Le colza (Brassica napus L.) est une plante de grande culture particulièrement exigeante en azote (N) et caractérisée par une faible Efficience d’Usage de l’Azote (EUA), principalement due à une mauvaise Efficience de Remobilisation de l’Azote (ERA) au cours de la sénescence foliaire. L’optimisation de l’ERA est donc un enjeu majeur pour améliorer le bilan agro-environnemental de cette culture. La dégradation des protéines étant l’un des processus clés de la remobilisation de l’N associée à la sénescence, l’objectif de ce travail est d’identifier et caractériser les principaux acteurs de la protéolyse lors de la sénescence naturelle ou induite par une limitation en N. Chez la plante modèle Arabidopsis thaliana cultivée en condition de forte disponibilité en N (HN), nous avons montré que SAG12 est une protéase majeure lors de la sénescence foliaire afin d’assurer la remobilisation de l’N essentielle à l’élaboration du rendement et au remplissage en N des graines. En effet, nos travaux montrent que le rôle de SAG12 est central et qu’en absence de son activité, d’autres protéases appartenant au CPs, mais aussi à d’autres classes (protéases à aspartate ; APs), sont sollicitées pour soutenir la remobilisation de l’N foliaire. Dans ce contexte, AED1 (une APs CND41-like) est particulièrement intéressante puisqu’elle semble collaborer étroitement avec SAG12. Par ailleurs, cette étude met en évidence pour la première fois une localisation racinaire de SAG12. Dans cet organe, le rôle de SAG12 est crucial pour remobiliser l’N des racines pour maintenir le rendement et la teneur en N des graines lorsque les plantes sont soumises à une limitation en N. Un autre volet de ce travail a consisté à étudier d’autres moyens de réguler l’activité protéolytique en se focalisant notamment sur des systèmes anti-protéolytiques. Cette étude suggère qu’une Water Soluble Chlorophyll binding Protein (WSCP), la protéine WSCP1, porte effectivement une double fonction de protection des chlorophylles et d’inhibiteur de protéases à sérine, ce qui en fait un potentiel candidat pour prolonger la durée de vie des feuilles et ainsi réduire l’asynchronisme entre la période de vidage des feuilles et la période de remplissage en N des graines.L’ensemble de ces travaux permet de proposer de nouveaux candidats pertinents pour la sélection de variétés de colza présentant une remobilisation efficiente de l’N dans un contexte de limitation des intrants azotés. / Rapeseed (Brassica napus L.) is a field crop plant that is particularly requiring nitrogen (N) and characterized by a low Nitrogen Use Efficiency (NUE), mainly due to a poor Nitrogen Remobilization Efficiency (NRE) during foliar senescence. The optimization of NRE is therefore a major challenge to improve the agro-environmental balance of this crop. Since protein degradation is one of the key processes in the remobilization of N associated with senescence, the objective of this work is to identify and characterize the main actors of proteolysis during natural or induced by N limitation senescence. In the plant model Arabidopsis thaliana grown under high N conditions (HN), we have shown that SAG12 is a major protease during leaf senescence to ensure the remobilization of N essential for yield and seed N filling. Indeed, our work shows that the role of SAG12 is pivotal and that in the absence of its activity, other proteases belonging to the CPs but also to other classes (aspartate proteases; APs) are requested to support the remobilization of foliar N. In this context, AED1 (a CND41-like APs) is particularly interesting since it seems to collaborate closely with SAG12. In addition, this study shows for the first time a root localization of SAG12. In this organ, the role of SAG12 is crucial, in particular to remobilize N from the roots to sustain yield and N content of the seeds when plants face an N limitation. Another aspect of this work was to study other ways of regulating proteolytic activity, focusing in particular on anti-proteolytic systems. This study suggests that a Water Soluble Chlorophyll binding Protein (WSCP), the WSCP1 protein, has effectively a dual function of chlorophyll protection and serine proteases inhibition, which make it a potential candidate to extend leaf lifespan and thus, reduce asynchronism between leaf emptying time and the N seed filling time.Altogether, these results allow to suggest new relevant candidates for the selection of rapeseed varieties with an efficient N remobilization in a context of nitrogen input limitation.

Der Abbau des Chlorophyll (Chl) ist ein Prozess, der typischerweise während der Blattseneszenz und der Reifung von Früchten und Samen stattfindet. Eine Störung dieses koordinierten Prozesses unter Frostbedingungen verzögert den Chl-Abbau und ist ein grosses Hindernis bei der Herstellung von hochwertigem Rapsöl. Der Abbau von Chl zu farblosen Kataboliten erfolgt in einer Serie von enzymatischen Schritten und wird durch die Chlorophyllase begonnen (Chlase). Es wurde vorgeschlagen, dass ein wasserlösliches Chl Protein (WSCP) den Transport des Chl von der Thylakoidmembran zum Wirkort der Chlase übernimmt. Weiterhin wurde angenommen, dass die Steigerungen der Genexpressionen dieser frühen Schritte den Prozess des Chl-Abbaus beschleunigen. In der vorliegenden Arbeit werden die Auswirkungen der Überexpression der Chlase aus Citrus clementii (CcCHLASE) und von WSCP aus Blumenkohl (Cau-WSCP) in transgenen Tabakpflanzen analysiert. Dazu wurde die cDNA Sequenz der CcCHLASE in E. coli exprimiert und mittels in vitro Experimenten die Hydrolysierung von Chl durch die Chlase bestätigt. Anschließend wurden CcCHLASE exprimierende Tabakmutanten generiert und drei T1-Linien wurden unter verschiedenen Stress- und Seneszenzbedingungen untersucht. Die Chlase überexprimierenden Linien zeigten unter allen getesteten Bedingungen einen im Vergleich zum Wildtyp erhöhten Chlide a Gehalt. Trotzdem unterschied sich die Menge an Endkataboliten in diesen Mutanten nicht vom Wildtyp. Andererseits zeigten WSCP überexprimierende Linien zwar keine erhöhten Chlide a Gehalte jedoch erhöhte Protochlorophyllid-(Pchlide)-Level. Das deutet auf eine Rolle des WSCP als Speichermolekül für Chlorophyllvorstufen hin. Die photoprotektive Funktion des WSCP wurde zusätzlich in WSCP überexprimierenden Linien bestätigt. Diese zeigen im Vergleich zu Wildtyp-Tabakpflanzen auch bei hohen Lichtintensitäten von 700 – 900 µmol Photonen m-2 s-1 verringerte Gehalte an Zeaxanthin und reduzierte Peroxidaseaktivitäten. / Chlorophyll (Chl) catabolism is characteristically seen during leaf senescence, fruit ripening and seed maturation. Disruption of this coordinated process under frost conditions delays Chl breakdown and is a great concern in rapeseed oil production. The present work addresses this problem by studying the effect of enhanced Chl catabolism in genetically modified tobacco plants. Chl is catabolised to colourless catabolites through a series of enzymatic reactions initiated by Chlorophyllase (Chlase). A water soluble chlorophyll protein (WSCP) has been proposed to transport Chl from thylakoid membranes to the site of action of Chlase. It was assumed that enhancing the gene expression of these early events in Chl catabolism would increase the Chl breakdown process. The present work analysed the overexpression of Chlase from Citrus clementii (CcCHLASE) and WSCP gene from cauliflower (Cau-WSCP) in modified tobacco plants. Initially, the cDNA sequence of CcCHLASE was expressed in E. coli and in vitro tests confirmed the hydrolytic activity of Chlase on Chl. Subsequently, tobacco plants overexpressing CcCHLASE were generated and three T1 lines were analysed at various stress and senescence conditions. The in vivo production of Chlorophyllide (Chlide) indicated the extent of increased Chl breakdown. The Chlase overexpressor lines showed higher Chlide a steady state levels under all tested conditions in comparison to the WT tobacco plants. However, the end catabolites did not show much difference from WT plants. On the other hand, WSCP overexpressor lines did not show any increase in Chlide a levels, but demonstrated an increased protochlorophyllide (Pchlide) levels. This suggested the role of WSCP as a storage molecule of Chl precursors. Additionally, photoprotective function of WSCP was confirmed in WSCP overexpressors, by lower zeaxanthin levels and peroxidase activity even at high light intensities of 700 – 900 µmol photons m-2 s-1 in comparison to the WT tobacco plants.