Thèse de doctorat--Sciences naturelles--Faculté des sciences de Paris, 1900. N°: 1021.

Nous avons étudié la croissance, sur des tissus en polyester, de nano-colonnes de ZnO par méthode hydrothermale. Un prétraitement par plasma a permis de générer des groupements polaires à la surface des fibres. Ces groupements permettent d’accrocher des nano-germes de ZnO à partir desquels d’effectue la croissance des cristaux de ZnO. La nature de la composition chimique de surface à chaque étape du traitement a été suivie par XPS. La morphologie et la structure des cristaux formés a été caractérisée par MEB, XRD et MET. La quantité totale de ZnO déposée sur le tissu a été déterminée par spectroscopie d’absorption atomique. La croissance de ces nano-colonnes de ZnO sur les microfibres de PET génère une structure rugueuse hiérarchique. Les tissus obtenus sont superhydrophiles : le mouillage et la capillarité de l’eau deviennent très importants et augmentent avec la concentration en germes. Après hydrophobisation avec l’ octadecyltrimethoxysilane (ODS), le tissu fonctionnalisé présente un effet lotus autonettoyant avec des angles de contact et de glissement de l’eau caractéristiques. L’effet chimique autonettoyant a été aussi mis en évidence avec la décoloration de solutions et de taches sous rayonnement UV. La cinétique de ces 2 effets photocalytiques a été étudiée avec différents colorants. Ce tissu présente un caractére antibactérien, il est donc aussi autonettoyant vis-à-vis des espèces biologiques Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa et Staphyloccocus aureus. Cette étude met en évidence les relations entre les procédés de nanostructuration de la surface des fibres dans les tissus et leurs propriétés autonettoyantes selon les 3 mécanismes proposés. / ZnO nanorods were grown on polyester fabric by hydrothermal method. The plasma treatment was carried out to generate the polar groups. These groups attached the ZnO seeds which provided the site for the growth of nanorods. XPS analysis was carried out to study the chemical composition of surface at each stage of growth. The morphology and crystal structure was characterized by SEM, XRD and TEM. The atomic absorption spectroscopy was carried out to determine the amount of Zn present on fabric in the form of nanorods. The growth of nanorods on microfibers of PET generated hierarchical roughness structure. The functionalized fabric showed superhydrophilicity: very high wettability and capillarity which increased with the increase in seed concentration. On modification with hydrophobic chemical (octadecyltrimethoxysilane ODS), the functionalized fabric showed physical self-cleaning (lotus effect) which was characterized by measuring water contact angle and water roll off angle. The chemical self-cleaning was studied by solution discoloration and stain degradation under the effect of UV light. It was found that solution discoloration followed first order kinetics whereas; stains were degraded by second order kinetics. The biological self-cleaning (antibacterial activity) was also observed on Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa and Staphyloccocus aureus. This study highlights the relationship between nanostructuring process of the fibers and self-cleaning properties according to the three proposed mechanisms.

Thèse : Sc. nat. : Paris : 1887 ; 594.

L'objectif de cette thèse était d'analyser le déterminisme génétique de la croissance foliaire (LER) du maïs (Zea mays L.). Nous avons combiné plusieurs approches visant à (i) résumer l'information génétique tirée de trois populations de cartographie de QTL (une d'origine tropicale et deux tempérées), (ii) tester l'effet de l'introgresssion de diversité allélique dans les QTL les plus prometteurs, (iii) évaluer jusqu'à quel point les QTL de croissance foliaire affectent la croissance d'autres organes de la plante (iv) disséquer des QTLs d'intérêt par cartographie fine ou génétique d'association locale. La première partie de ce travail concerne le déterminisme génétique de la croissance foliaire maximale (LERmax) évaluée dans des conditions optimales la nuit. LERmax, telle que mesurée en plateforme de phénotypage, partage dans une forte proportion, son contrôle génétique avec la croissance d'autres organes. Des QTL qui affectaient LERmax ou/et la croissance d'autres organes ont alors été disséqués. Une région génomique a été cartographiée avec 23 lignées quasi-isogéniques (NILs) séquentiellement introgressées dans les bins 1.10-11, réduisant ainsi l'intervalle de confiance du QTL d'un facteur 3. Une seconde région génomique a été analysée par une méthode innovante fondée sur une étude d'association ciblée sur une région génomique dans un série allélique générée par introgression de 62 allèles donneurs tirés des lignées parentales d'hybrides cultivés et de populations historiques de maïs d'Amérique Latine dans une lignée élite. L'étude d'association dans cette région relativement petite révèle plus de polymorphismes causaux qu'attendus (six SNP en faible déséquilibre de liaison vs trois QTL consensus).La seconde partie de ce travail considère la sensibilité de la croissance foliaire à la demande évaporative et au déficit hydrique du sol. Un détermisme génétique commun aux deux sensibilités a été mis en évidence par méta-analyse de QTLs initialement détectés dans trois populations en ségrégation et par le test de NILs. Huit métaQTL situés dans quatre régions génomiques ont été testés avec 6 à 17 allèles introgressés pour identifier des NILs qui manifestaient les plus forts effets sur le phénotype. Nous avons initié une cartographie fine dans une de ces régions génomiques à partir d'une populations de recombinants issues de l'introgresssion d'un donneur d'origine tropicale dans B73. / The objective of this thesis was to analyze the genetic control of the Leaf Elongation Rate (LER) of maize (Zea mays L.). We combined approaches that (i) summarize the QTL information of three mapping populations (one tropical, two temperate), (ii) tested the impact of the introgression of allelic diversity at most promising QTLs, (iii) test to what extent QTLs of LER affect different traits (iv) dissect QTLs of interest by fine mapping or local association mapping.The first part of this document focuses on the genetic control of maximum LER (LERmax) measured in near-optimal conditions during the night. LERmax, as measured in a phenotyping platform, shares an appreciable proportion of its genetic control with the growth abilities of other organs. QTLs affecting LERmax and/or the growth of other organs were therefore dissected. One genomic region was fine-mapped with 23 Near-Isogenic Lines (NILs), sequentially introgressed in the bins 1.10-11, resulting in a reduction of the confidence interval by a factor 3. A second genomic region was analysed after the development of an innovative method of local association mapping on a collection of NILs, introgressed with 62 donor parents from historical populations from different altitude and latitudes in Latin America. This relatively small region harbors more causal polymorphisms than expected (six associated markers in low linkage disequilibrium vs three cQTLs).The second part focuses on the sensitivities of LER to evaporative demand or to soil water deficit. The two sensitivities share a large part of their genetic control as demonstrated by a metaQTL analysis on three mapping populations and the test of NILs. Eight metaQTLs in four genomic regions were tested with 6 to 17 different alleles to find the NILs that best impact the phenotype. We started a fine mapping on one genomic region by using one population of NILs involving a tropical donor.

Nous sommes partis d'une analogie inédite entre la configuration de certaines feuilles dans le bourgeon et les ribambelles de papier. Quand on plie du papier et qu'on le coupe avec des ciseaux, à chaque pli va correspondre une pointe ou un creux de la ribambelle déployée. De nombreuses feuilles adoptent la même géométrie dans le bourgeon. Le bord de la feuille est replié sur un plan comme si il avait été découpé avec des ciseaux. Pour cette raison purement géométrique, les lobes et creux de la feuille déployée correspondront exactement aux plis initiaux. Nous avons nommé ces feuilles « kirigami », ce qui veut dire couper-papier en japonais. La première partie de cette thèse, purement géométrique, montre à quel point les géométries des feuilles sont contraintes par leur développement plié. Nous montrons aussi que la richesse des géométries que permet le kirigami se retrouve au sein des feuilles. La deuxième partie, plus biologique, propose à la fois un mécanisme pour le développement des plis et un candidat pour les mystérieux ciseaux. Nous concluons sur l'intérêt évolutif d'une telle organisation des feuilles dans le bourgeon.

L'étude des relations allométriques est depuis longtemps un élément important de la biologie, et ce, pour différentes raisons allant de la prédiction de la taille et du poids d'un individu à l'explication des processus physiologiques qui gouvernent sa croissance. Cette étude compare les relations allométriques qui unissent les différentes parties de la biomasse aérienne de deux espèces phylogénétiquement proches, l'épinette noire et l'épinette blanche. L'étude des relations allométriques des deux espèces d'épinettes a permis de mieux comprendre comment les caractéristiques écologiques du milieu dans lequel croissent les individus affectent leur développement morphologique et comment les traits fonctionnels propres à chaque espèce se reflètent dans leurs relations allométriques. Les résultats permettront de mieux caractériser la distribution de la biomasse aérienne de l'épinette blanche et de l'épinette noire et éventuellement d'utiliser ces relations dans des modèles de croissance à bases fonctionnelles. Ceci permettra de mieux comprendre la croissance et le développement de ces deux espèces écologiquement et économiquement importantes. La thèse porte spécifiquement sur les relations allométriques entre les différentes parties de la cime vivante de l'épinette noire et de l'épinette blanche et sur la biomasse foliaire et sa distribution dans la cime vivante. La thèse porte également sur la relation entre la biomasse foliaire et la superficie d'aubier de l'arbre. L'hypothèse principale soutenant ce travail de recherche est que des différences entre les traits fonctionnels des espèces permettront d'expliquer les différences de relations allométriques et l'influence des conditions de croissance sur ces relations. Afin de répondre à ces questions, un échantillonnage destructif d'épinettes noires et d'épinettes blanches a été effectué sur quatre sites en Alberta, en Ontario et au Québec. La mesure du diamètre des branches vivantes de même que leur positionnement à l'intérieur de la cime vivante a permis de reconstruire la cime vivante des arbres et d'en estimer la longueur et le profile. Un échantillonnage de feuillage a également été réalisé afin d'estimer la biomasse foliaire de l'arbre et sa distribution verticale dans la cime vivante. Finalement, des sections de tiges ont été échantillonnées le long du tronc afin d'estimer la superficie d'aubier à plusieurs endroits de l'arbre. Des régressions linéaires et non linéaires mixtes ont été utilisées afin de paramétrer les relations allométriques. L'étude a permis de constater que la longueur de la cime vivante de l'épinette noire et de l'épinette blanche ne différait pas lorsque les dimensions des arbres et les conditions de croissance étaient prises en compte. Par contre, le profil des deux espèces s'est avéré différent. L'épinette blanche montre une cime plus large dont le profil est plus sensible à la compétition exercée par les autres arbres du peuplement. De plus, l'indice de qualité de station a un effet différent chez les deux espèces laissant supposer une différence en termes d'allocation des ressources. Des différences ont également été remarquées quant à la biomasse foliaire des deux espèces. En présence de conditions de croissance similaires, l'épinette noire supporte une plus grande quantité de feuillage que l'épinette blanche. De plus, l'épinette noire montre une plus grande densité de feuillage. Cette différence pourrait être reliée à la plus grande tolérance à l'ombre de l'épinette noire. Pour les deux espèces, la distribution verticale du feuillage a varié de façon similaire en fonction de l'âge et de la vitesse de croissance en hauteur. La relation allométrique entre la biomasse foliaire et la superficie d'aubier s'est avérée différente entre les deux espèces. L'épinette noire maintient une plus grande quantité de feuillage par surface d'aubier que l'épinette blanche. Cette différence pourrait être reliée à un besoin en eau diminué pour le feuillage de l'épinette noire compte tenu de sa plus faible productivité. La thèse permet de révéler des différences entre les relations allométriques de l'épinette noire et de l'épinette blanche et des différences concernant l'influence des conditions de croissance sur celles-ci. Ces différences laissent supposer que les stratégies d'investissement des ressources et que la relation face à la compétition diffère entre les deux espèces. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Cime vivante, Biomasse foliaire, Modèle tubulaire

Thesis (doctoral)--Universität Bern, 1913. / Includes bibliographical references.

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Les feuilles des plantes sont des organes importants pour la production de biomasse dans la nature car elles sont le siège principal de la photosynthèse, qui permet de transformer la matière minérale en matière organique. Identifier les mécanismes responsables de la morphogenèse, i.e. la genèse de la forme pendant le développement, est donc une question d'intérêt. Pour être analysée, la morphogenèse doit être appréhendée tout au long de la croissance car la forme finale d'une feuille est le résultat de mécanismes coordonnés dans l'espace et le temps. Pour comprendre ce type de processus complexes, la modélisation est une approche de choix. L'objectif de cette thèse était donc de développer des stratégies de quantification et de modélisation de la morphogenèse pour mieux comprendre le développement des feuilles. Pour quantifier la morphogenèse, ma première contribution a été de développer des méthodes pour dater précisément l'apparition des feuilles sur la plante et celle des dentelures sur la marge foliaire, ce qui permet de recaler dans le temps et comparer différentes feuilles en croissance. En calculant les trajectoires de croissance de feuilles moyennes, il est alors possible de préciser où et quand le développement de feuilles peuvent différer, au niveau global ou des dentelures, pendant la croissance. En analysant des feuilles de formes différentes de la plante modèle Arabidopsis thaliana, j'ai ainsi pu montrer que malgré des différences importantes en taille et forme globale, il y a une similarité dans le développement des dentelures. Ces résultats suggèrent qu'il existe des processus identiques qui gouvernent l'apparition et la croissance des dentelures. J'ai ensuite proposé un modèle de développement des feuilles, à partir duquel il est possible de simuler la croissance d'une feuille. Il est basé sur des mécanismes biologiques qui on été identifiés comme étant importants dans la mise en place de la forme. Pour paramétrer le modèle, une approche d'optimisation a été mise au point pour déterminer les paramètres optimaux du modèle. Les résultats obtenus montrent que l'apparition séquentielle des dents ainsi que certains paramètres morphologiques peuvent être bien reproduits par le modèle. / Plant leaves are important for the production of biomass in nature, because they are the main site of photosynthesis, They have various shapes and it has been shown that their morphology influences photosynthesis efficiency. Identifying the mechanisms responsible for morphogenesis, i.e. the genesis of the shape during development, is therefore a matter of interest. To be analyzed, morphogenesis must be apprehended throughout the whole growth because the leaf final form is the result of coordinated mechanisms in space and time. To understand this type of complex processes, modeling is an approach of choice. Consequently, the objective of this thesis was to develop strategies for the quantification and modeling of morphogenesis to better understand leaf development. To quantify morphogenesis, my first contribution was to develop methods to precisely date the appearance of the leaves on the plant, and of the serrations at the leaf margin, allowing to register in time and to compare different growing leaves. Besides, based on mean growth trajectories, it is possible to specify where and when the developments of different leaves differ, at global and serration scales, during growth.By analyzing the development of leaves of the plant model Arabidopsis thaliana that have different shapes, in wild type or in mutants, it has been shown that, despite significant differences in leaf size and shape, there is a similarity in the development of all serrations. These results suggest that there are identical processes that control the appearance and growth of serrations. I proposed two leaf development models, based on biological mechanisms that have been identified, in the literature, as important for the leaf shaping, and also on the quantification of leaf morphogenesis performed in this work. The simulation module, that generates growth trajectories from the model, makes it possible to compare simulated and real developments. To parameterize the model, an optimization approach has been proposed to determine optimal parameters, which minimizes the differences between simulation and real growths. The results showed that the sequential appearance of the teeth as well as important morphological characteristics can be well reproduced by the models.

Les plantes présentent une incroyable diversité de tailles, formes et couleurs, étroitement liée à certaines de leurs fonctions biologiques telles que la photosynthèse, la reproduction, etc. De ce fait, la façon dont ces organismes multicellulaires acquièrent des formes complexes est une question clé en biologie du développement. La morphologie des organes végétaux résulte en effet de la modulation, à l’échelle cellulaire, de patrons d’expression génétique, de croissance et de différenciation. Bien que la morphogénèse ait été largement étudiée d’un point de vue moléculaire, nous ne savons toujours pas comment ces réseaux génétiques sont traduits en formes biologiques. Le but de ce projet de recherche est donc d’étudier le développement des organes latéraux (feuilles juvéniles, feuilles caulinaires et organes floraux, id sépales, pétales et anthères) chez l’espèce modèle Arabidopsis thaliana. Afin d’approcher la question du rôle des interactions complexes entre cellules et organes lors du développement, nous nous intéressons à la variabilité entre les organes, mais aussi à la variabilité cellulaire intrinsèque de chaque organe. Nous avons donc testé (1) si la diversité de formes observées chez les organes latéraux résulte de modulations d’un programme développemental commun; (2) si la croissance et le développement des organes latéraux est un phénomène stochastique ou dépend de mécanismes sous-jacents spécifiques. Pour ce faire, nous utilisons une approche multidisciplinaire basée sur la génétique, la microscopie confocale et l’analyse d’images 3D pour extraire les patrons de croissance inhérents aux différents organes. Les résultats de la première étude (Chapitre 2) montrent que la forme des organes dépend de l’équilibre entre croissance et différentiation, dont la régulation précise permet l'acquisition de fonctions hautement spécialisées. La feuille caulinaire, par exemple, présente un retard de différenciation qui permet une activité morphogénétique prolongée et une redistribution de la croissance. À travers la suppression transitoire de la croissance lors des premiers stades de développement, la trajectoire développementale de la feuille caulinaire permet sa double fonction, à la fois protectrice et photosynthétique.\par La deuxième étude (Chapitre 3), quant-à-elle, s’intéresse aux comportements des cellules individuelles, dont la croissance, bien que contrôlée par des informations positionnelles, est souvent hétérogène. Cette variabilité résulte de la différenciation de cellules spécialisés, les stomates, qui suivent un programme de développement spécifique. Le comportement autonome de ces cellules, asynchrone, est la principale source de variabilité dans des tissus dont la croissance est autrement homogènes. Dans l’ensemble, cette thèse a permis de mettre en lumière l’importance de la temporalité lors du développement des organes végétaux. Que ce soit à l’échelle de l’organe, du tissu ou de la cellule, la modulation et la synchronisation de la croissance et de la différentiation sont nécessaires à l’acquisition des formes stéréotypiques des organes et à leur complexité fonctionnelle. / Plants display an incredible diversity of sizes, shapes, and colors, closely linked to some of their biological functions, such as photosynthesis, reproduction, etc. How these multicellular organisms acquire complex shapes is, therefore, a key question in developmental biology. The morphology of plant organs results from cell-level modulation of patterns of gene expression, growth, and differentiation. Although morphogenesis has been extensively studied from a molecular point of view, how genetic networks are translated into biological forms is still unclear. Thus, the aim of this research project is to study the development of lateral organs (rosette leaves, cauline leaves, and floral organs, i.e. sepals, petals, and anthers) in the model species Arabidopsis thaliana. To address the question of the role of complex cell-organ interactions during development, we are interested not only in variability between organs but also in the intrinsic cellular variability of each organ. We, therefore, tested (1) whether the diversity of shapes observed in lateral organs results from modulations of a common developmental program; (2) whether the growth and development of lateral organs is a stochastic phenomenon or depends on specific underlying mechanisms. To this end, we are using a multidisciplinary approach based on genetics, confocal microscopy, and 3D image analysis to extract the growth patterns inherent in the different organs. The results of the first study (Chapter 2) show that organ shape depends on the balance between growth and differentiation, which fine regulation enables the acquisition of highly specialized functions. The cauline leaf, for example, shows a delay in differentiation that allows for prolonged morphogenetic activity and growth redistribution. Through the transient growth suppression at early stages, the cauline leaf developmental trajectory allows for its dual function, from protection to photosynthesis. The second study (Chapter 3) focuses on the behavior of individual cells, whose growth, although controlled by positional information, is often heterogeneous. This variability results from the differentiation of specialized cells, the stomata, which follow a specific developmental program. The autonomous, asynchronous behavior of these cells is the main source of variability in tissues whose growth is otherwise homogeneous. Overall, this thesis has shed light on the importance of timing in plant organ development. Whether at the organ, tissue, or cell level, modulation and synchronization of growth and differentiation are necessary for the acquisition of stereotypic organ shapes and functional complexity.