Peu d’enzymes de synthèse de composés odorants sont connues chez le genre Rosa. Ce travail de thèse a permis l’identification de quelques-unes de ces protéines grâce à la technologie des puces à ADN, à l’analyse de l’expression des gènes par RT-PCR quantitative en temps réel (qPCR) et à l’analyse des parfums par chromatographie en phase gazeuse (CPG). Une puce confrontant les ADNc d’une rose parfumée à ceux d’une rose non parfumée a permis de corréler l’expression d’un gène, codant pour une Nudix hydrolase, très fortement exprimé dans la rose parfumée, avec la présence des monoterpènes dans le parfum de nombreux cultivars de rosiers. La caractérisation d’un rosier dont l’expression de ce gène est fortement réduite par ARN interférants, a permis de confirmer le rôle de celui-ci dans la synthèse des monoterpènes. La phénylacétaldéhyde synthase (PAAS) est une autre enzyme participant à la synthèse du parfum. Trois allèles de cette protéine ont précédemment été mis en évidence. Les résultats de qPCR et de CPG dans une population hybride ont permis de montrer que l’allèle a1 est le seul à pouvoir induire la synthèse et l’émission de 2-phényléthanol. Les activités respectives des différentes isoformes ont été testées in vitro chez la levure et in planta dans des feuilles de tabac et des cals de rosier : ces expériences montrent que les trois isoformes ont des activités comparables. L’absence de synthèse de 2-phényméthanol chez les plantes présentant les isoformes a2 et a3 réside donc dans la très faible expression de leurs allèles, induisant probablement une faible concentration de l’isoforme dans les cellules / Very few enzymes responsible for the biosynthesis of scent compounds in the genus Rosa are known so far. This PhD thesis aims to identify some of these proteins with DNA microarray technology, gene expression analysis by real-time quantitative PCR (qPCR) and scent analysis by gas chromatography (GC). An array comparing cDNA from a scented rose to those of a non-scented one, showed a correlation between expression of a yet-unknown gene, encoding a Nudix hydrolase, highly expressed in the scented rose, and the presence of monoterpenes in the scent of many rose cultivars. Characterization of a rose cultivar, in which expression of this gene has been decreased by RNA interference, confirmed its role in monoterpene synthesis. The phenylacetaldehyde synthase (PAAS) is another enzyme implicated in scent biosynthesis. Three alleles of this protein had been previously described. qPCR and GC experiments in a hybrid population showed that the a1 allele is the only one able to induce 2-phenylethanol biosynthesis. The respective activities of the different isoforms were tested in vitro in yeast, and in planta in tobacco leaves and rose calli: these experiments showed that the three isoforms have comparable activities. The lack of 2-phenylethanol production in plants having a2 and a3 isoforms is thus due to the very low expression of their respective alleles, probably inducing very low isoform concentration in cells

Effet de la salinité pendant la croissance de plants de riz sur la biosynthèse de la 2-acétyl-1-pyrroline (2AP), composé aromatique clé des variétés de riz aromatique,le rôle de la 1-pyrroline dans la biosynthèse de la 2AP ainsi que l'origine du groupe acétyle ont été étudiés. La variété aromatique de Camargue (France), Aychade, a été cultivée soit dans un milieu liquide soit dans des pots en serre. Dans le milieu de culture liquide, une augmentation significative de la teneur en 2AP dans les feuilles a été observée quelle que soit la concentration en NaCl (de 1,7 à 170 mM). Une corrélation positive a été mise en évidence entre la teneur en sel et en 2AP. A de plus fortes concentrations en NaCl, il a également pu être montré qu'il y avait une relation entre la concentration en proline, un précurseur aminé majeur de la 2AP, et la teneur en 2AP. Inversement, les changements en acide -aminobutyrique (GABA), un des métabolites compétitif de la biosynthèse de la 2AP, n'ont pas été corrélés avec ceux de la 2AP. Dans les expérimentations menées en serre, la variété Aychade a été cultivée dans une solution saline à 30 mM, correspondant à une conductivité électrique de 3800 ± 400 S.cm-1, valeur considérée comme suffisante pour induire un stress salin sur le plant de riz. Cette solution saline a été appliquée à des dates et pour des durées différentes en fonction du cycle de développement de la plante. A la phase végétative, une relation positive a été observée dans les feuilles entre le traitement salin et la teneur en 2AP ainsi qu'en proline. Il est intéressant de noter que tous les grains provenant des plants traités avec la solution saline contenaient des teneurs nettement plus élevées en 2AP par rapport au contrôle. La synthèse de la 2AP la plus importante s'est produite lorsque les plants ont été soumis à un traitement salin pendant l'ensemble des phases végétative et reproductive. Cependant, dans le dernier cas, le rendement en grain était beaucoup plus faible. En supplémentant des cals de riz avec de la 1-pyrroline, il a été démontré que cette imine cyclique était un facteur limitant pour la biosynthèse de la 2AP non seulement dans la variété aromatique, mais également dans la non aromatique. Les essais conduits avec le glucose et les acides gras marqués 13C ont montré que ces molécules pourraient être précurseurs du groupe acétyle de la molécule de 2AP. / The effect of salinity during rice plant growth on the biosynthesis of 2-acetyl-1-pyrroline (2AP), characteristic flavour compound of fragrant rice cultivars was studied. Additionally role of 1-pyrroline in 2AP biosynthesis together with source of acetyl group were investigated. Aychade, a fragrant rice was cultivated either in a liquid medium adapted for seedlings or in pots in a greenhouse. A significant increase in 2AP levels in the leaves was observed whatever the concentration of NaCl (1.7 to 170 mM NaCl) in the culture medium. A positive correlation was found between the level of salt and that of 2AP. There was a relationship between the concentration of proline, a major amino precursor of 2AP and 2AP level at highest concentrations of NaCl. Conversely the changes in -aminobutyric acid (GABA), a competitive metabolite in 2AP biosynthesis were not correlated with those of 2AP. In greenhouse experiments, Aychade cultivar was grown under one level of salt solution, 30 mM that corresponds to EC of 3800 ±400 S.cm-1, value considered sufficient to induce salt stress in rice. Timing and duration of application of salt solution varied according to the growth stages. At vegetative phase a positive relation was observed between salt treatment and 2AP as well as proline levels in the leaves. Interestingly grains from all salt treated plants contained significantly higher levels of 2AP than those from control. The highest synthesis occurred when plants were subjected to salt treatment during whole vegetative and reproductive phases. However in the latter case crop yield decreased significantly. Through supplementation of rice callus with 1-pyrroline it was demonstrated that this cyclic imine was limiting factor for the 2AP biosynthesis not only in a fragrant variety but also in a non fragrant variety. Experiments with 13C labelled glucose and fatty acids showed that glucose and fatty acids could be precursors of acetyl group of 2AP.

Les protéines jouent un rôle essentiel dans le fonctionnement des organismes vivants et sont au cœur de nombreux mécanismes biologiques. La synthèse totale chimique des protéines permet un contrôle précis de leur composition et constitue donc un outil puissant d’investigation des processus biologiques impliquant ces molécules. La synthèse peptidique en phase solide (SPPS) décrite par B. Merrifield en 1963 a révolutionné le domaine. Quelques années plus tard, les méthodes de ligations chimiques et le développement de stratégies d’assemblage de segments peptidiques ont permis la synthèse de nombreuses protéines par voie chimique. Cependant, la difficulté des chimistes à produire de grandes protéines traduit l’absence de méthodes robustes pour la synthèse en routine de tels macromolécules.De nouvelles méthodologies de synthèse totale basées sur la Native Chemical Ligation et les ligations SEA et SeEA ont été développées dans le cadre de cette thèse. En particulier, l’utilisation de sélénoesters latents ou formés in situ a été étudiée pour faciliter l’accès à des protéines de grande taille.La première partie de cette thèse porte sur le potentiel du groupement bis(2-sélényléthyl)amido SeEA, à savoir l’analogue sélénié du groupement bis(2-sulfanyléthyl)amido SEA, pour accélérer la formation de liaisons peptidiques par formation d’intermédiaires sélénoesters. Cette méthode a permis la synthèse de la protéine NK1 (variant naturel du facteur de croissance des hépatocytes HGF) constituée de 180 acides aminés.La seconde partie décrit la formation in situ de sélénoesters à partir de segments peptidiques SEA grâce à la conception de nouveaux catalyseurs à base de sélénium. Ces catalyseurs ont été utilisés pour accélérer deux réactions essentielles dans les procédés de synthèse totale développés dans cette thèse, à savoir la ligation SEA ainsi que la synthèse de peptides thioesters à partir de peptides SEA. L’efficacité de l’un de ces catalyseurs a été illustrée par la synthèse totale de la granulysine.La dernière partie de cette thèse décrit une stratégie d’assemblage séquentielle de segments peptidiques en phase solide, qui constitue une alternative aux méthodes d’assemblage en phase liquide. Ce procédé a été automatisé et présente un grand potentiel pour la synthèse automatisée de protéines par voie chimique. / Proteins play a crucial role in living organisms and in almost all biological mechanisms. The total chemical synthesis of proteins allows an atom by atom control of their structure and thus constitutes a powerful tool of investigation of biological processes involving these molecules. The solid phase peptide synthesis (SPPS) introduced by B. Merrifield in 1963 has revolutionized the field. Few years later, the discovery of chemical ligation methods and the development of peptide segment assembling strategies has been applied to the synthesis of many proteins. However, the difficulty in accessing large proteins reflects the absence of robust methods for the routine synthesis of such macromolecules.Novel synthetic methods based on Native Chemical Ligation and SEA/SeEA ligations have been developed in the frame of this thesis. In particular, I explored the interest of latent or in situ formed selenesters for facilitating the access to large proteins.The first part of this thesis describes the chemical properties of the bis(2-selenylethyl)amido (SeEA) group, i.e. the selenium analog of the bis(2-sulfanylethyl)amido (SEA) group, and its usefulness for accelerating peptide bond formation. This method was used for the synthesis of the NK1 protein (natural variant of the hepatocyte growth factor, HGF) constituted of 180 amino acids.The second part describes the in situ formation of selenesters through the design of novel selenium catalysts. These catalysts were used to accelerate the SEA ligation as well as the synthesis of thioester peptides from SEA peptides. Both reactions are central in the total synthesis processes developed in this thesis. Their usefulness is illustrated by the total synthesis of granulysin.The last part describes a method for the sequential ligation of peptide segments on a water compatible solid support which is complementary to the solution methods discussed above. This process has been automated and has a great potential for the automated chemical synthesis of proteins.

Depuis une cinquantaine d’années, de nombreuses études ont décrit les spongiaires comme de formidables ressources de produits naturels originaux. Ces découvertes ont attisé la curiosité de nombreux scientifiques issus de domaines variés (chimie, biochimie, biologie moléculaire) qui mettent leurs connaissances en commun afin de comprendre le fonctionnement de ces animaux si particuliers. Les travaux envisagés dans ce manuscrit portent sur les éponges du genre Haliclona issu de l’ordre des Haplosclérides. En effet, ce groupe taxonomique révèle des familles de molécules très particulières, notamment les alcaloïdes 3-AP et les polyacétylènes, qui présentent un potentiel pharmacologique à exploiter. En outre la diversité chimique retrouvée au sein de ce genre remet en question la validité de la classification actuelle des Haplosclérides déjà discutée par les données de biologie moléculaire. L’intérêt particulier porté à ces composés originaux concerne également les voies métaboliques permettant d’aboutir à leur biosynthèse. Ainsi les alcaloïdes 3-AP ne trouvant aucun équivalent notamment dans le monde terrestre, la description de leur voie de biosynthèse n’a alors été envisagée que sous forme d’hypothèses. Afin d’éclaircir les différentes problématiques posées par ce groupe de spongiaires, les études menées pendant ce doctorat ont fait appel à des méthodes et techniques variées tels que les méthodes d’extraction et d’analyses de la chimie des produits naturels classique, l’outil récent qu’est la métabolomique ou encore les expériences de « feeding » et l’utilisation de composés radio-marqués / Since about fifty years, several studies described sponges as astounding resources of original natural products. These discoveries aroused scientist’s curiosity in various areas (chemistry, biochemistry, molecular biology) and to understand these animal’s functioning, they share their knowledge. The proposed work in this manuscript, focus on sponges of genus Haliclona from the order Haplosclerida. Indeed, this taxonomic group reveal peculiar chemical families, including 3-AP alkaloids and polyacetylenic compounds, displaying pharmacological potential to be exploited. Besides, chemicalDépôt de thèseDonnées complémentairesdiversity encountered in this genus challenge the actual classification of Haplosclerida group already disputed by biomolecular data. The particular interest in these original compounds also concerns metabolic pathways leading to their biosynthesis. In this way, 3-AP alkaloids, which don’t have any equivalent particularly in terrestrial area, the description of their biosynthesis pathway was only considered by hypothesis. To resolve various problematics proposed by this sponges’ group, studies conducted through this PhD appeal to several methods and technics like usual natural products chemistry extraction and analytical technics, recent tool named metabolomic or feeding experiments with radiolabelled compounds

Cocoa bean fermentation is an essential but spontaneous fermentation process to obtain the necessary raw material for the production of cocoa-derived products, among which chocolate. Successful cocoa bean fermentation processes are typically dominated by three microbial groups, namely yeasts, lactic acid bacteria, and acetic acid bacteria. The use of functional starter cultures may allow to gain a better control over the fermentation process. Previously, a number of candidate functional starter cultures have been proposed for the lactic acid bacteria, namely Lactobacillus fermentum 222 and Lactobacillus plantarum 80, and for the acetic acid bacteria, namely Acetobacter pasteurianus 386B, Acetobacter ghanensis LMG 23848T, and Acetobacter senegalensis 108B. The metabolism of bacteria determines an important part of their physiology, and this is recently being investigated by using computational models. The aim of this PhD thesis was to develop such models for the candidate functional starter cultures for the cocoa bean fermentation process and to perform the related computational analysis. The computational models developed were genome-scale metabolic models, which constitute a comprehensive repertoire of metabolic enzymes with their concomitant reactions, and this at genome-scale. The reconstruction of such models requires a combination of high-quality genome re-annotation, comparative genomics, manual curation, and experimental validation. Genome-scale metabolic modeling together with the use of previously published experimental data under cocoa fermentation conditions allowed to contextualize the experimental data and to gain new insights into the metabolic properties of the candidate functional starter cultures. Simulations with the A. pasteurianus 386B genome-scale metabolic model revealed the metabolic roles of lactate and ethanol, the energetic properties of the strains’ aerobic respiratory chain, and the possible functional role of an NAD(P)+ transhydrogenase. Modeling the metabolite dynamics of A. ghanensis LMG 23848T under cocoa fermentation conditions revealed an alternative strategy for its diauxic growth, compared with A. pasteurianus 386B, which was related to a difference in lactate consumption rate and pyruvate overflow. For A. senegalensis 108B, it was shown that, next to lactic acid, also citric acid could sustain its growth in vitro as the sole carbon source. Furthermore, the absence of the glyoxylate cycle predicted from its genome did not correspond with its species description that reports growth on ethanol as the sole carbon source. For L. fermentum 222 and L. plantarum 80, core genome-scale metabolic models allowed to gain insight into the possible metabolic flux distributions as a function of environmental conditions. The modeling also indicated a current lack in knowledge; for example, concerning the presence and consumption of undefined substrates in the complex medium used.In summary, genome-scale metabolic modelling of candidate functional starter cultures for the cocoa bean fermentation process provided useful in silico tools to gain insight into their metabolic properties at a systemic level. / La fermentation du cacao est un processus essentiel pour obtenir la matière première nécessaire pour la production de produits dérivés du cacao, comme par exemple le chocolat. Une fermentation de cacao favorable est caractérisée par la domination de trois groupes de microorganismes :les levures, les bactéries lactiques, et les bactéries acétiques. L'utilisation de cultures de départ fonctionnelles permet un meilleur contrôle sur le processus de fermentation. En ce qui concerne les bactéries, de nombreuses cultures "starter" ont été proposées, à savoir Lactobacillus fermentum 222 et Lactobacillus plantarum 80 pour les bactéries lactiques et Acetobacter pasteurianus 386B, Acetobacter ghanensis LMG 23848T, et Acetobacter senegalensis 108B pour les bactéries acétiques. Le métabolisme des bactéries constitue une partie importante de leur physiologie et la recherche actuelle se concentre de plus en plus sur la modélisation du métabolisme et la simulation des flux métaboliques par ordinateur. Cette thèse de doctorat a été consacrée au développement et à l'analyse de tels modèles computationnels pour des cultures fonctionnelles "starter" proposés pour la fermentation du cacao.Les modèles qui ont été développés dans cette thèse sont des modèles métaboliques à l’échelle du génome. La reconstruction du réseau métabolique a entraîné la ré-annotation du génome, une étude de génomique comparative, la curation manuelle des annotations et la validation du modèle par des expériences in vitro. La modélisation nous a permis de contextualiser des données expérimentales déjà publiées pour en obtenir de nouvelles informations concernant les propriétés métaboliques des cultures starter. Des simulations utilisant le modèle métabolique de A. pasteurianus 386B ont clarifié les rôles métaboliques de l’acide lactique et de l’éthanol, les propriétés énergétiques de sa chaîne respiratoire, et ont permis d'assigner un rôle possible à une NAD(P)+ transhydrogénase. La modélisation de la dynamique des métabolites provenant d’un milieu de croissance de A. ghanensis LMG 23848T dans des conditions simulant la fermentation du cacao, a mis en évidence une stratégie alternative de croissance biphasique comparé à A. pasteurianus 386B. Ceci est dû à une différence dans le taux de consommation de l’acide lactique et à l’éventuelle production de pyruvate. Pour A. senegalensis 108B, les expériences ont démontré, tant pour l’acide lactique que pour l’acide citrique, que ces sources de carbone permettaient, à elles seules, la croissance de cette bactérie. L’absence du cycle du glyoxylate chez A. senegalensis 108B ne correspondait pas à la description de cette espèce, laquelle pouvant croître sur l’éthanol comme seule source de carbone. Pour L. fermentum 222 et L. plantarum 80, la modélisation de leur métabolisme du carbone a permis d’explorer les distributions de flux métaboliques en fonction des substrats consommés. Les simulations ont aussi révélé le manque de connaissance que nous avons sur ces bactéries lactiques, telle que la consommation de substrats non identifiés venant du milieu de croissance et qui pourrait influencer leur dynamique de croissance.En résumé, la modélisation métabolique à l’échelle du génome des cultures starter proposées pour la fermentation du cacao a permis le développement d’outils in silico qui peuvent être utilisés pour mieux comprendre le métabolisme global de ces souches. / Het cacaoboonfermentatieproces is een essentieel maar spontaan proces dat nodig is om de noodzakelijke grondstof, met name de gefermenteerde cacaobonen, voor de productie van cacao-afgeleide producten, waaronder chocolade, te bekomen. Succesvolle cacaoboonfermentatieprocessen worden typisch gedomineerd door drie microbiële groepen, met name gisten, melkzuurbacteriën en azijnzuurbacteriën. Om meer controle te verkrijgen over het fermentatieproces is het gebruik van functionele starterculturen aangewezen. In vorige studies werd reeds een reeks kandidaat-functionele starterculturen voorgesteld. Voor de melkzuurbacteriën zijn dit Lactobacillus fermentum 222 en Lactobacillus plantarum 80 en voor de azijnzuurbacteriën zijn dit Acetobacter pasteurianus 386B, Acetobacter ghanensis LMG 23848T en Acetobacter senegalensis 108B. Het metabolisme van bacteriën bepaalt in grote mate hun fysiologie, en dit wordt recent onderzocht door middel van computationele modellen. Het ontwikkelen en analyseren van zulke modellen voor de voorgestelde kandidaat-functionele starterculturen vormde het onderwerp van deze doctoraatsthesis.De computationele modellen waarvan sprake waren genoomwijde metabole modellen (GEMs), dewelke het repertoire aan metabole enzymen en de biochemische reacties die zij katalyseren in de bacteriële cellen omvat. De reconstructie van het metabole netwerk op genoomschaal vraagt om een gecombineerde aanpak van hoge-kwaliteit genoomherannotatie, comparatieve genomica en experimentele validatie. De GEMs werden gebruikt om reeds gepubliceerde experimentele data onder cacaofermentatiecondities te contextualiseren en nieuwe inzichten te verkrijgen in de metabole karakteristieken van de kandidaat-functionele starterculturen. Door middel van simulaties met het A. pasteurianus 386B GEM kon de metabole rol van melkzuur en ethanol, en de energetische karakteristieken van de aerobe respiratieketen van deze stam aangetoond worden, alsook de mogelijke metabole functie van een NAD(P)+ transhydrogenase. Het modelleren van de microbiële dynamica van A. ghanensis LMG 23848T onder cacaofermentatiecondities wees op een alternatieve strategie voor de tweevoudige groei van deze stam ten opzichte van de tweevoudige groei van A. pasteurianus 386B onder dezelfde condities, en dit omwille van een verschil in melkzuurconsumptiesnelheid en pyruvaatsecretie. Voor A. senegalensis 108B werd aangetoond dat deze stam, naast melkzuur, ook op citroenzuur als enige koolstofbron kon groeien. De afwezigheid van de glyoxylaatcyclus, voorspeld op basis van het genoom, bij A. senegalensis 108B is in tegenstelling tot de soortbeschrijving, dewelke stipuleert dat deze azijnzuurbacteriesoort in staat is tot groei op ethanol als enige koolstofbron. Voor L. fermentum 222 en L. plantarum 80 leidde de ontwikkeling van GEMs tot nieuwe inzichten in de mogelijke metabole fluxverdelingen, voornamelijk ten aanzien van substraatverbruik. Het modelleren van de microbiële dynamica wees ook op een tekortkoming aan huidige kennis over deze stammen, bijvoorbeeld met betrekking tot het gebruik van ongedefinieerde substraten in een rijk groeimedium.Samenvattend werden door middel van de ontwikkelde GEMs van de kandidaat-functionele starterculturen voor cacaoboonfermentatieprocessen nieuwe inzichten verkregen in hun metabolisme en dit op systeemniveau. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L'hévéa est un arbre qui revêt un fort intérêt à l'échelle mondiale. Il représente la seule source de caoutchouc naturel commercialement exploitée. La demande grandissante de cette matière première a conduit à l'initiation de nombreuses recherches visant à augmenter la production de latex. La biosynthèse du caoutchouc à partir du saccharose se déroule dans le cytoplasme (latex) des cellules laticifères, hétérotrophes et dépourvues de plasmodesmes, les cellules laticifères disposeraient d'un équipement membranaire de transporteurs actifs spécifiques, afin de répondre à leurs besoins importants en photoassimilats.Toutefois, le rôle de ces transporteurs dans la physiologie des cellules laticifères n'a jamais été élucidé. Ce travail propose la première étude moléculaire des co-transporteurs H+ / sucres solubles et H+ / polyol (quebrachitol) au sein des cellules laticifères, en relation aves la production de latex. Ce travail a permis l'identification des premiers co-transpoteurs de saccharose d'hexoses et de polyols chez l'hévéa. Dix gènes de trasporteurs ont été clonés dans les cellules laticifères : 7 transporteurs putatifs de saccharose (HbSUT1A, HbSUT B, HbSUT2A, HbSUT2B, HbSUT2C, HbSUT4, HbSUT5), 1 transporteur putatif d'hexoses (HbHXT1) et 2 transporteurs putatifs de polyols (HbPLT1, HbPLT2). Ensuite les caractérisations physiologiques et moléculaires fines de ces transporteurs ont permis la mise en evidence du rôle potentiel et complémentaire de HbSUT1B, HbHXT1et HbPLT2 dans la production de latex, HbSUT1B et HbHXT1 seraient impliqués dans la régulation de la régénération du latex, alors que HbPLT2 interviendrait dans le contrôle de l'écoulement. Ces trois gènes sont proposés en tant que marqueurs moléculaires potentiels de production.

La résistance bactérienne aux antibiotiques est de nos jours une préoccupation majeure aux acteurs du monde de la santé publique. L’identification de nouvelles cibles bactériennes en vue de développer de nouveaux antibiotiques est donc nécessaire. La paroi bactérienne est une bonne cible car l’inhibition de sa biosynthèse cause la mort des bactéries. De récents travaux de notre laboratoire ont identifié de nombreux nouveaux facteurs importants pour la biosynthèse de la paroi chez Escherichia coli. L’un de ces facteurs renommé ElyC a un domaine DUF218 extrêmement conservé à travers les espèces bactériennes. L’absence du gène elyC entraîne la lyse bactérienne à température pièce. Des études bioinformatiques indiquent qu’ElyC est une protéine membranaire avec deux domaines transmembranaires et un domaine conservé DUF218 de fonction inconnue. Étant donné que les protéines agissent souvent en complexes, nous avons émis l’hypothèse qu’ElyC interagit avec d’autres protéines afin d'exécuter sa fonction biologique. Le but de mon projet est de déterminer la topologie d’ElyC et d’identifier ses partenaires protéiques. L’étude de la topologie a été faite par l’essai de modification de cystéine sur des souches exprimant individuellement le facteur ElyC avec un résidu cystéine en position N-terminale, dans la boucle ou en position C-terminale. Les partenaires protéiques d’ElyC ont été isolés par immuno-précipitation et identifiés par spectrométrie de masse. Les résultats obtenus ont révélé qu’ElyC est une protéine membranaire chez E. coli et est impliquée dans l'assemblage de l'enveloppe bactérienne, dans la chaîne de transport d'électrons et la phosphorylation oxydative. Ils ont permis aussi de confirmer l’existence d’un lien entre ElyC et le stress oxydatif. Cependant les résultats pour la détermination de la topologie restent à être clarifiés. / Bacterial resistance to antibiotics is a major concern for public health. The identification of new bacterial targets for the development of new antibiotics is required. The bacterial cell wall is a good target because the inhibition of its biosynthesis causes the death of bacterial cells. Recent studies from our laboratory have identified many new important factors for cell wall biosynthesis in Escherichia coli. One of these factors renamed ElyC has a DUF218 domain highly conserved across bacterial species. The absence of elyC leads to bacterial lysis at room temperature. Bioinformatic studies indicate that ElyC is a membrane protein with two transmembrane domains and a conserved domain of unknown function DUF218. Given that proteins often act in complexes, we formulated the hypothesis that ElyC interacts with other proteins to play its biological role. The goal of my project is to determine the topology of ElyC and identify its protein partners. The study of the topology has been done by the cysteine modification assay with strains individually expressing ElyC with a cysteine residue at the N-terminal position, in the loop or at the C-terminal position. ElyC protein partners have been isolated by immuno-precipitation and identified by mass spectrometry. The results obtained revealed that ElyC is a membrane protein in E. coli and that it is involved in the bacterial envelope assembling, in the electron transport chain and in the oxidative phosphorylation. They also confirmed the existence of a link between ElyC and oxidative stress. However, the results for the determination of the topology remain to be clarified.

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

La graine de soja contient de grandes quantités d'isoflavones (génistéine, daidzéine et glycitéine). En raison de leurs propriétés phytoestrogéniques, ces composés peuvent avoir des effets bénéfiques sur la santé humaine, mais ils peuvent aussi être perçus comme perturbateurs endocriniens, en particulier dans les laits pour nourrissons. La teneur et la composition en isoflavones de la graine diffèrent selon la fraction considérée. Les cotylédons contiennent de la génistéine et de la daidzéine, tandis que les germes, avec une teneur quatre à dix fois supérieure, contiennent majoritairement de la daidzéine et de la glycitéine. Le génotype influence fortement la teneur en isoflavones totales. Le déterminisme du pourcentage des isoflavones est essentiellement génétique. Ce travail porte sur l'étude du déterminisme génétique à l'origine des variations de teneurs et de compositions en isoflavones dans les germes et les cotylédons de la graine, en tenant compte également du net décalage de l'accumulation entre ces deux compartiments, au cours du développement de la graine. Dans un premier temps, les gènes des isoflavone synthases (IFS) de variétés très différenciées pour leurs teneurs et profils d'isoflavones ont été séquencés, puis les expressions des gènes clefs de la biosynthèse (neuf chalcone synthases (CHS), une chalcone réductase (CHR), quatre chalcone isomérases (CHI) et les deux isoflavone synthases (IFS) ont été suivies par RT-PCR quantitative dans les cotylédons et dans les germes, à trois stades critiques du développement de la graine (25, 40 et 60 jours après floraison). La seconde partie de ce travail a été consacrée à l'étude de l'expression de différents gènes candidats de la flavonoïde 6-hydroxylase (F6H) catalysant la première étape de la synthèse de la glycitéine. Le polymorphisme des séquences génomiques IFS1 et IFS2 des isoflavone synthases n'a pas montré de lien avec les différences de teneurs en isoflavones entre les variétés. L'activité transcriptionnelle des gènes de biosynthèse des isoflavones souligne l'existence d'une régulation bien distincte de cette synthèse dans ces deux compartiments. Les taux d'expression des gènes cibles ne sont pas toujours reliés avec les différences de teneurs ou de profils dans les germes et les cotylédons, suggérant ainsi l'effet prépondérant des régulations post-traductionnelles, notamment dans la formation du complexe multienzymatique de biosynthèse de ces composés. Nous avons aussi mis en évidence une forte expression du gène CHS9 codant pour la chalcone synthase 9, avec un profil correspondant plus à l'accumulation des isoflavones dans le germe que dans les cotylédons. Les gènes CHS7 et CHS8 codant pour les chalcone synthases 7 et 8, déjà signalés comme fortement corrélés à la synthèse des isoflavones, sont plus liés à l'accumulation dans les cotylédons que dans les germes. Ces travaux montrent aussi que le gène F6H signalé dans la littérature ne s'exprime pas dans les germes. En revanche, deux candidats dont la séquence est similaire à 79% ont été étudiés. Le gène F6H3 est le seul à s'exprimer dans la graine, uniquement dans le germe. Son expression n'a pas été détectée dans les germes d'une lignée mutante qui ne produit pas de glycitéine. Ce gène est donc un candidat potentiel clef pour la synthèse de la glycitéine dans le germe. La structure particulière de l'enzyme correspondante pourrait indiquer une forte implication de l'architecture du complexe enzymatique et des contraintes qui en découlent dans l'utilisation préférentielle d'une voie ou d'une autre dans ce schéma de biosynthèse. / The soybean seed contains large amounts of isoflavones (genistein, daidzein, and glycitein). Owing to their phytoestrogenic properties, these compounds can have beneficial effects on human health, but they can also be considered as endocrine disruptors, for example in infant formulas. The isoflavone content and composition in the seed depend on the considered fraction. The cotyledons contain only genistein and daidzein, while the hypocotyls are four to ten times more concentrated and contain three isoflavones, mostly daidzein and glycitein. The genotype has a strong influence on total isoflavone content, and even more on the percentage of individual isoflavones in cotyledons and hypocotyls. The objective of this work is to investigate the genetic determinism that underlies such contrasted contents and compositions between the two seed fractions, and the relation between main biosynthetic steps and genotypic differences. First, the genes of isoflavone synthases (IFS) were sequenced in varieties with highly contrasted content and composition. The expression of different keys genes of the biosynthesis (nine chalcone synthases (CHS), a chalcone reductase (CHR), four chalcone isomerases (CHI) and the two isoflavone synthases (IFS) have then been followed by quantitative RT - PCR in the cotyledons and hypocotyls, at three critical stages of seed development (25, 40 and 60 days after flowering). Second, the expression of different candidate genes for the flavonoid 6-hydroxylase (F6H) which catalyzes the first step in the synthesis of the glycitein has been investigated. The polymorphism of the genomic sequences IFS1 and IFS2 of isoflavone synthases was not correlated with differences in isoflavone contents. The transcriptional activity of key genes of the biosynthesis of isoflavones pointed out the existence of a distinct regulation of isoflavone biosynthesis between the two seed fractions. The expression levels of target genes were not always related to differences in isoflavone content or compositions in the hypocotyls and cotyledons. This suggests the overriding effect of post-translational regulation, especially in the formation of multienzyme complex of biosynthesis of these compounds. The chalcone synthase gene CHS9 was highly expressed, with a profile similar to the accumulation of isoflavones in hypocotyls. The chalcone synthase genes CHS7 and CHS8 expressions, already reported as highly correlated to the biosynthesis of isoflavones were more related to accumulation in the cotyledons than in hypocotyls. This work has also shown that the F6H gene, reported in the literature was not expressed in the hypocotyls. However, two candidates with as highly similar coding sequence (79%) have been studied. The F6H3 gene is the only one expressed in the seed, more precisely in the hypocotyls but it was not expressed in the cotyledons. Moreover, it was not expressed in a mutant line which did not accumulate glycitein. This gene is therefore a key potential candidate for the synthesis of the glycitein in hypocotyls. The particular structure of the corresponding enzyme may indicate a strong involvement of the architecture of the multienzyme complex of isoflavones biosynthesis and the constraints arising in the preferential use of a track or another in this scheme of biosynthesis.

Les anthocyanes sont une famille de polyphénols très répandus chez les végétaux. Chez la vigne, elles sont responsables de la coloration des baies des cépages rouges, et sont impliquées dans les propriétés organoleptiques des vins. Une nutrition azotée faible induit la production des anthocyanes dans les cellules de la pellicule de raisin des cépages rouges via des mécanismes de régulation qui ne sont pas encore totalement élucidés. Dans ce contexte, nous avons étudié les mécanismes moléculaires impliqués dans la réponse de l’accumulation des anthocyanes pour différents niveaux d’apports azotés. Deux matériels biologiques complémentaires ont été utilisés : des suspensions cellulaires de vigne (lignée GT3) et des plants de Cabernet-Sauvignon, cultivés au vignoble.L’augmentation de la synthèse d’anthocyanes en réponse à la diminution de la nutrition azotée a été confirmée dans les baies et les cellules de vigne en culture. Les analyses transcriptomiques globales (génome complet) et ciblées (qPCR) ont mis en lumière des modifications de l’expression génique, notamment de gènes liés au métabolisme des flavonoïdes, en réponse à la nutrition azotée. L’expression de nombreux gènes structuraux impliqués dans la voie de biosynthèse des anthocyanes est induite par une faible nutrition azotée. La variation de l’apport azoté influence également de façon coordonnée l’expression des gènes régulateurs positifs (facteurs de transcription de type MYB) et négatifs (protéine de type Lateral organ Boundary Domain (LBD)) des gènes de la biosynthèse des flavonoïdes chez la Vigne. L’expression de gènes liés à la production d’énergie (NADH, NADPH), est également affectée.En parallèle, une approche intégrative a été développée sur les suspensions cellulaires, en combinant des mesures d’activités enzymatiques, des dosages de métabolites primaires et secondaires, avec un modèle de balance de flux (Flux Balance Analysis, FBA). Les cartes de flux obtenues prédisent que la diminution de l’apport azoté entraîne une augmentation des flux métaboliques dans la voie du shikimate et des phénylpropanoïdes ; ainsi qu’une répression de la majorité des flux dans les différentes voies du métabolisme primaire, à l’exception de la voie des pentoses phosphates, dont le flux est maintenu, et de la voie de synthèse de l’amidon qui est accrue. Les résultats obtenus plaident en faveur d’un lien fort entre synthèse des anthocyanes et statut énergétique (ATP, NADPH) des cellules vigne. / Anthocyanins are polyphenol compounds very abundant in most of the plants. In grapevine, they give color to red berries and they improve red wine quality and increase the organoleptic properties of the wine. Low nitrogen supply stimulates anthocyanin production in berry skin cells of red grape varieties through regulation mechanisms that are far from being fully understood. In this context, we worked on the molecular mechanisms involved in anthocyanin biosynthesis response to nitrogen supply. Two complementary biological materials were used: grapevine cell suspensions (GT3 line) that originate from a teinturier cultivar and produce anthocyanins under normal conditions; and red grape berries of cv. Cabernet-Sauvignon cultivated in a commercial vineyard. Increases of anthocyanins synthesis in response to low nitrogen levels were confirmed in the field-grown berries and the cells suspensions. Both comparative global (microarrays) and targeted (qPCR) transcriptomic analysis showed different regulations on the expression of the genes involved in the secondary (especially the anthocyanin) and nitrogen metabolisms. The expression of most structural genes of the anthocyanin biosynthesis pathway was induced by a low nitrogen supply. Nitrogen controls also the expression of the positive (MYB transcription factors) and negative (Lateral organ Boundary Domain family protein LBD39) regulatory genes of the flavonoid pathway in grapevine. Furthermore, some genes improved in energy production (ATP, NADPH) were affected. In parallel, an integrative approach combining enzymatic activities and primary and secondary metabolites measurements with developing a Flux Balance Analysis (FBA) modeling approach was used on cells suspensions GT3. The flux maps deciphered that low nitrogen increases metabolic fluxes in shikimate and phenylpropanoid pathways and represses the majority metabolic fluxes in different pathways of primary metabolism. The two exceptions included the pentose phosphate pathway, which the flux metabolism was maintained, and the starch synthesis pathway, which was enhanced. The results obtained showed a strong link between anthocyanin synthesis and energy status (ATP, NADPH) in the berry cell suspensions.