Bromus sterilis L. (barren brome) spreads rapidly in many European regions. In the Czech Republic, its importance has increased dramatically over the past 10 years. Barren brome is reported as a problem weed in winter crops such as winter wheat, winter barley and oil seed rape, in vineyards and in other cultivated places. Barren brome has been becoming troublesome weed of winter cereals mainly in reduced soil tillage systems. The factors, that are important for its spreading and adaptability under different environmental conditions, are dormancy and germination. Optimal timing for seed germination varies with respect to natural conditions and it is determining for plant development. These traits are adapted to different conditions and habitats; therefore the dormancy and germination response patterns to those conditions vary significantly. Recently there are not many information available on germination behaviour, therefore this study was focused on seeds of barren brome and its characteristics, which were collected in different regions of the Czech Republic. Seeds were investigated under different temperatures, light regimes and water stress in a wide range of conditions. The following characteristics of seeds were studied the dormancy, the dynamics of germination, the temperature optimum, the age of seeds and dynamics of emergence from different depths and persistence in the soil profile under field conditions. Dormancy and germination are influenced by external conditions. The dormancy of seeds barren brome is very short or missing. The germination is influenced by light; the seeds germinated better under darkness than under light regime. The primary dormancy of B. sterilis was short and the seeds needed only three weeks for after-ripening. The seeds of B. sterilis showed broad ecological valence to hydrothermal factors germinating in the wide range of 3 to 35 °C. The temperature optimum is 5-23°C. The germination was only slightly influenced in an environment with low water potential. Germination was limited under water stress only at lower temperatures under 10°C. The response to light at various temperatures showed that seeds germinated better in darkness in all temperatures regimes, than in alternating light regime, especially at lower temperatures. The emergence declined significantly with burial depth (under 40 mm). The seeds were not able to survive in the soil seed bank for a longer time and fall seeds lost viability after 1 year burial in soil profile. These results may be of value for development of predictive models and understanding period when weed control may be most feasible.

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La graine est le produit de la reproduction sexuée chez les Angiospermes. Elle assure la survie et la dispersion de l'espèce. La germination des graines est la première étape de la croissance des plantes. La transition entre l'état de dormance des graines et leur germination est une étape clef dans le cycle de vie des plantes qui a des conséquences écologique et commerciale. Depuis plusieurs décennies, de nombreux facteurs de l'environnement ont été étudiés pour leurs implications et leurs conséquences dans le processus de dormance et de germination des graines. Les études sur la réponse des semences aux changements de température en liens avec le réchauffement climatique ont un intérêt primordial. Le but de ce travail a été d'étudier la régulation de la dormance et de la germination des graines de tournesol par la température. Une analyse protéomique et un profilage enzymatique ont été réalisés afin de mieux comprendre la régulation du métabolisme pendant la levée de dormance par la température. L'utilisation d'approches moléculaires et cytologiques, nous ont permis d'appréhender l'interaction entre la température et les phytohormones impliquées dans ce processus. Nos résultats ont révélé le rôle joué par la température comme facteur externe affectant la dormance et la germination des graines en agissant d'une part sur le métabolisme et d'autre part sur la quantité et la localisation cellulaire des principales hormones endogènes. / A seed is the product of sexual reproduction and the means by which the new individual is dispersed by angiosperms. Seed germination being the first step of plant establishment, the ultimate role of the transition between seed dormancy and germination during plant lifecycle is an important ecological and commercial trait. Last several decades, several environment factors have been reviewed to strongly effect the process of seed dormancy and germination. However, studies about seed response to temperature change are acute with the global warming. The aim of this work was to investigate temperature regulation of dormancy and germination in sunflower seeds. Proteomic analysis and enzyme profiling have been used to study metabolism regulation during seed dormancy release by temperature. Moreover, using molecular and cytological approaches, we investigate the interaction between temperature and phytohormones involved in this process. Our results revealed that temperature as an external factor to effect seed dormancy and germination by affecting, in one hand, the metabolism, and in the other hand the level and localization of major endogenous hormones.

Le traitement des infections dues aux bactéries multirésistantes aux antibiotiques est un défi médical majeur du 21ème siècle. Ce défi a incité la recherche de cibles ayant des fonctions essentielles pour le développement de nouveaux antibiotiques. Les enzymes de la voie FASII, responsables de la synthèse des acides gras (AG), sont considérées comme essentielles et de nombreux antibiotiques, appelés anti-FASII, ont été développés pour lutter contre des pathogènes du phylum des Firmicutes. Cependant, notre laboratoire a montré que plusieurs pathogènes contournent l’inhibition des anti-FASII par l’utilisation des AGs exogènes abondants chez l’hôte (sang, organes, aliments). Ce contournement compromet l’utilisation des anti-FASII en traitement. Le statut du pathogène majeur, Staphylococcus aureus, est néanmoins resté en débat. Il synthétise un AG non disponible chez l’hôte, et donc, d’après la littérature, ne pourrait pas être compensé. La question de cette thèse est de comprendre les mécanismes utilisés par S. aureus lui permettant de contourner les anti-FASII. Deux mécanismes sont mis en évidence: I- Des mutations à haute fréquence du gène fabD surviennent et permettent à la bactérie d’utiliser des AGs exogènes. Ce type de mutation favorise la disponibilité de la protéine ACP permettant l’utilisation des AGs exogènes. II- Une stratégie sans mutation décelable survient en présence de fluides hôtes tels que le sérum. Elle comprend une première étape de "dormance" d’environ 8 à 10 heures pendant laquelle des AGs sont incorporés. Durant cette adaptation les bactéries semblent bloquées dans la division cellulaire, et subissent des changements morphologiques. Cette étape est suivie par une reprise de croissance « normale » où S. aureus utilise librement des AGs exogènes et reste insensible aux anti-FASII. Dans nos conditions, une étude microscopique « time-lapse », a permis de visualiser qu’environ 3% de la population bactérienne adaptée aux anti-FASII émerge. Nos résultats pointent vers un mécanisme d’adaptation dans lequel le sérum diminuerait le stress bactérien et augmenterait ainsi la disponibilité de l’ACP et des AGs exogènes, facilitant leur utilisation pour la synthèse des phospholipides. Les AGs exogènes peuvent donc remplacer totalement les endogènes. Ce résultat va à l’encontre de l’hypothèse couramment acceptée qu’un AG endogène de S. aureus est conservé et essentiel. Nous avons poursuivi cette étude par des analyses protéomiques et par le criblage d’une banque de 2000 mutants de S. aureus en cherchant des loci impliqués dans l’adaptation aux anti-FASII. Des fonctions de la réponse au stress, la division cellulaire et le métabolisme des lipides semblent être impliqués dans cette adaptation. Pour conclure, cette étude a permis de clarifier les étapes impliquées dans la réponse adaptative de S. aureus aux anti-FASII. Même si nos résultats prouvent que S. aureus contourne les anti-FASII, une approche combinatoire pourrait être envisagée où l’anti-FASII serait couplé avec un deuxième inhibiteur qui bloquerait sa capacité à sortir de la dormance. / Treatment of infections caused by multidrug-resistant bacteria is a major medical challenge of the 21st century, which has stimulated the search for essential bacterial functions as potential antimicrobial drug targets. The fatty acid synthesis (FASII) pathway enzymes are considered essential, and numerous antibiotics called (anti-FASII), have been developed to eliminate pathogens of the Firmicutes phylum. However, our laboratory has shown that several pathogens bypass FASII inhibitors by incorporating exogenous fatty acids (FAs), which are abundant in the host (in blood, organs and foods). FASII bypass thus compromises the use of FASII-based antibiotics. The status of the major pathogen, Staphylococcus aureus, has remained in debate. S. aureus synthesizes an FA not produced by the host and according to the literature, is required and would not be available in the host. However, work in my lab showed that indeed bypasses FASII. The goal of my research project is to understand the mechanisms used by S. aureus to bypass FASII antibiotics. Two mechanisms are highlighted: I- High frequency mutations of the fabD gene allow S. aureus to use exogenous FAs; our study indicates that higher availability of ACP in these mutants facilitates FA utilization. II- A strategy without detectable mutation occurs in the presence of host fluids such as serum. It comprises a first "dormancy" step of about 8 to 10 hours, followed by outgrowth; FAs are incorporated throughout these steps. The latency phase appears to be due to a division block, during which cells undergo morphological changes. During "normal" growth recovery, S. aureus freely uses exogenous FAs and remains insensitive to anti-FASII. Using « time-lapse » microscopic study, we showed in our test conditions that about 3% of the bacterial population adapted to FASII antibiotics. Ours results point to an adaptation mechanism in which serum decreases bacterial stress, leading to increased availability of ACP and exogenous FAs. These substrates can then be used for phospholipid synthesis. These results resolve the debate by showing that S. aureus can replace endogenous FAs with exogenous FAs when FASII is blocked. Contrary to current dogma, FASII is not essential in S. aureus. To identify the loci involved in adaptation to anti-FASII, we performed proteomic analyses and also screened a S. aureus mutant library. Functions of stress response, cell division, and lipid metabolism appear to be involved in this adaptation. To conclude, this study clarified the steps leading to S. aureus adaptation to FASII antibiotics. Although our results show that S. aureus bypasses anti-FASII, a combinatorial approach could be considered in which FASII antibiotics could be coupled to a second inhibitor that would prevent exit from the dormancy.

Les zones hybrides entre taxons proches peuvent offrir un regard privilégié sur les processus évolutifs, en particulier la spéciation. L'évolution de l'isolement reproducteur dans ces zones va dépendre en grande partie de l'intensité des flux de gènes et de la valeur sélective des hybrides. Chez les arbres forestiers, les zones de contact sont souvent très étendues, étant donnés leurs larges distributions, les longues distances de dispersion de pollen et les forts taux d'allofécondation. Nous avons choisi comme modèle d'étude des deux espèces de frênes Fraxinus excelsior L. (frêne commun) et Fraxinus angustifolia Vahl (frêne oxyphylle), autochtones en France. Nous avons d'abord développé des marqueurs moléculaires et physiologiques (liés à la dormance des graines) discriminants, qui se sont révélés être de bon outils pour l'aide au diagnostic de reconnaissance, mais insuffisants pour détecter les hybrides en populations naturelles. Nous avons donc utilisé des marqueurs microsatellites et des données morphologiques pour mettre en évidence plusieurs zones hybrides très différentes à l'échelle de la France. Nous avons montré que la distribution des deux espèces et de leurs hybrides était fortement corrélée aux variations de facteurs environnementaux, suggérant que le climat est déterminant pour limiter l'hybridation naturelle. Les deux espèces observant des dates de floraison très divergentes, nous avons étudié l'effet de la phénologie florale sur la limitation des flux de gènes à échelle locale. Nous avons montré l'existence d'un isolement par le temps. Les flux de gènes ont lieu principalement entre individus fleurissant à la même période, et les flux de pollen sont asymétriques. Les hybrides fleurissant tôt sont les plus nombreux, et ont un succès reproducteur mâle et femelle largement supérieur, produisant plus de fleurs et de graines et subissant sensiblement moins d'attaques de gales florales. Observant par ailleurs des taux d'autofécondation élevés, ils pourraient posséder une valeur sélective supérieure dans ce type d'écotone intermédiaire, pouvant accroître leur potentiel colonisateur.

Cette étude concerne la régulation de la dormance embryonnaire des semences de tournesol (Helianthus annuus L.) par le cyanure d'hydrogène (HCN), en relation avec les formes actives de l'oxygène (FAOs) et l'éthylène (C2H4). Les semences de tournesol fraîchement récoltées sont dormantes ce qui se caractérise par une germination difficile à des températures basses (10-15 °C). Un traitement de courte durée (3 h) des embryons dormants par du HCN gazeux élimine leur dormance et permet leur germination à 10°C. Cet effet stimulateur ne résulte pas d'une activation de la voie des pentoses phosphates ou de la voie insensible au cyanure, car d'autres inhibiteurs respiratoires ne permettent pas la germination des embryons dormants à 10°C. Après traitement par du HCN, les FAOs s'accumulent dans les cellules des axes embryonnaires ce qui s'accompagne d'une oxydation (carbonylation) de protéines spécifiques qui ont été en partie identifiées. Toutefois le cyanure ne modifie pas la transcription des gènes codant pour les enzymes impliqués dans la production et la signalisation des FAOs. L'effet stimulateur du cyanure sur la germination des embryons dormants n'est pas associé à une modification de la transcription des gènes impliqués dans la biosynthèse de l'éthylène, ACC synthétase et ACC oxydase, et ne résulte pas d'une augmentation de la production d'éthylène. En revanche, le HCN augmente nettement la transcription de ERF1 (ethylene response factor 1), mais n'a pas d'effet sur la transcription de ETR2 (ethylene response 2) et de CTR1 (constitutive triple response 1). Les résultats présentés permettent de proposer un nouveau mécanisme de régulation de la dormance des semences par le cyanure.

Mortality from breast cancer is primarily due to metastatic disease, which often appears years after treatment of the primary tumor. Radiation as well as bacterial infection induces inflammation, which by releasing cytokines can be implicated in metastatic processes. Using in vitro and in vivo models, the ability of radiation to awaken dormant lung metastases was assessed as well as the capacity of a bacterial infection to enhance metastatic progression in already proliferating lung metastases. As models, we used the D2.0R (dormant) and D2A1 (proliferative) cell lines, which are derived from spontaneous murine mammary tumors. The ability of radiation to awaken dormant D2.0R mammary cancer cells was assessed in a 3-dimension (3D) cell culture system, which resulted in the formation of microspheres of cancer cells. The addition of prostaglandin E 2 (PGE2 ; 100ng/m1) or conditioned media from irradiated (5 Gy) CALU-3 human bronchial epithelial cells stimulated the proliferation of the dormant D2.0R cells resulting in microspheres with a larger diameter compared to the untreated cells. Regarding the proliferative D2A1 microspheres, their rate of proliferation was not further increased by adding PGE2 or the conditioned media of irradiated CALU-3 cells. In Balb/c mice bearing dormant lung D2.0R micrometastases, our data showed that a fractionated radiation dose (5x7.5 Gy) to the mammary gland resulted in a significant increase in the development of metastases, as measured 42 days post-irradiation by bioluminescent reaction. We also evaluated whether a bacterial infection could stimulate the growth of D2A1 cancer cells. Gram-negative bacteria release the lipopolysaccharide (LPS) that induces an inflammatory response. In lungs of mice treated with LPS, a higher level of interleukin-1? (IL-1?) was measured supporting the induction of an inflammation. This was accompanied by an increase of cell adhesion molecules (VCAM-1 and ICAM-1) 5 hours after treatment. The ability of LPS mediated-inflammation to stimulate the quantity and size of the proliferating D2A1 lung metastases was also demonstrated by optical imaging. In aged mice, a significant increase in total surface area covered by the lung metastases was measured as well as a tendency to have more numerous metastases. Conversely, no difference in tumor size or quantity was observed in young mice, which nevertheless had increased expression in pro-inflammatory mediators and adhesion molecules. In conclusion, our study demonstrated that inflammation increases the awakening of dormant D2.0R microspheres in a 3D in vitro model, while in mice treated with LPS, an age-dependent stimulation of the proliferation and number of D2A1 lung metastases was measured.

Rôle du métabolisme post-transcriptionnel des ARNm dans la régulation de la dormance des semences d’Arabidopsis thaliana.Une étude physiologique nous a permis d'identifier l'influence de la température et de l'humidité relative (HR) lors du stockage des graines dormantes d’Arabidopsis. Après une levée de dormance atteinte en 7 semaines avec des cinétiques variables selon les conditions, on observe une induction de la dormance secondaire à faible HR et une perte progressive de la viabilité à forte HR. La levée et l’induction de la dormance sont associées à la régulation de gènes liés aux voies de l'acide abscissique et des gibbérellines. Nous avons étudié la dynamique d’association des ARNm aux polysomes et comparé la transcription et la traduction des graines dormantes et non dormantes au cours de l’imbibition. Nous montrons qu'il n'y a pas de corrélation entre transcriptome et traductome et que la régulation de la germination est principalement liée à la traduction. Ceci suppose un recrutement sélectif et dynamique des ARNm liés aux polysomes dans les graines dormantes et non dormantes. Certaines caractéristiques de la région 5'UTR des transcrits semble impliquées dans la sélection des ARNm traduits pendant la germination. Les phénotypes de mutants d’éléments du catabolisme des ARN montrent que la dormance est également associée à une dégradation sélective des ARNm. Les P-bodies (localisés dans des lignées YFP-DCP1) sont d’ailleurs en quantité plus importante dans les graines non-dormantes. La comparaison des transcriptomes des mutants vcs-8 et xrn4-5 a permis l'identification de plusieurs transcrits dégradés via VCS ou XRN4, dont le rôle sur la dormance a été confirmé par génétique inverse. Certains motifs spécifiques semblent être impliqués dans la sélection de transcrits pour leur dégradation. / Role of mRNA post-transcriptional metabolism in the regulation of Arabidopsis thaliana dormancy.A physiological study allowed us to reveal the effect of temperature and relative humidity (RH) during Arabidopsis seed storage. Seven weeks of after ripening lead to alleviation of dormancy with different kinetics according to the conditions. Longer storage induced an induction of secondary dormancy at low RH and progressive loss of viability at high RH. Dormancy release and induction of secondary dormancy were associated with induction or repression of key genes related to abscissic acid and gibberellins pathways. We have studied the dynamics of mRNAs association with polysomes and compared transcriptome and translatome of dormant and non-dormant seeds. There was no correlation between transcriptome and translatome and germination regulation is largely translational, implying a selective and dynamic recruitment of mRNAs to polysomes in both dormant and non-dormant seeds. Some identified 5'UTR features could play a role in this selective. Dormancy is also associated with mRNA decay as demonstrated by phenotyping mutants altered in mRNA metabolism. Moreover we have shown that P-bodies were more abundant in non-dormant seeds that in dormant ones. Transcriptome analysis of xrn4-5 and vcs-8 mutants allowed us to identify several transcripts degraded via VCS ou XRN4 proteins, having a role in dormancy. This role was confirmed by reverse genetics for some of them. Some specific motifs were identified as involved in mRNA decay selection.

La qualité germinative (vigueur) des semences est un caractère agronomique majeur. Elle correspond à la capacité d'un lot de semences à germer de façon rapide et homogène dans une large gamme de conditions environnementales. Cette qualité germinative est notamment contrôlée par une interaction antagoniste entre deux phytohormones, l'acide abscissique (ABA) qui induit et maintient la dormance et les gibbérellines (GAs) qui stimulent la germination et la croissance de la plantule. La dormance, qui correspond à un blocage physiologique de la germination, est un paramètre non souhaitable d'un point de vue agronomique. Par conséquent la compréhension de la régulation hormonale sur la qualité des semences représente un intérêt fort pour la communauté scientifique mais aussi pour les acteurs de la filière "semences". De nombreuses études ont démontré l'existence d’une importante régulation de la synthèse des protéines au cours de l’imbibition des graines. Cette régulation traductionnelle contribuerait à la mise en place des programmes métaboliques différents en fonction de l’état physiologique des semences pour maintenir un état de dormance ou initier le processus de germination.Le travail réalisé dans le cadre de cette thèse s’est concentré à apporter des éléments nouveaux sur le rôle de l’ABA dans la détermination de la qualité physiologique des semences au cours du développement de la graine et au cours de la germination. L’impact de l’ABA a été particulièrement décortiqué à l’aide de mutant d’Arabidopsis thaliana présentant des teneurs en ABA endogènes contrastées. Par une approche multi-omique combinant des analyses transcriptomiques, protéomiques et métabolomiques, nous avons étudié les mécanismes moléculaires et biochimiques associées avec la mise en place de la qualité physiologique des semences en relation avec l’ABA. Nos résultats ont montré qu’au-delà du contenu en ABA, l’origine tissulaire de cette hormone dans les graines gouverne de nombreux réarrangements métaboliques qui participent au déterminisme de la profondeur de dormance et de la vigueur germinative. Il apparaît un lien entre l’ABA et l’activité traductionnelle, étroitement associé au métabolisme énergétique et à l’homéostasie RedOx.L’effet de l’ABA sur l’activité traductionnelle a été suivi par une adaptation des méthodes SILAC (stable-isotope labelled amino acids in cell culture) aux grains d’Arabidopsis. Cette technique a été utilisée pour décrire la dynamique du protéome dépendante du contenu en ABA des graines au cours de leur imbibition. Nos résultats montrent que cette approche originale permet d’enrichir les connaissances sur la biologie fondamentale des semences. En effet, nous avons montré que l’ABA est un régulateur clé de la synthèse protéique dans les graines et est un contributeur majeur dans la mise en place des différents programmes traductionnels. Cette approche a montré que l’ABA exerce un contrôle sur la traduction de plus de 400 ARNm au cours de l’imbibition des graines et ouvre de nouvelles pistes pour la compréhension de la régulation de la synthèse protéique chez les semences et chez les plantes. Ces données générées offrent un nouveau regard sur le processus germinatif et de sa régulation par l’ABA.Sur la base des données existantes au laboratoire et celles générées au cours de cette thèse, nous avons également développé une utilisation de bio-marqueurs pour l’évaluation de la qualité des semences et nous avons mis au point des traitements de semences innovants. Ces technologies ont été développé en accord avec les attentes des industriels de la filière « semences ». La récente obtention d’un financement pour ce projet de recherche appliquée démontre la complémentarité des recherches effectuées au sein du laboratoire avec les besoin des industriels de la filière « semences ». / Germination vigor is a main concern in agriculture. High seed vigor is defined as the capacity of a seed lot to germinate rapidly, uniformly and in a wide range of environmental conditions. Seed quality is controlled by a dynamic balance between two antagonistic hormones, abscisic acid (ABA), which induces and maintains dormancy and gibberellins (GAs), which stimulate seed germination and seedling establishment. Seed dormancy corresponds to a block to the completion of germination and is an undesirable characteristic from an agronomic point of view. Thus, investigation of seed quality toward a better understanding of hormonal regulation is of fundamental concern for scientific community and seed industry.Recent studies have highlighted the intensive regulation of protein synthesis during seed germination. Translational regulation would govern the implementation of different metabolic programs during seed imbibition in order to maintain seed dormancy or to initiate the germination process. In this thesis, we explore the role of ABA in the control of germination quality during seed development and seed germination, using Arabidopsis thaliana mutant displaying contrasted ABA content.By combined “omic” approaches, we have highlighted the impact of ABA level on metabolic rearrangements during seed maturation. Our results showed that ABA origin in the seeds governs many metabolic rearrangements controlling dormancy depth and germination vigor. In addition, the present work suggests an intimate linkage between translational activity and ABA content, in association with energetic pathways and redox homeostasis.The impact of ABA on proteome turnover during seed germination was studied by adapting a metabolic labeling of neosynthesized proteins based on SILAC methods (stable isotope labelled amino acids in cell culture) to Arabidopsis seeds. Our results suggest that ABA is a key regulator of protein synthesis and modulates metabolic changes during seed imbibition. Indeed, this novel approach has highlighted that ABA controls the translation of more than 400 mRNAs during seed imbibition. This work provides an original perspective on the contribution of ABA and mRNA translation in seed germination and provides a valuable basis for further investigation of translational regulation in seeds and in plants.Based on existing data and those generated during this thesis, we also developed innovative seed treatments and new biomarkers for seed quality assessment. Recent funding for a maturation program dedicated to improve these biotechnologies demonstrates that our research meets the needs of seed industry.

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