La protéine RAD51 est l’un des acteurs majeurs des mécanismes de la résistance et de la reconstruction des cellules cancéreuses. La modulation de son activité ouvre une nouvelle voie dans la lutte contre le cancer. De nouveaux inhibiteurs potentiels de RAD51 ont été recensés, notamment, les dérives du stilbène disulfonique (SD). Dans cette thèse, nous étudions ces inhibiteurs dans différents milieux (solvant et protéine). La première partie de cette thèse est dédiée à l’étude des propriétés physico-chimiques en solution des dérivés SD. À l’aide de spectres optiques expérimentaux et de simulations par calculs quantiques (DFT et TD-DFT), nous avons montré que les SD se présentent sous leur forme dianionique en condition physiologique et la prise en compte du couplage vibronique est cruciale pour simuler des bandes des spectres d’absorption. La seconde partie se focalise sur la modélisation du complexe SD2- en interaction avec la protéine de transport albumine sérique humaine (ASH), qui joue un rôle prépondérant dans le transport de molécule au sein du corps humain. Elle apparaît être un excellent candidat pour acheminer des inhibiteurs SD2- vers les cellules cancéreuses. Sans donnée cristallographique du complexe ASH-SD2-, la modélisation moléculaire est le seul outil prédictif utilisable pour obtenir des données structurales, et nous avons associé ici des méthodes de docking moléculaire et de dynamique moléculaire. Cette méthodologie nous a permis (i) d’identifier le(s) résidu(s) important(s), (ii) d'évaluer les énergies d'interaction par des calculs MM-GBSA et (iii) d'identifier les sites d’accueil les plus adéquats pour les composés de type SD2-. / In this PhD thesis, the SD behavior is studied in various environments (in solution and within protein). In the first part, the physico-chemical properties of SD molecules in solution are explored in a joint experimental and theoretical (DFT and TD-DFT) investigation. The latter demonstrates the dianionic nature of SD compounds in physiological conditions and indicates that accounting for vibronic coupling is crucial to reproduce the bandshape of the absorption spectra. The second part is focused on the modeling of SD2- complexes within a carrier protein, the human serum albumin (HSA), which is essential for the drug transport process through the human body. HSA appears to be an excellent candidate to carry SD2- compounds into cancer cells. Without any cristallographic structure of HSA-SD2- complex, molecular modelling is the only predictive tool to obtain structural data. We performed molecular docking and molecular dynamic methodology to (i) identify the key residues, (ii) investigate the complex energies by MM-GBSA calculations and (iii) determine the most potent binding sites to host SD2- derivatives.

La maladie de Parkinson est l’une des plus répandue dans le monde. Des analyses post mortem ont mis en évidences des inclusions dans les cerveaux des patients, composées d’α-synucléine. Plusieurs études ont visé à identifier des composés capables d’inhiber l’agrégation de cette protéine, étant donné que cette agrégation est liée à sa toxicité. Néanmoins, de nombreux composés restent encore à être identifiés afin de mettre en évidence des structures moléculaires actives partagées qui pourrait mener à la synthèse d’un principe actif. Les stilbènes sont des composés phénoliques démontrant régulièrement des activités biologiques intéressantes pour la santé. Dans cette étude, nous étudions le comportement anti-agrégatif des stilbènes monomériques (resvératrol, picéatannol) et oligomèriques (ampélopsine, viniférine, et isohopeaphénol). Les résultats présentés mettent en évidence la capacité des stilbènes à inhiber l’agrégation de l’α-synucléine et fournissent des éléments pour comprendre ce mécanisme. / Parkinson’s disease is one of the most spread neurodegenerative diseases in the world. Post mortem analyses have put in evidence small inclusion bodies in patient’s brain, composed of α-synuclein fibrils. Several studies attempted then to identify compounds that could inhibit α-synuclein aggregation, as its aggregation is linked to its toxicity. Still, numerous active compounds need to be identified in order to put on relief shared active structures that could lead to a potent drug design. Stilbenes are phenolic compounds that often display interesting health-related biological activities. In this study, the anti-aggregative behavior of stilbenes monomers (resveratrol, piceatannol) and oligomers such as ampelopsin and isohopeaphenol was assessed. The results put on evidence stilbene propensity to inhibit α-synuclein aggregation and provide an insight into their inhibition mechanisms.

Le bois est un matériau renouvelable utilisé par l’Homme pour la construction, l’ameublement, la fabrication du papier, l’énergie, etc. Le bois contient des extractibles d’un grand intérêt économique appartenant à diverses familles chimiques telles que les terpènes, les flavonoïdes, les tanins, etc. Les nœuds (base de la branche englobée dans le tronc) de certaines essences sont extrêmement riches en extractibles.Ce travail a pour objectif l’analyse des variabilités interspécifiques, intraspécifiques et intra-arbre des extractibles nodaux, afin de cibler les essences, les stations et les parties de l’arbre les plus riches. Pour cela, les nœuds de vingt-trois essences, puis ceux de quinze sapins ayant poussé dans des conditions différentes ont été extraits par différents solvants et analysés. Les résultats confirment la richesse des nœuds par rapport au duramen et à l’aubier pour toutes les essences. Globalement, les nœuds des résineux contiennent plus d’extractibles que les feuillus. Les principaux composés identifiés chez les résineux sont des lignanes, des stilbènes, des flavonoïdes et des terpènes. L’acide gallique et des flavonoïdes sont présents chez les feuillus. L’étude du profil vertical montre que les concentrations diminuent de la base du houppier vers la cime de l’arbre. De plus, les résultats mettent en évidence l’influence des conditions de croissance puisque les arbres dominants, et/ou ayant poussé selon des sylvicultures dynamiques sont particulièrement riches en extractibles nodaux. Ces résultats permettent d’envisager la valorisation des coproduits des industries du bois en tant que ressource de molécules bioactives pour diverses applications. / Wood is a renewable material used by man for construction, furniture, paper making, energy, etc. Wood contains extractives of great economic value which belong to various chemical families such as terpenes, flavonoids, tannins, etc. The knots (base of the branch embedded in the trunk) of some tree species are extremely rich in extractives.This study aims at analysing the inter-specific, intra-specific and within-tree variabilities of knotwood extractives to target the richest species, stations and tree parts. For that purpose, the knots of twenty-three species and those of fifteen firs grown under different conditions were extracted using several solvents and analysed. The results confirm the richness of knots compared to heartwood and sapwood for all species. Overall softwood knots contain mainly more extractives than hardwoods. The main compounds identified in softwoods are lignans, stilbenes, flavonoids and terpenes Gallic acid and flavonoids are present in hardwoods. The study of the vertical profile shows that concentrations decrease from the base of the crown to the tree tip. In addition, the results highlight the influence of growth conditions since dominant trees and/or those grown according to dynamic silvicultures are particularly rich in knot extractives. These results allow considering the valorization of wood industries by-products as bioactive molecules resource for various applications.

Les changements climatiques actuels accroissent les stress auxquels sont soumis les arbres forestiers, en modifiant l’environnement dans lequel ils évoluent au cours de leur vie. Il est donc nécessaire de mieux comprendre et mitiger leurs impacts afin de préserver la santé des forêts et maintenir leur productivité. Les composés phénoliques représentent une classe majeure de métabolites secondaires impliqués dans les mécanismes de défense chez les plantes. De précédentes études ont montré que ces composés jouaient un rôle important dans les réponses aux stress biotiques et abiotiques chez les conifères (Hammerbacher et al., 2014;Warren et al., 2015). Dans cette étude, nous avons tiré profit des nombreuses ressources génomiques développées chez l’épinette blanche afin d’étudier les bases génomiques de la production constitutive des composés phénoliques chez cette espèce. En premier lieu, nous avons réalisé une analyse de cartographie de QTLs (Quantitative Trait Locus) portant sur la production de neuf composés phénoliques chez une descendance biparentale d’épinette blanche, et ce pour deux années distinctes. Cette analyse a permis d’identifier 17 QTLs significatifs, dont un à effet majeur chez les néolignanes expliquant jusqu’à 91,3 % de la variance phénotypique. Nous avons ensuite utilisé une approche de RNA-seq afin d’identifier des gènes différentiellement exprimés (DEGs) entre des individus présentant des phénotypes contrastés (concentrations élevées ou basses en composés phénoliques), pour les cinq métabolites chez lesquels des QTLs significatifs avaient été détectés pour les deux années de mesure. Tous métabolites confondus, 603 DEGs ont pu être identifiés, dont 50 étaient associés à la voie de biosynthèse des composés phénoliques. Dans sa globalité, cette étude a contribué à générer de nouvelles connaissances relatives aux bases génétiques des réponses aux stress biotique et abiotique chez l’épinette blanche. Ces nouvelles connaissances pourront être utilisées afin de sélectionner des arbres présentant une résilience accrue aux stress environnementaux dans le cadre de programmes d'amélioration génétique des conifères. / Climate change is increasing the biotic and abiotic stresses faced by forest trees, altering the environment in which they evolve during their lifetime. It is therefore necessary to better understand and mitigate the impact of these stresses in order to preserve the health of forests and maintain their productivity. Phenolic compounds represent a major class of secondary metabolites involved in defense mechanisms in plants. Previous studies have shown that some of these compounds play an important role in the responses to biotic and abiotic stresses in conifers (Hammerbacher et al., 2014; Warren et al., 2015). In this study, we took advantage of the many genomic resources developed in white spruce in order to study the genomic bases of the constitutive production of phenolic compounds in this species. First, we performed QTL (Quantitative Trait Locus) mapping for nine phenolic compounds in two separate years, using a biparental white spruce progeny. This analysis identified 17 significant QTLs, including a major effect QTL explaining 91.3% of the phenotypic variance in neolignans. We then used an RNA-seq approach to identify differentially expressed genes (DEGs) among individuals with contrasting phenolic content (high or low concentrations of phenolic compounds), for five metabolites for which significant QTLs had been detected in both years of measurement. Overall, 603 DEGs were identified, of which 50 were directly related to the biosynthetic pathway of phenolic compounds. In conclusion, this study generated new knowledge regarding the genetic basis of biotic and abiotic stress responses in white spruce. This new knowledge can now be used to select trees with increased resilience to environmental stress within the framework of genetic improvement programs for conifers.

Les changements climatiques actuels accroissent les stress auxquels sont soumis les arbres forestiers, en modifiant l’environnement dans lequel ils évoluent au cours de leur vie. Il est donc nécessaire de mieux comprendre et mitiger leurs impacts afin de préserver la santé des forêts et maintenir leur productivité. Les composés phénoliques représentent une classe majeure de métabolites secondaires impliqués dans les mécanismes de défense chez les plantes. De précédentes études ont montré que ces composés jouaient un rôle important dans les réponses aux stress biotiques et abiotiques chez les conifères (Hammerbacher et al., 2014;Warren et al., 2015). Dans cette étude, nous avons tiré profit des nombreuses ressources génomiques développées chez l’épinette blanche afin d’étudier les bases génomiques de la production constitutive des composés phénoliques chez cette espèce. En premier lieu, nous avons réalisé une analyse de cartographie de QTLs (Quantitative Trait Locus) portant sur la production de neuf composés phénoliques chez une descendance biparentale d’épinette blanche, et ce pour deux années distinctes. Cette analyse a permis d’identifier 17 QTLs significatifs, dont un à effet majeur chez les néolignanes expliquant jusqu’à 91,3 % de la variance phénotypique. Nous avons ensuite utilisé une approche de RNA-seq afin d’identifier des gènes différentiellement exprimés (DEGs) entre des individus présentant des phénotypes contrastés (concentrations élevées ou basses en composés phénoliques), pour les cinq métabolites chez lesquels des QTLs significatifs avaient été détectés pour les deux années de mesure. Tous métabolites confondus, 603 DEGs ont pu être identifiés, dont 50 étaient associés à la voie de biosynthèse des composés phénoliques. Dans sa globalité, cette étude a contribué à générer de nouvelles connaissances relatives aux bases génétiques des réponses aux stress biotique et abiotique chez l’épinette blanche. Ces nouvelles connaissances pourront être utilisées afin de sélectionner des arbres présentant une résilience accrue aux stress environnementaux dans le cadre de programmes d'amélioration génétique des conifères. / Climate change is increasing the biotic and abiotic stresses faced by forest trees, altering the environment in which they evolve during their lifetime. It is therefore necessary to better understand and mitigate the impact of these stresses in order to preserve the health of forests and maintain their productivity. Phenolic compounds represent a major class of secondary metabolites involved in defense mechanisms in plants. Previous studies have shown that some of these compounds play an important role in the responses to biotic and abiotic stresses in conifers (Hammerbacher et al., 2014; Warren et al., 2015). In this study, we took advantage of the many genomic resources developed in white spruce in order to study the genomic bases of the constitutive production of phenolic compounds in this species. First, we performed QTL (Quantitative Trait Locus) mapping for nine phenolic compounds in two separate years, using a biparental white spruce progeny. This analysis identified 17 significant QTLs, including a major effect QTL explaining 91.3% of the phenotypic variance in neolignans. We then used an RNA-seq approach to identify differentially expressed genes (DEGs) among individuals with contrasting phenolic content (high or low concentrations of phenolic compounds), for five metabolites for which significant QTLs had been detected in both years of measurement. Overall, 603 DEGs were identified, of which 50 were directly related to the biosynthetic pathway of phenolic compounds. In conclusion, this study generated new knowledge regarding the genetic basis of biotic and abiotic stress responses in white spruce. This new knowledge can now be used to select trees with increased resilience to environmental stress within the framework of genetic improvement programs for conifers.

De nos jours, il y a une volonté générale de se tourner vers une agriculture plus respectueuse de l’environnement et du consommateur se traduisant notamment par une démarche de réduction des intrants chimiques. Dans un contexte de développement durable, la recherche de produits naturels pour lutter contre les maladies et les ravageurs suscite un regain d’intérêt. Dans cette thèse, des extraits hydro-alcooliques issus de coproduits de la vigne (sarment, cep, racine) et d’essences forestières (écorce d'épicéa, nœud de pin) se sont révélés être une excellente source de polyphénols bioactifs, en particulier en stilbènes complexes. En effet, ces extraits ont démontré un large spectre d’activités contre différentes maladies végétales. En particulier, un potentiel oomycide contre le mildiou de la vigne et une capacité insecticide contre un parasite des Solanacées sont rapportés. En outre, la pertinence de l'utilisation de la « chimie verte » pour extraire les stilbènes comme méthode alternative aux solvants organiques a été mise en évidence. Les présents résultats renforcent une voie de recherche originale pour faire progresser une viticulture et une agriculture plus durables, en utilisant des produits de biocontrôle moins toxiques et biodégradables, constituant ainsi une solution possible et réaliste pour lutter contre les pathogènes des plantes. / Nowadays, is a priority to turn towards a more eco- and consumer friendly agriculture resulting in the reduction of the chemical inputs. In a context of a sustainable development, the investigation of natural products to fight against diseases and pests raised a renewed interest. In this thesis, hydroalcoholic extracts derived from grapevine (cane, wood, root) and forest species (spruce bark, pine knot) by-products have demonstrated to be a great source of bioactive polyphenols, and particularly in complex stilbenes. Indeed, these extracts have proved to confer a broad spectrum of activities against different major plant diseases. In particular, an oomycide potential against downy mildew of the vine and an insecticidal capacity against Solanaceae pest were reported. Furthermore, the relevant use of “green chemistry” to extract stilbenes as an alternative method of organic solvents has been highlighted. The present findings strengthen an original line of research to advance in a more sustainable viticulture and agriculture, using less toxic and biodegradable biocontrol products, being this a possible and realistic solution to combat plant pathogens.

Des nanoparticules d'or dispersées dans un carbone mésoporeux CMK-n (n = 1,3 et 8) ont été obtenues par une méthode originale qui consiste à répliquer des silices mésoporeuses dans lesquelles les particules d'or ont été préalablement formées. La taille des particules d'or est plus petite lorsque la surface de la silice est fonctionnalisée par un thiol (MPTMS) (dAu ~ 2 nm) que par un ammonium (TPTAC) (dAu ~ 6 nm). La taille des particules d'or dans les répliques peut être contrôlée à la fois par la température de calcination du moule et par la température de pyrolyse de la source de carbone. Bien que les répliques carbonées soient beaucoup mieux dispersées dans le milieu réactionnel apolaire que les moules siliciques correspondants, elles sont moins actives dans les oxydations aérobies du cyclohexène et du trans-stilbène en phase liquide. Les meilleures performances dans l'oxydation de ces deux molécules ont été obtenues sur les répliques pyrolysées à 750°C et contenant des particules d'or de taille moyenne d'environ 2 nm. Les très petites particules sont moins actives, probablement parce qu'elles sont complètement enrobées par du carbone, donc inaccessibles. Les performances catalytiques de nos répliques ont été comparées avec celles d'un catalyseur Au/CMK-3 préparé par dépôt colloïdal sur un carbone mésoporeux pré-formé. Les résultats montrent que nos catalyseurs sont beaucoup moins actifs que celui préparé par dépôt colloïdal, car la majorité des particules dans nos répliques sont recouvertes par du carbone. L'inaccessibilité des particules aux gaz a été confirmée par une mesure de chimisorption d'hydrogène sur un catalyseur Pt/CMK-3 préparé par une méthode identique.

Le manuscrit est divisé en six chapitres et deux parties indépendantes, la première étant consacrée à l'étude de l'effet de substituants nitro sur des ligands phosphines aromatiques (L). Une série de (N-phényl-benzimidazol-1-yl)diphénylphosphines substituées par 1 à 3 groupes nitro à différentes positions des noyaux N-phényle et benzimidazolyle, a été synthétisée, et comparée au parent non nitré et à l'homologue N-méthyl-benzimidazolium cationique. Dans les complexes trans-L2RhICl(CO) correspondants, des variations faibles mais systématiques de la fréquence d'élongation C=O IR et du déplacement chimique RMN 103Rh fournissent une quantification empirique des effets régio-spécifiques des substituants nitro sur le caractère donneur global du ligand. Les produits secondaires dinucléaires (µ-CO)(LRhCl)2 donnent des cristaux de clathrate uniques à teneur élevée (6,7:1) en solvate de dichlorométhane. La deuxième partie, regroupant cinq chapitres, concerne l'étude de nouveaux types de carbo-mères fortement p-conjugués, principalement conçus pour pallier la faible solubilité limitante du noyau carbo-benzène. La synthèse et la caractérisation des hexaaryl-carbo-benzènes de référence sont revisitées. Une voie de synthèse en 12 étapes améliorée du dérivé hexaphényle connu et de l'homologue p-bis-3,5-di-tert-butylphényle est décrite. Les deux carbo-benzènes ont été entièrement caractérisés, en particulier par analyse par diffraction des rayons X et par électrochimie. Leur utilisation dans les cellules solaires photovoltaïques organiques s'est avérée freinée par leur faible solubilité empêchant la formation de couches minces de haute qualité. Le troisième chapitre porte sur une série de p-dialkyl-tétraphényl-carbo-benzènes à deux chaînes aliphatiques R = CnH2n +1, n = 2, 4, 8, 14, 20. Leur synthèse basée sur l'addition nucléophile de RMgBr sur la [6]péricyclynedione clé conduit à la fois aux dialkyl- et mono-alkyl-carbo-benzènes réduits, le processus de réduction étant supprimé en utilisant un réactif RLi/CeCl3. Une augmentation spectaculaire de la solubilité dans les solvants chlorés a été observée pour n = 8. Un empilement p-p direct des cycles en C18, guidé par les forces de dispersions aliphatiques, a été montré pour la première fois dans la structure cristalline du dérivé bis-tétradécyle, appuyant l'existence de l'allotrope du carbone 3D ?-graphityne (carbo-mère putatif du graphite). Le quatrième chapitre décrit deux trialkoxyaryléthynyl-tétraphényl-carbo-benzènes et l'étude des propriétés mésogènes de l'un d'entre eux. Une mésophase rectangulaire colonnaire, mise en évidence à 115 °C par des analyses DSC, POM et PXRD, ouvre des perspectives pour une étude systématique des cristaux liquides apparentés. Les constantes du réseau 3D sont cohérentes avec les images STM 2D du carbo-mésogène sur HOPG. Le cinquième chapitre décrit trois carbo-mères de squelette de bis- et ter-phényles, conçus pour leur relation aux fils moléculaires OPP ou OPE. Un carbo-terphényle a montré un très faible potentiel de réduction (-0,39 V/SCE), sans précédent en série carbo-mère. Dans le dernier chapitre, de nouveaux types de carbo-mères sont illustrés: les carbo-barrélènes et les carbo-stilbènes. Leur préparation repose sur l'addition de triyne dinucléophiles sur un ou deux équivalents d'un précurseur [6]péricyclyne (di)one. Dans la série tricyclique, deux carbo-barrélènes non macro-aromatiques et un dérivé bis-butatriénique partiellement réduit, se sont révélés suffisamment stables pour permettre une caractérisation complète, y compris par cristallographie. Le rôle de cage d'un carbo-barrélène vis-à-vis de petites molécules telles que NH4+, même si elle n'a pas encore été clairement établie, a été étudiée théoriquement et expérimentalement. Les carbo-stilbènes ont été obtenus sous forme de mélanges. En l'absence d'analyse cristallographique, ils ont été attribués aux diastéréoisomères cis et trans sur la base de la spectroscopie RMN 1H et des calculs DFT. / The manuscript is divided into six chapters and two independent parts, the first part being dedicated to the investigation of the effect of nitro substituents on aromatic phosphine ligands (L). A series of (N-phenyl-benzimidazol-1-yl) diphenylphosphines substituted with 1 to 3 nitro groups at different positions of the N-phenyl and benzimidazolyl cores, were synthesized, and compared with the non-nitrated parent and cationic N-methyl-benzimidazolium counterpart. In the corresponding trans-L2RhICl(CO) complexes, prepared in two steps and fully characterized, moderate but systematic variations of the C=O IR stretching frequency and 103Rh NMR chemical shift provide an empirical quantification of regio-specific effects of the nitro-substituents on the global donating character of the P-ligand. Dinuclear (µ-CO)(LRhCl)2 side-products were shown to give unique clathrate crystals with a high content (6.7:1) of dichloromethane solvate. The second part, gathering five chapters, concerns the study of new types of highly p-conjugated carbo-mers, primarily devised to palliate the limiting poor solubility of the aromatic C18 carbo-benzene core. The synthesis and characterization of reference hexaaryl-carbo-benzenes are revisited. An improved 12-step synthetic route to the long known hexaphenyl derivative and p-bis-3,5-di-tert-butylphenyl homologue is described. Both carbo-benzenes were fully characterized, in particular by X-ray diffraction analysis and electrochemistry. Their use in organic photovoltaic solar-cells was found to be hampered by their very low solubility preventing the formation of high quality thin films. The third chapter focusses on a series of p-dialkyl-tetraphenyl-carbo-benzenes with two aliphatic chains R = CnH2n+1, n = 2, 4, 8, 14, 20. The synthetic route based on nucleophilic addition of RMgBr to a key [6]pericyclynedione ultimately led to both the dialkyl- and reduced mono-alkyl-carbo-benzenes, the reduction process being found suppressed by using a RLi/CeCl3 reactant. A dramatic enhancement of solubility in chlorinated solvents was observed for n = 8. A direct p-p stacking of C18 rings, driven by aliphatic dispersions forces, could be evidenced for the first time in the X-ray crystal structure of the bis-tetradecyl derivative, giving experimental support to the existence of the a-graphityne 3D carbon allotrope (putative carbo-mer of graphite). The fourth chapter describes two trialkoxyarylethynyl-tetraphenyl-carbo-benzenes and the study of the mesogen properties of one of them. A columnar rectangular mesophase, evidenced at 115 oC by DSC, POM and PXRD analyses, opens prospects for a systematic study of related liquid crystals. The 3D lattice constants are consistent with 2D STM images of the carbo-mesogen deposited on HOPG. The fifth chapter reports on three skeletal carbo-mers of bis- and ter-phenyls, devised for their acquaintance with OPP or OPE molecular wires. A carbo-terphenyl was found to exhibit a very low first reduction potential (-0.39 V/SCE), unprecedented in the carbo-mer series. In the last chapter, new types of carbo-mers are exemplified: carbo-barrelenes and carbo-stilbenes. Their preparation relies on the addition of triyne dinucleophiles to either one or two equivalents of a [6]pericyclyne(di)one precursor. In the tricyclic series, two non-macroaromatic carbo-barrelenes and one partially reduced bis-butatrienic derivative, both containing two sp3-C bridgeheads, were found to be sufficiently stable to allow full characterization, including by crystallography. The cage-ability of a carbo-barrelene toward small molecules such as NH4+, albeit not clearly proven yet, was investigated both theoretically and experimentally. The carbo-stilbene product was evidenced as an unseparated mixture of two isomers. In the absence of crystal of suitable quality for crystallography, they were assigned to the cis and trans diastereoisomers on the basis of 1H NMR spectroscopy and DFT calculations.

Les stilbènes sont les métabolites de défense majeurs de la vigne, qui sont également connus pour leurs nombreuses propriétés pharmacologiques. Tirant parti du récent séquençage du génome de la vigne, l’objectif de ce travail est de caractériser les familles de gènes impliqués dans la biosynthèse des stilbènes chez la vigne, et de préciser leur rôle dans les défenses contre le mildiou (Plasmopara viticola). La première étape de la biosynthèse des stilbènes est catalysée par la stilbène synthase (STS), pour former le resvératrol. L’analyse détaillée du génome de la vigne a permis d’identifier 48 gènes STS, dont 32 gènes potentiellement fonctionnels. La caractérisation fonctionnelle d’une sélection de gènes représentatifs de la diversité de la famille suggère que l’ensemble des 32 gènes STS code pour des protéines ayant réellement une activité stilbène synthase. L’analyse évolutive des gènes STS montre que la famille est très contrainte, sans trace de néo-fonctionnalisation. La famille des STS de la vigne représente donc un exemple unique d’une famille de plus de 30 gènes codant pour des protéines de fonction identique, et la signification biologique de cette expansion est discutée. Une seconde enzyme importante du métabolisme des stilbènes est la resvératrol O-méthyltransférase (ROMT). La ROMT est impliquée dans la méthylation du resvératrol pour former le ptérostilbène, un composé hautement fongitoxique qui pourrait jouer un rôle important dans les mécanismes de défenses de la vigne. Notre analyse de la famille ROMT montre qu’elle est constituée de 17 gènes, dont deux seulement (VvROMT1 et VvROMT2) semblent impliqués dans la synthèse de ptérostilbène. L’expression de ces deux gènes est induite suite à une infection par P. viticola au niveau des feuilles de vigne. Deux autres gènes de la famille, VvROMT12 et VvROMT13, sont exprimés constitutivement au niveau des racines, et ne semblent pas répondre au stress. Des analyses métabolomiques sur des plants de Nicotiana benthamiana transgéniques exprimant ces deux ROMT ainsi que des tests enzymatiques in vitro ont été réalisés afin de déterminer la fonction des gènes ROMT12 et 13. L’ensemble de ces résultats fait apparaître une amplification remarquable des gènes impliqués dans la synthèse des stilbènes chez la vigne et ouvrent la voie à l’étude détaillée de la régulation de cette voie importante du métabolisme de défense de la vigne. / Stilbenes are major defense metabolites in grapevine (Vitis vinifera), which are known for their many pharmacological properties. Taking advantage of the recent sequencing of the grapevine genome, the aim of this work is to characterize genes families involved in stilbene biosynthesis, in order to clarify the role of these defense compounds in the interaction with downy mildew (Plasmopara viticola). The first step of stilbene biosynthesis is catalyzed by stilbene synthase (STS), to yield resveratrol. Our annotation of the STS gene family identified 48 STS genes, including at least 32 potentially functional ones. This unusual expansion of the STS family is original, since it is not found in other stilbene-producing plants. Functional characterization of a selection of STS proteins indicates that all STS genes are likely to encode enzymes with STS activity. Evolutionary analysis of the STS gene family revealed that STS evolution is dominated by purifying selection, with no evidence for neofunctionalization. STS family then represents a unique example a family of more than 30 genes encoding proteins with identical function, and the biological significance of this amplification is discussed. A second important enzyme in stilbene metabolism is resveratrol O-methyltransferase (ROMT), involved in the methylation of resveratrol to yield pterostilbene. This highly fungitoxic compound is believed to play an important role in grapevine defense metabolism. Our analysis of the ROMT family identified 17 genes, two of them only (VvROMT1 and VvROMT2) being involved in pterostilbene biosynthesis. qPCR analyses have shown an induction of the expression of these two genes after an inoculation of P. viticola on grapevine leaves. Two others genes, VvROMT12 and VvROMT13, are constitutively expressed in grapevine roots, and do not seem to respond to stress. Metabolomic analysis on transgenic Nicotiana benthamiana plants expressing these two ROMT genes, together with in vitro enzymatic assays, have been performed in order to determine the function of ROMT12 and ROMT 13. All together, these results show a remarkable amplification of genes involved in stilbene biosynthesis in grapevine. This work paves the way for detailed analyses of the regulation of this important pathway of grapevine defense metabolism.

Les stilbènes sont les métabolites de défense majeurs de la vigne, qui sont également connus pour leurs nombreuses propriétés pharmacologiques. Tirant parti du récent séquençage du génome de la vigne, l'objectif de ce travail est de caractériser les familles de gènes impliqués dans la biosynthèse des stilbènes chez la vigne, et de préciser leur rôle dans les défenses contre le mildiou (Plasmopara viticola). La première étape de la biosynthèse des stilbènes est catalysée par la stilbène synthase (STS), pour former le resvératrol. L'analyse détaillée du génome de la vigne a permis d'identifier 48 gènes STS, dont 32 gènes potentiellement fonctionnels. La caractérisation fonctionnelle d'une sélection de gènes représentatifs de la diversité de la famille suggère que l'ensemble des 32 gènes STS code pour des protéines ayant réellement une activité stilbène synthase. L'analyse évolutive des gènes STS montre que la famille est très contrainte, sans trace de néo-fonctionnalisation. La famille des STS de la vigne représente donc un exemple unique d'une famille de plus de 30 gènes codant pour des protéines de fonction identique, et la signification biologique de cette expansion est discutée. Une seconde enzyme importante du métabolisme des stilbènes est la resvératrol O-méthyltransférase (ROMT). La ROMT est impliquée dans la méthylation du resvératrol pour former le ptérostilbène, un composé hautement fongitoxique qui pourrait jouer un rôle important dans les mécanismes de défenses de la vigne. Notre analyse de la famille ROMT montre qu'elle est constituée de 17 gènes, dont deux seulement (VvROMT1 et VvROMT2) semblent impliqués dans la synthèse de ptérostilbène. L'expression de ces deux gènes est induite suite à une infection par P. viticola au niveau des feuilles de vigne. Deux autres gènes de la famille, VvROMT12 et VvROMT13, sont exprimés constitutivement au niveau des racines, et ne semblent pas répondre au stress. Des analyses métabolomiques sur des plants de Nicotiana benthamiana transgéniques exprimant ces deux ROMT ainsi que des tests enzymatiques in vitro ont été réalisés afin de déterminer la fonction des gènes ROMT12 et 13. L'ensemble de ces résultats fait apparaître une amplification remarquable des gènes impliqués dans la synthèse des stilbènes chez la vigne et ouvrent la voie à l'étude détaillée de la régulation de cette voie importante du métabolisme de défense de la vigne.