells, could be different. Indeed, three different types of responses to LPS have been shown: the identical responses (regulation of ion flux), the common responses but having different intensities and kinetics (ROS production, induction defense genes) and specific responses (induction of PCD, alkalinization of the medium). These results indicate that different signaling pathways could be involved in Arabidopsis thaliana in response to LPS and allowed us to highlight the potential role of LPS in the biocontrol of Pectobacterium sp.

L'étude de la ramification chez le pois, à partir des mutants hyper-ramifiés ramosus (rms) a permis de mettre en évidence l'existence d'une nouvelle famille d'hormones végétales : les strigolactones, inhibant la ramification des plantes à graines. La découverte de cette hormone végétale ouvre de nouvelles pistes de recherche sur la biosynthèse et la perception de cette nouvelle hormone. Nous avons montré le rôle du gène PsBRC1, codant un facteur de transcription de type TCP et homologue du gène TEOSINTE BRANCHED1 du maïs, dans la voie de signalisation des strigolactones. L’étude de ce gène nous a permis d'avoir une meilleure compréhension de l’interaction entre strigolactones et cytokinines dans le contrôle de la ramification, de la dynamique de la levée de dormance des bourgeons axillaires, et d'effectuer les premières études de relations structure-activité des strigolactones sur l’inhibition de la ramification chez le pois.Nous avons étudié et caractérisé d'autres éléments dans la voie de signalisation. Chez le pois, deux mutants, autres que Psbrc1, ne répondent pas à l’application de strigolactones, rms3 et rms4. Le gène RMS4 code pour une protéine à boîte F. Nous nous sommes focalisés ici sur le mutant hyper-ramifié rms3. Nous avons montré que RMS3 est l'homologue du gène D14 du riz, codant pour une protéine de la superfamille des α-β/hydrolases. Ces protéines peuvent avoir une activité enzymatique et ainsi pourraient modifier les strigolactones en un composé actif. Le récepteur des gibbérellines GID1 appartient aussi à cette famille, RMS3 est donc un bon candidat pour être le récepteur des strigolactones. Nous avons utilisé une strigolactone radiomarquée afin d’étudier le métabolisme de l'hormone. Nous avons découvert que la strigolactone synthétique, 3H-GR24 est clivée en un composé inconnu au contact des racines, indépendamment de l'activité de la protéine RMS3. Ce composé de structure inconnue se retrouve aussi dans la sève du xylème alors que 3H-GR24 y est absent.Outre un phénotype hyperbranché les mutants rms présentent une diminution de la taille de leurs entre-nœuds, qui n'est pas due à l’augmentation de la ramification. Nous avons étudié l'origine du nanisme des mutants déficients en strigolactones et affectés dans la réponse à l’hormone. Des approches génétiques et moléculaires ont été utilisées pour tester une interaction possible entre les strigolactones et les gibbérellines. Nous avons montré que les strigolactones régulaient l’élongation des entre-nœuds indépendamment des gibbérellines.Le pois est un excellent modèle en génétique et en physiologie. Avec le développement de nouvelles techniques à l'INRA (TILLING; UNIGENE : ensemble de plus de 40000 séquences exprimées de pois), nous avons pu identifier de nouveaux gènes de biosynthèse des strigolactones chez le pois et obtenir plusieurs nouveaux mutants de pois. Ces mutants seront essentiels pour les futures études du laboratoire et pourront permettre d'identifier de nouveaux intermédiaires dans la biosynthèse et le métabolisme des strigolactones. / The study of shoot branching in pea, using the high branching ramosus (rms) mutants has highlighted the existence of a new family of plant hormones: the strigolactones, inhibiting shoot branching in seed plants. The discovery of this novel plant hormone opens novel research areas in the deciphering of strigolactone biosynthesis and strigolactone perception. We have shown the role of the pea TCP transcription factor, PsBRC1, the homolog of the maize TEOSINTE BRANCHED (TB1) in strigolactone signaling. The PsBRC1 gene was shown to have a role in integrating strigolactone and cytokinin pathways, and allowed to have a better understanding of the dynamics of bud outgrowth, and to perform the first strigolactone Structure-Activity Relationship studies for branching inhibition in pea. We investigated and characterized other elements in the signaling pathway, including the strigolactone receptor. In pea, two mutants, other than Psbrc1, do not respond to the application of strigolactones, rms3 and rms4. The RMS4 gene encodes an F-BOX protein and here we focused on the high branching rms3 pea mutant. We have shown that RMS3 is the homolog of the rice D14 gene encoding a protein of the α-β/hydrolase superfamily. Consequently RMS3 may have an enzymatic activity to modify strigolactone into an active compound. The gibberellin receptor GID1 also belongs to this family, therefore RMS3 is also a good candidate for the strigolactone receptor. We used a radiolabeled synthetic strigolactone, 3H-GR24, to investigate the metabolism of the hormone. We discovered that the synthetic strigolactone, 3H-GR24 is cleaved in an unknown compound in the root media independently of RMS3 activity, compound which is also found in the xylem sap in contrast to 3H-GR24. The rms mutants exhibit not only a high branching phenotype but also a reduced height which is not due to this high branching. We investigated the origin of the dwarfism of strigolactone-deficient and response mutants in pea. Genetic and molecular approaches have been used to test a possible interaction between strigolactones and gibberellins. We have shown that strigolactones regulate stem elongation independently of gibberellin. Pea is a powerful model plant for genetics and physiology. With the development of new facilities at INRA (TILLING; UNIGENE set of more than 40000 expressed sequences), we were able to identify new biosynthesis genes in pea and to obtain several novel pea mutants. These mutants will be essential for future studies of the laboratory in particular to identify new intermediates in strigolactone biosynthesis and metabolism.

Le phénotype des chondrocytes peut être modulé par des facteurs de croissance comme par des contraintes mécaniques. Nous avons caractérisé le potentiel chondrogénique de la "Bone Morphogenetic Protein" (BMP)-2 sur des chondrocytes murins primaires amplifiés en culture monocouche sur plastique. Nous avons aussi développé un nouveau modèle d’étude de la mécanotransduction par la compression dynamique de ces cellules incluses en hydrogel d’agarose. Nous avons ainsi confirmé l’implication des voies ERK1/2 et p38 dans ces mécanismes, révélé l’activation de Smad2/3 en réponse à la compression et identifié de nouveaux gènes mécano-sensibles. Par ailleurs, nous avons mis en évidence le rôle des intégrines-bêta-1 dans la rigidité du tissu cartilagineux. Nos résultats complètent la connaissance fondamentale des mécanismes de régulation du phénotype chondrocytaire, mais peuvent également contribuer à l'amélioration des techniques de reconstruction du cartilage dans le domaine de l'ingénierie tissulaire. / Chondrocytes phenotype can be modulated by growth factors as well as mechanical stress. We characterised Bone Morphogenetic Protein (BMP)-2 chondrogenic potential on mouse primary chondrocytes expanded in monolayer on culture plastic. Also, we developed a new model to investigate mechanotransduction by applying dynamic compression on these cells embedded in agarose hydrogel. Hence, we confirmed ERK1/2 and p38 pathways implication in such mechanisms, we revealed Smad2/3 activation in response to compression and we identified new mechanosensitive genes. Besides, we highlighted the role of beta-1-integrins in cartilage stiffness. Our results completed the basic knowledge of regulation mechanisms underlying chondrocytes phenotype, but could also contribute to improve techniques for cartilage reconstruction in the field of tissue engineering.

Un des principaux acteurs impliqués dans la régulation du statut redox intracellulaire, permettant aux plantes de s’adapter aux contraintes environnementales, est une famille multigénique de petites (12-14 kDa) oxydoréductases ubiquistes appelées thiorédoxines (TRX). Le génome d’Arabidopsis code une vingtaine de TRX canoniques dont neuf sont plastidiales (TRX f, m, x et y). Très étudiées dans notre laboratoire par des approches biochimiques, les TRX de types f et m apparaissent réguler majoritairement l’activité d’enzymes impliquées dans le métabolisme primaire tandis que les types x et y servir principalement de substrats réducteurs d’enzymes antioxydantes. Plus récemment, une dixième TRX, proposée plastidiale et nommée TRX z, a été identifiée. Au cours de ma thèse, j’ai caractérisé cette nouvelle TRX chloroplastique montrant des propriétés physico-chimiques inhabituelles, la rendant unique. En effet, la TRX z semble interagir, via des interactions électrostatiques, avec des protéines pour former des complexes de masses moléculaires élevées, potentiellement liés aux acides nucléiques. De plus, la TRX z, dont l’expression est induite à la lumière, principalement dans les tissus photosynthétiques, est la première TRX chloroplastique qui n’est pas réduite par le système FTR à la lumière mais qui peut être réduite par les autres TRX plastidiales, suggérant une interconnexion entre ces différentes TRX. D’autre part, une recherche exhaustive de cibles de la TRX z, par deux approches spécifiques et complémentaires (protéomique et double hybride), ont révélé 90 cibles putatives de la TRX z. La plupart de ces cibles, jamais identifiées comme cibles des TRX, sont impliquées dans la réponse de défense des plantes mise en place lors de stress biotiques. Ces résultats suggèrent que la TRX z pourrait être un élément clé dans la mise en place de ces réponses. L’analyse fonctionnelle préliminaire de la TRX z au cours de la réponse immune innée conforte cette hypothèse. L’ensemble de ces résultats indique que la TRX z pourrait jouer le rôle d’une protéine senseur de l’état d’oxydoréduction de la cellule. / One of the main actors involved in regulation of the cellular redox state, which allow plant adaptation to stress environmental conditions, is a multigenic family of small (12-14 kDa) ubiquitous oxidoreductases named thioredoxins (TRX). Arabidopsis encodes around twenty canonical TRX, including nine plastidial isoforms (TRX f, m, x and y). Extensively studied in our laboratory by biochemical approaches, TRX f and m was found to mainly redox regulate the activity of enzymes involved in the primary metabolism whereas TRX x and y serve as reducing substrates for antioxidant enzymes. More recently, a tenth TRX, predicted plastidial and named TRX z, was identified. During my PhD, I have characterized this new plastidial TRX showing unusual physicochemical properties, making it unique. Indeed, TRX z seems to interact, via electrostatic bonds, with proteins to form high molecular weight complexes, potentially linked to nucleic acids. Moreover, TRX z, which is expressed in green tissues in the light, is the first plastidial TRX which is not reduced by the FTR system but which can be reduced by other plastidial TRX, suggesting an interconnection between these TRX. Furthermore, a large scale inventory of TRX z targets, by two specific and complementary approaches (proteomic and yeast two hybrid), revealed 90 putative TRX z targets. Most of these, which have never been identified as TRX targets before, are implicated in plant defense response to biotic stresses. These results suggest that TRX z might be a key player in these responses. Preliminary functional analysis of TRX z during immune innate response reinforces this hypothesis. Altogether, these results indicate that TRX z appears as an important sensor of the redox status of the cell.

Pour comprendre les mécanismes de l'immunité innée, nous utilisons Caenorhabditis elegans comme un organism model host et coniospora Drechmeria comme un pathogène. D. coniospora adhère à la cuticule de C. elegans pour infecter son épiderme. Le ver répond par une régulation de gènes de défense multiples, y compris des gènes codant pour des peptides antimicrobiens (AMP) comme nlp-29. En utilisant des vers transgéniques portant des constructions rapporteurs fluorescents comme nlp-29p :: gfp, nous pouvons suivre l'expression des gènes in vivo AMP et de chercher des gènes nécessaires à l'induction de gènes AMP à travers les écrans génétiques. Le but de mon projet était de caractériser des mutants qui ont été identifiés dans un nouvel écran génétique saturée, où 57 nouveaux allèles Nipi qui manquent nlp-29 d'induction après l'infection ont été isolés. Adaptation d'une nouvelle cartographie combinée SNP et toute stratégie de séquençage du génome, nous avons pu isoler 15 allèles de gènes nouveaux Nipi déjà connus et 12 allèles de 6 «nouveaux» gènes. Notre travail a confirmé le rôle principal de la MAPK PKCδ/p38 dans la régulation de l'expression nlp-29 AMP après l'infection, ainsi que le facteur de transcription STA-2/STAT et le transporteur SNF-12/SLC6. Nous faire progresser nos connaissances en identifiant NIPI-4 comme un régulateur positif de l'expression des gènes nlp peptide antimicrobien après l'infection. NIPI-4 est un membre de la famille des kinases nématode spécifique et est prévu pour être un pseudokinase. Nous avons montré qu'il agit dans l'épiderme partie aval de la MAPK p38. / To understand the mechanisms of innate immunity, we use Caenorhabditis elegans as a model host and Drechmeria coniospora as a fungal pathogen. D. coniospora adheres to the cuticle of C. elegans to infect its epidermis. The worm responds by an up-regulation of multiple defence genes, including genes encoding anti-microbial peptides (AMP) like nlp-29. Using transgenic worms carrying fluorescent reporter constructs like nlp-29p::gfp, we can follow AMP gene expression in vivo and look for genes required for the induction of AMP genes through genetic screens. The aim of my project was to characterize mutants that have been identified in a new saturated genetic screen, where 57 new Nipi alleles that lack nlp-29 induction after infection were isolated. Adapting a new combined SNP mapping and whole genome sequencing strategy we were able to isolate 15 new alleles of previously known Nipi genes and 12 alleles of 6 “new” genes. Our work confirmed the primary role of the PKCδ/p38 MAPK in the regulation of nlp-29 AMP expression after infection, as well as the STA-2/STAT transcription factor and the SNF-12/SLC6 transporter. We further advance our knowledge by identifying NIPI-4 as a positive regulator of nlp antimicrobial peptide genes expression after infection. NIPI-4 is a member of a nematode-specific kinase family and is predicted to be a pseudokinase. We showed that it acts in the epidermis partially downstream of the p38 MAPK. It also controls the constitutive expression of antimicrobial peptide genes of the cnc family that are targets of TGFß regulation. Together these suggested that NIPI-4 acts with STA-2 and SNF-12 to regulate AMP gene expression in the epidermis.

Le travail réalisé dans le cadre de cette thèse permet d’évaluer et d’optimiser la charge de signalisation dans les réseaux intelligents (RI) à grande échelle ainsi que d’analyser plusieurs aspects liés aux réseaux hétérogènes.L’objectif principal des RI est de faciliter l’introduction de nouveaux services en se basant sur plus de flexibilité et de nouvelles fonctionnalités. Les composants principaux d’un RI sont le point de commutation de services (SSP) et le point de commande de services (SCP). L’emplacement des équipements de réseau et la répartition du trafic peuvent jouer un rôle important dans la réduction du volume de la signalisation. Dans la première partie de la thèse, nous examinons plusieurs configurations du RI à grande échelledans le but d’analyser les effets du déplacement, de l’addition des nouveaux commutateurs SSP et de la redistribution du trafic au sein du réseau sur le nombre requis de liens de signalisation. Nous proposons un algorithme assurant la distribution optimale du trafic sur les commutateurs SSP avecle nombre minimum requis de liens de signalisation. Dans la deuxième partie de la thèse, nous analysons les différentes stratégies de sélection de réseaux dans un contexte de réseaux hétérogènes. En effet, dans la prochaine génération de réseaux sans fil et mobiles, les utilisateurs pourront se déplacer entre les réseaux hétérogènes en utilisant des terminaux équipés d’interfaces d’accès de plusieurs types. Dans ce contexte, les terminaux mobiles sont en mesure de choisir le lien d’accès le plus approprié parmi lesoptions disponibles. Dans notre travail, nous proposons une stratégie de sélection basée sur la valeur estimée de SINR (Rapport signal à interférence plus bruit) dans un système hétérogène composé de deux types de réseau : LTE et WiFi. Avec cette stratégie, les utilisateurs sélectionnent toujours leréseau présentant le SINR le plus élevé afin d’effectuer leurs communications. En se basant sur la méthode de Markov, nous analysons dans un premier temps, les performances de la stratégie de sélection basée sur le SINR en termes de probabilités de blocage de demandes d’accès aux services, de probabilités de blocage de handover vertical ou horizontal et de qualité de connexion. Nous comparons les résultats obtenus avec deux autres stratégies basées sur la puissance du signal reçu et sur la disponibilité de bande passante. Les performances sont analysées et comparées selon les modèles de mobilité 2D fluid flow et Random WayPoint qui sont largement utilisés dans l’analyse des réseaux sans fil et mobiles. Finalement, nous analysons les influences de l’allocation de ressources du réseau LTE aux services Multicast et Unicast sur les performances du système. / This thesis analyses the signaling load in intelligent large scale networks as well as the network selection strategies in the heterogeneous environment. The main objective of Intelligent Networks (IN) is to simplify the introduction of new services based on new features and more flexibility. The main components of the IN are the Service Switching Point (SSP) and the Service Control Point (SCP).The location of intelligent large-scale network equipments and the distribution of traffic on them can play an important role in reducing the volume of signaling in the network. In the firstpart of this thesis, we examine various configurations of the IN in order to study the effect of displacement or addition of new SSP and redistribution of traffic within the network on therequired number of signaling links. Finally, we propose a new algorithm giving the optimal distribution of traffic on the SSPs with a minimum required number of signaling links.In the second part of the thesis, we analyze the different network selection strategies as well as simulate other approaches related to heterogeneous wireless environment. Indeed, in the next generation of wireless heterogeneous networks, mobile users can move between several types ofnetworks, using terminals with multiple access interfaces. In this environment, the mobile terminals are able to choose the most appropriate access link among the available alternatives. In our work, we propose a network selection strategy based on the estimated SINR value (Signal to Interference-plus-NoiseRatio) in a heterogeneous system composed of two types of network: LTE and WiFi. According to this strategy, users always select the network presenting the highest SINR value. Based on the Markov method, we analyze the system performance in terms of blocking probabilities of calls, blocking probabilities of vertical or horizontal handover and connection quality. We compare our results with two other strategies based on the received signal strength and on the bandwidth availability.The performances are analyzed and compared according to the 2D fluid flow and the Random Waypoint mobility models which are widely used in the analysis of wireless and mobile networks. Finally, we analyze the influence of the resource blocks allocation to services Multicast and Unicast on the system performance.

La perception de l’environnement extérieur est importante pour des interactions efficaces entre plantes et champignons. Chez les champignons filamenteux, l’information associée au pH extracellulaire est transmise via une voie de signalisation conservée et impliquant sept protéines. Parmi ces protéines, la protéine transmembranaire PalH est un récepteur présumé initier la réponse aux pH neutre ou alcalin. Le facteur de transcription PacC, présent sous forme inactive dans le cytoplasme de la cellule fongique, est clivé en réponse à l’activation de la voie, et migre dans le noyau où il active la transcription des « gènes alcalins » et réprime la transcription des « gènes acides ». Chez Magnaporthe grisea, un Ascomycète responsable de la principale maladie du riz, le rôle de cette voie dans la physiologie du champignon est encore inconnu. Les deux homologues des gènes PACC et PALH ont été identifiés. Dans le but d’analyser le rôle des deux protéines PacC et PalH chez M. grisea, la délétion de ces gènes a été réalisée. Plusieurs phénotypes ont été analysés chez les deux souches mutantes, notamment la croissance, la sporulation et le pouvoir infectieux. Ceci a permis d’étudier le rôle de la signalisation liée au pH extracellulaire dans le cycle de développement de M. grisea. De plus, une analyse du profil des gènes exprimés chez le mutant ΔpacC a été initiée. Les résultats obtenus indiquent que cette voie est importante pour l’adaptation du champignon à un environnement alcalin et qu’elle joue un rôle dans la pathogénicité du champignon / Perception of external environment is important for successful infection of plants by fungi. In these organisms, the information about extracellular pH is provided to the cell by a conserved signalling pathway that involves seven proteins. Among these proteins, the transmembrane protein PalH is the putative receptor which would initiate the pH response. The transcription factor PacC, existing in an inactive form in the fungus cell cytoplasm, is activated through proteolysis in response to the pathway activation, and migrates into the nucleus where it activates the « alkaline » genes transcription and represses that of the « acidic » genes. In Magnaporthe grisea , an ascomycete responsible for the main rice disease, the role of this pathway is still unknown. In this work, the PACC and PALH genes have been identified. In order to analyse the role of the two corresponding proteins PacC et PalH, the deletion of these two genes has then been performed. Several phenotypes were studied in the two mutant strains, including growth rate, conidiation and ability to infect host plants. This enabled the investigation of the involvement of the pH signalling pathway in the M. grisea development cycle. Furthermore, a gene expression profiling analysis of the ΔpacC mutant has been undertaken and revealed the multiple cellular responses to pH changes. Taken all together, the results collected in this work indicate that the pH signalling pathway is important for M. grisea's adaptation to an alkaline environment and that it plays a significant role in the fungus pathogenicity