Adhesion between the plasma membrane and the cell wall and the existence of the continuum of these two compartments is needed for signal transmission, e.g. under pathogen attack, during cell expansion and cell wall growth, or in response to environmental conditions. This adhesion is, in addition to the turgor, provided by physical connection of both compartments. One of the best-known examples of physical connection is found in the root system, in the Caspary strip region, where it is required to maintain apoplastic barriers of the root system, even under adverse conditions and consequent plasmolysis. There is little information about the physical interconnection and the participating macromolecules but there are candidates, which could participate in this interaction. The diploma thesis deals with arabinogalactan (AGP) proteins with fasciclin-like domain (namely FLA9 and FLA2). These proteins may play a role in the adhesion of plasma membrane and cell wall and may be involved in the growth regulation and development of the root system. Both genes are are relatively strongly expressed in the roots, especially in the elongation zone and in the cortex, including the endodermis (according to chip data). Also, to a smaller extent, the thesis deals with integrin-like At14A protein. The most interesting...

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Choisya ternata est une plante ornementale souvent touchée par la maladie de la pourriture racinaire provoquée par Phytophthora. Cette maladie peut induire de pertes allant jusqu’à 80 %, ce qui implique l’utilisation intensive de produits phytosanitaires. Afin de limiter l’utilisation de ces produits toxiques, une meilleure connaissance des acteurs de la défense des plantes est nécessaire. Pour cela, les objectifs de cette thèse sont I) d’identifier les espèces du genre Phytophthora pathogènes de C. ternata, II) d’étudier des acteurs de défense au niveau racinaire et III) de développer une approche de lutte alternative aux phytosanitaires. L’identification des espèces de Phytophthora par l’amplification et le séquençage de la région ITS, montre la présence de Phytophthora parasitica dans la production de C. ternata en pépinière. Ils mettent aussi en évidence, pour la première fois en France et chez Choisya, la présence de Phytophthora tropicalis. Deux cultivars de C. ternata sont utilisés pour étudier les acteurs de la défense racinaire contre P. parasitica, Aztec pearl (moins sensible à la pourriture racinaire) et Goldfinger (plus sensible). Les arabinogalactane-protéines (AGPs) sont des glycomolécules de la paroi cellulaire qui constitue une barrière physique face aux pathogènes. Des études ont montré le rôle des AGPs dans l’interaction plante-pathogène et plus particulièrement avec les oomycètes. Toutefois, le rôle des AGPs racinaires de Choisya dans l’interaction avec P. parasitica n’est pas étudié. Nos résultats montrent des différences biochimiques au niveau de la composition monosaccharidique des AGPs racinaires d’Aztec pearl en comparaison avec les AGPs de feuilles de ce cultivar et les AGPs de feuilles et de racines de Goldfinger. Contrairement aux autres fractions, ces AGPs n’ont pas augmenté la croissance du mycélium de P. parasitica. Ces résultats suggèrent que l’oomycète n’est pas capable de dégrader cette fraction pour l’utiliser comme une source d’énergie. Pendant l’infection de la plante par P. parasitica, ces AGPs peuvent freiner la pénétration du pathogène, et par conséquent diminuer la sévérité de la maladie. Les plantes ont aussi développé des molécules chimiques nommées métabolites secondaires (MS) capables de les protéger contre leurs agresseurs. Des études ont montré que la partie foliaire de Choisya est riche en MS tels que les alcaloïdes dont plusieurseffets pharmacologiques sont connus. Cependant, leur composition racinaire et leur rôle dans la protection de la plante contre P. parasitica ne sont pas élucidés. Nos résultats montrent que les racines des deux cultivars sont riches en alcaloïdes furoquinoliques. Certains alcaloïdes sont présents en plus grande quantité chez Aztec pearl, mais suite à l’inoculation de zoospores de P. parasitica cette différence n’est plus détectable. De plus, l’extrait contenant les alcaloïdes totaux d’Aztec pearl ont été capables d’inhiber la croissance du mycélium de l’oomycète, contrairement à l’extrait issu de Goldfinger. Ces résultats montrent le rôle potentiel des alcaloïdes furoquinoliques dans la protection de la plante contre cet oomycète. / Choisya ternata is an ornamental plant that suffers from root rot disease due to Phytophthora. This disease can lead to severe production losses (up to 80 %), which require intensive use of phytosanitary products. A better understanding of plants defenses in required in order to reduce the use of these products. Therefore, the objectives of this thesis are I) identifying Phytophthora spp. pathogens of C. ternata, II) studying roots defense actors and III) developing an alternative control approach. Phytophthora spp. identification by ITS region amplification and sequencing highlighted the presence of Phytophthora parasitica on Choisya. Furthermore, Phytophthora tropicalis was identified for the first time in France and on Choisya culture. Two C. ternata cultivars were used to study the plants root defense actors against P. parasitica, Aztec pearl (less susceptible to root rot) and Goldfinger (more susceptible to root rot). Arabinogalactan proteins (AGPs) are glycomolecules of the cell wall which constitutes a physical barrier to pathogens. Studies showed the role of AGPs in the plant-pathogen interaction and more specifically in the case of oomycetes. However, Choisya root AGPs role in the interaction with P. parasitica is not studied. Our results showed biochemical differences in the monosaccharide composition of Aztec pearl root AGPs and the other AGPs fractions (Aztec pearl leaves and Goldfinger roots and leaves). Contrary to other fractions Aztec pearl root AGPs did not increase P. parasitica mycelium growth. These results suggest that oomycete was not able to degrade this fraction and use it as energy source. When P. parasitica infects the plant, these AGPs may be able to slow the infection and reduce disease severity. Plants have also developed chemical molecules known as secondary metabolites (SM) capable of protecting them against attackers. Studies showed that C. ternata leaves are rich with SM as alkaloids that have many pharmacological activities. Nevertheless, roots alkaloids composition and role in plant protection are not studied. Our results showed that roots of the two cultivars are riche with furoquinoline alkaloids. Some these alkaloids were more concentrated in Aztec pearl. But after inoculation with P. parasitica zoospores, the difference was not detectable anymore. Moreover, the total alkaloids extract of Aztec pearl inhibited P. parasitica mycelium growth, unlike the extract of Goldfinger. Another strategy of plants protection is the use of beneficial soil microorganisms that limits pathogens development and stimulate plant defenses. These microorganisms are known as biological control agents (BCA) and are sometimes used in horticulture as an alternative control strategy. In our study, treatments of C. ternata by different BCA were evaluated by a developed real time PCR (qPCR) targeting ypt1 and by symptoms annotation. This evaluation showed that combined treatments by Glomus intraradices with Gliocladium catenulatum and G. intraradices with Trichoderma atroviridae (respectively mycorrhizal fungi and filamentous fungi) offer a better protection against P. parasitica.

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La coiffe racinaire est cruciale à la croissance et survie du méristème subapical de racine. Elle libère des cellules frontières (CFs) qui assurent la protection de l’apex racinaire. Les CFs associées à leur mucilage forment le piège extracellaire de racine (RET). La caractérisation du RET et des exsudats racinaires de trois essences ligneuses sahéliennes à partir de plantules cultivées in vitro a été réalisée. B. aegyptiaca et A. raddiana prospèrent dans les zones semi-arides, à l’opposé de T. indica. La morphologie des CFs et l’organisation du RET ont été déterminées par microscopie. La compostion en glycopolymères et la détection des arabinogalactanes proteines (AGPs) dans le RET et les exsudats racinaires ont été déterminées par des analyses biochimiques. L’effet des exsudats racinaires sur la croissance d’Azospirillum brasilense, une bactérie bénéfique pour la plante a été évalué. B. aegyptiaca produit des CFs de type border cells (BCs) alors que les autres Fabaceae produisent des BCs et des border-like cells. Les BCs sont entourées d’un dense mucilage riche en polymères de paroi. Le RET et les exsudats racinaires issus de B. aegyptiaca et A. raddiana sont plus riches en AGPs que ceux provenant T. indica. Les AGPs pourraient contribuer à la survie des plantules dans un contexte semiaride. Ce travail ouvre de nouvelles perspectives de recherche concernant l'implication du RET dans la survie des plantes à l'aridité. / The root cap is primordial for seedling growth and supports root apical meristem integrity. The root cap releases root border cells (RBCs) that surround the root tip and ensure seedling protection against numerous stresses. RBCs and their associated mucilage form the root extracellular trap (RET). Here, RET and root exudate characterization of three Sahelian woody seedlings are performed. In contrast to B. aegyptiaca and A. raddiana which thrive in semi-arid areas, T. indica is more sensitive to drought. B. aegyptiaca, A. raddiana and T. indica seedlings were sub-cultured in vitro. RBC morphologies and RET organization were determined using microscopic approaches. The polysaccharide composition and arabinogalactan protein (AGP) content were determined by biochemical approaches in the RET and the root exudates. Moreover, the effect of root exudates on the growth of Azospirillum brasilense a plant benefical bacteria has been performed. While B. aegyptiaca produces only border cell (BC) type, the two Fabaceae seedlings release both BCs and border-like cells (BLCs). BCs are enclosed in a dense mucilage enriched in cell wall polymers. Compared to T. indica, RET and root exudates of B. aegyptiaca and A. raddiana include more abundant AGPs. In this context, AGPs could contribute to woody seedling survival. This work opens new research perspectives regarding involvement of RET in plant survival to aridity.

[ES] Los dobles haploides son una gran herramienta para la mejora genética de híbridos debido a que se puede alcanzar la homocigosis completa en una sola generación. Entre las técnicas usadas para obtener estas plantas, la inducción de la embriogénesis de microsporas, mediante el cultivo de anteras o de microsporas, es la más eficiente y la más usada. La embriogénesis de microsporas es también un ejemplo de totipotencia de las células vegetales gracias a su habilidad de reprogramar su desarrollo gametofítico hacia una ruta esporofítica, donde las células proliferan de forma organizada para crear un nuevo organismo. Como en muchos otros procesos in vitro, las condiciones de cultivo deben ser optimizadas para incrementar la eficiencia. En la presente Tesis Doctoral, hemos usado dos especies como sistemas experimentales para estudiar y optimizar el cultivo de microsporas. Por un lado, usamos berenjena (Solanum melongena) como un ejemplo de cultivo de importancia económica en el que los protocolos todavía tienen mucho margen de mejora. La optimización de la densidad celular y los reguladores de crecimiento han demostrado ser útiles para modificar la eficiencia del cultivo de microsporas de berenjena. Por otra parte, hemos utilizado el cultivo de microsporas de Brassica napus para estudios básicos puesto que ha sido ampliamente usado como modelo para entender procesos celulares que ocurren durante este cambio en el desarrollo. Se detalla un protocolo estandarizado para el cultivo de microsporas de B. napus, el cual ha sido utilizado en todos los cultivos en esta Tesis para explorar una serie de procesos y estructuras celulares potencialmente implicados en el cambio de desarrollo hacia embriogénesis. Estos procesos incluyen estrés del retículo endoplásmico, muerte celular programada, autofagia y estructura y composición de la pared celular. Estudiamos en paralelo el cultivo de microsporas de dos genotipos de B. napus con diferente respuesta androgénica en condiciones estándar y añadiendo Tricostatina A, un modulador epigenético que ha mostrado ser beneficioso para la respuesta androgénica en algunos casos. En conjunto, esta Tesis representa un avance en la optimización del cultivo de microsporas en estas especies y arroja luz sobre el papel de algunos procesos en el contexto de embriogénesis de microsporas. / [CA] Els dobles haploides són una gran eina en millora vegetal per a la producció d'híbrids, a causa de la seua total homozigosi, que es pot aconseguir en només una generació in vitro. Entre les diverses tècniques que s'utilitzen per tal d'obtenir aquestes plantes, la inducció de l'embriogènesi de microspores, mitjançant cultiu d'anteres o microspores, és la més comuna i eficient. L'embriogènesi de microspores també és un exemple de la totipotència de les cèl·lules vegetals, capaços de reprogramar-se d'una via gametofítica a una via esporofítica, on proliferen de manera organitzada per crear un nou organisme. Com en moltes altres tecniques in vitro, s'han d'optimitzar les condicions del cultiu per tal d'augmentar l'eficiència. En la present Tesi Doctoral, hem utilitzat dues espècies de plantes com a sistemes experimentals per estudiar i optimitzar el cultiu de microspores. Per una banda, hem utilitzat l'albergínia (Solanum melongena) com a exemple de cultiu d'importància econòmica on els protocols encara tenen marge per a l'optimització. La optimització de la densitat de cèl·lules en cultiu i la concentració de reguladors de creixement van demostrar ser útils per modificar l'eficiència de la resposta dels cultius de microspores d'albergínia. D'altra banda, hem utilitzat cultius de microspores de Brassica napus principalment per a estudis bàsics, ja que s'utilitza àmpliament com a model per entendre els processos cel·lulars que es produeixen durant aquest canvi de desenvolupament. Es detalla un protocol estandarditzat per al cultiu de microspores de B. napus, que s'ha utilitzat en tots els cultius inclosos en aquesta Tesi per explorar una sèrie de processos i estructures cel·lulars potencialment implicades en el canvi de desenvolupament cap a l'embriogènesi. Aquests inclouen l'estrès del reticle endoplasmàtic, la mort cel·lular programada, l'autofàgia i l'estructura i composició de la paret cel·lular. Vam estudiar en paral·lel cultius de microspores de dos genotips de B. napus amb diferent resposta androgènica, cultivats en condicions estàndard i afegint-hi Tricostatina A, un modulador epigenètic que s¿ha demostrat beneficiós per a la resposta androgènica en alguns casos. En conjunt, aquesta Tesi representa un avanç en l'optimització dels cultius de microsporas en aquestes espècies i aporta llum sobre el paper d'alguns processos en el context de l'embriogènesi de microspores. / [EN] Doubled haploids are a great tool for hybrid breeding due to their complete homozygosity achievable in only one in vitro generation. Among the several techniques used to obtain these plants, induction of microspore embryogenesis, via anther or microspore culture, is the most common and efficient approach. Microspore embryogenesis is also an example of totipotency of plant cells due to their ability to reprogram themselves from a gametophytic to a sporophytic pathway, where cells proliferate in an organized way to create a new organism. As in many other in vitro procedures, culture conditions must be optimized in order to increase efficiency. In the present Doctoral Thesis, we used two plant species as experimental systems to study and optimize microspore culture. On one hand, we used eggplant (Solanum melongena) as an example of economically important crop where protocols have still room for optimization. Optimization of cell density and growth regulators demonstrated to be useful to modify the efficiency of eggplant microspore cultures. On the other hand, we used B. napus microspore cultures principally for basic studies since it is widely used as a model to understand cellular processes occurring during this developmental switch. A standardized protocol for Brassica napus microspore culture is detailed, which was used in all the cultures included in this Thesis to explore a series of processes and cellular structures potentially involved in the developmental switch towards embryogenesis. These included endoplasmic reticulum stress, programmed cell death, autophagy, and cell wall structure and composition. We studied in parallel microspore cultures from two B. napus genotypes with different androgenic response cultured in standard conditions and adding Trichostatin A, a epigenetic modulator shown to be beneficial for the androgenic response in some cases. Together, this Thesis represents an advance in the optimization of microspore cultures in these species, and sheds light on the role of some processes within the context of microspore embryogenesis. / Thanks are due to the Electron Microscopy Service of Universitat Politècnica de València, Marisol Gascón (IBMCP Microscopy Service). This work was supported by grant AGL2017-88135-R to JMSS from MICINN jointly funded by FEDER and by a Marie Skłodowska-Curie Individual Fellowship (656579) to PC-M This work was supported by grant AGL2017-88135-R to JMSS from MINECO jointly funded by FEDER. / Camacho Fernández, C. (2021). Microspore embryogenesis: cell wall dynamics and reprogramming of cell fate [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/163698