Les dispersions de virus filamenteux présentent une succession d'états cristallins liquides comprenant les phases nématique, smectique (ou lamellaire) et colonnaire. L’auto-organisation de ces particules colloïdales en forme de bâtonnet s’est révélée être essentiellement pilotée par l’entropie dont résulte un potentiel d’interaction entre particules purement répulsif. Dans cette thèse, les propriétés structurales et dynamiques de bâtonnets présentant une interaction attractive directionnelle fortement localisée (interaction dite à « patch ») à l'une des extrémités des particules ont été étudiées. L’interaction attractive locale a été obtenue en fonctionnalisant les extrémités des virus filamenteux par greffage régiosélectif de colorants fluorescents hydrophobes qui jouent le rôle de « patch » enthalpique. La force d'attraction peut être modulée en faisant varier le nombre de molécules de colorant liées. Nous avons montré que cette interaction à « patch » stabilise la phase smectique au détriment de la phase nématique, laissant les autres phases cristallines liquides essentiellement inchangées. En outre, la présence de molécules de colorant fluorescent sur les extrémités des virus permet l'observation de structures lamellaires cristal-liquides avec un contraste et une résolution exacerbés. La visualisation in situ de défauts topologiques en phase smectique, telle des dislocations de type coin et vis, a été réalisée à l'échelle de la périodicité du réseau. Le champ de déplacement autour d’une dislocation coin a été établi expérimentalement et comparé au profil prédit par les théories élastiques. Des dislocations de type vis ont également été mises en évidence, pour lesquelles la taille du cœur et l'helicite ont été déterminées.La dynamique des virus « patchy » et de ceux non fonctionnalisés a été étudiée par suivi temporel du déplacement des particules individuelles en microscopie de fluorescence. Dans toutes les phases cristallines liquides, la diffusion de particules « patchy » s'est avérée être entravée. En particulier dans la phase smectique, les bâtonnets « patchy » ont tendance à résider dans les couches diffusant principalement dans la direction perpendiculaire à l'axe principal du virus, tandis que les bâtonnets non fonctionnalisés présentent une diffusion entre couches beaucoup plus prononcée. Ce comportement peut s’explique par la plus grande valeur du potentiel smectique associé et mesuré expérimentalement dans les deux types de dispersion.Nous avons combiné des effets de « patch » entropique et enthalpique en ajoutant des polymères non-absorbants à la dispersion virale fonctionnalisée. Dans ce cas, les bâtonnets s’auto-assemblent latéralement par déplétion en des clusters. La diffusion de rayons X et la microscopie optique ont été utilisées pour comparer les propriétés structurales et dynamiques des dispersions virales fonctionnalisées - ou pas - mélangées à des polymères non absorbants, et pour établir les diagrammes de phases correspondants.En résumé, nous avons démontré un nouveau moyen efficace de contrôler la structure de fluides complexes par la modifications régio-sélective des particules constituantes. / Dispersions of filamentous viruses exhibit a plethora of liquid crystalline states including nematic, smectic (or lamellar), and columnar phases. Self-organization of these rod-shaped colloidal particles has been shown to map the hard-core behavior for which the interaction potential is purely repulsive. In this thesis, the structural and dynamical properties of rods with highly localized directional attractive interaction (or “patchiness”) between one of the ends of the particles have been studied. Local attraction has been achieved by functionalizing the filamentous virus tips via regioselective grafting hydrophobic fluorescent dyes which act as enthalpic patch. The single tip attraction strength can be tuned by varying the number of bound dye molecules. We have shown that increasing attraction interaction stabilizes the smectic phase at the cost of nematic phase leaving all other liquid crystalline transitions unchanged. Furthermore, the fluorescent dye molecules on the viral tips enable the observation of liquid crystalline lamellar structures with improved contrast and resolution. In situ visualization of topological defects in the smectic phase such as edge and screw dislocations has been thus performed at the lattice periodicity level. The displacement field around an edge dislocation has been experimentally established and compared to the profile predicted by elastic theory. Screw dislocations have been also evidenced, for which the core size and handedness have been determined.Dynamics of patchy and pristine viruses has been investigated by tracking individual rod displacements. In all liquid crystalline phases, the self-diffusion of patchy rods has been found to be hindered compared to the self-diffusion of pristine rods. Particularly in the smectic phase, patchy rods tend to reside within the layers mainly diffusing in the direction perpendicular to the main virus axis, contrary to pristine rods whose self-diffusion between layers is far more pronounced. This behavior is explained by the higher unidimensional smectic ordering potential experimentally measured in the dispersions of patchy rods compared to that obtained for pristine rods.We have combined both entropic and enthalpic patchinesses by adding non-adsorbing polymers into tip-functionalized viral dispersions. In this case, rod sides act as entropic patchy sites due to attractive depletion interaction between them. Small angle X-ray scattering and optical microscopy techniques have been used to compare the structural and dynamical properties of pristine and tip-functionalized viral dispersions mixed with hydrophilic polymers acting as depletants agent. We have determined and compared the phase diagrams obtained for the two types of virus-polymer systems.In summary, we have demonstrated a new and efficient way to control the structure of complex fluids by implementing site-specific modifications of building blocks.

Magnaporthe grisea est responsable de la pyriculariose du riz, principale maladie de cette céréale. L’entrée du champignon dans la plante hôte se fait via l’appressorium. La différenciation de cette structure résulte d’une réorientation génétique et métabolique, et nécessite une régulation génétique fine. Une étude transcriptomique comparant les stades mycélium et appressorium a permis de montrer qu’environ 1300 ORFs sont surexprimées au stade appressorial. Ce transcriptome a permis l’identification de 32 gènes codant pour des facteurs de transcription pour lesquels dix mutants de délétion ont été générés et caractérisés. L’étude de leur pouvoir infectieux a révélé que le mutant délété du gène TF7 présente une pathogénie réduite de 70% sur plant d’orge. De plus, ce mutant est incapable de former des appressoria sur membrane artificielle sauf en présence d’un inducteur chimique (1,16- hexadecanediol). Par ailleurs, lorsque les appressoria sont formés, ils éclatent au bout de 14 heures. Cette altération peut être compensée par l’addition de sorbitol comme osmoprotecteur. Ce mutant est hypersensible à la Nikkomycine Z, un inhibiteur de la chitine synthase suggérant une altération du métabolisme pariétal. Un transcriptome différentiel réalisé à partir d’appressoria sauvages et mutés différenciés sur membrane de Téflon a révélé que des gènes impliqués dans le métabolisme de la chitine sont sous-exprimés dans le mutant ΔTf7. Le facteur de transcription Tf22 dont la délétion conduit à une réduction de 70% de la pathogénie sur riz a également fait l’objet d’une attention particulière. En effet, la recherche d’homologie a montré la présence de deux protéines homologues à Tf22 chez les deux champignons phytopathogènes S. nodorum et C. nicotianae et au-delà de la conservation d’un cluster potentiel de gènes du métabolisme secondaire, identifié chez C.nicotianae. La caractérisation du mutant a montré que l’expression de ce cluster potentiel est régulée négativement par le gène TF22 / Magnaporthe grisea is responsible for rice blast, the major disease of rice. The entry of the fungus in the host plant is via a specialized cell called appressorium. The differentiation of this structure results from a genetic and metabolic shift, and requires fine control mechanisms. A transcriptomic study comparing vegetative mycelium and appressorium mature stage, characteristic of the pre-penetration step was realized. In order to identify new regulatory networks specific of the appressorial differentiation, we focused on 32 genes encodi. Ten deletion mutants of transcription factor genes were generated and characterized. The study of their infectivity revealed that the TF7 gene deleted mutant has a reduced pathogenicity of 70% on barley plant resulting from an inability to penetrate the plant surface. Moreover, unlike the parental strain, this mutant is unable to form appressoria on artificial membrane except in the presence of a chemical inducer (1.16-hexadecanediol). Moreover, when appressoria are formed, they burst after 14 hours. This alteration can be compensated by a sorbitol solution acting as an osmoprotectant. This mutant is hypersensitive to nikkomycin Z, a chitin synthase inhibitor suggesting an alteration of parietal metabolism. A differential transcriptome was conducted comparing wild and mutated appressoria differentiated on Teflon membrane revealed that genes involved in chitin metabolism are dependent on the transcription factor Tf7. A second transcription factor Tf22 whose, deletion leads to a reduction of 70% of pathogenesis on rice, has also been studied. Indeed, the homology search showed the presence of two proteins homologous to Tf22 for S. nodorum and C. nicotianae. Beyond the conservation of the transcription factor, we observed the conservation of a potential cluster of genes of secondary metabolism identified in C.nicotianae. The characterization of the mutant revealed that expression of this potential cluster is negatively regulated by the gene TF22

La fermentation en milieu solide (FMS) est un procédé biotechnologique particulièrement bien adapté au traitement de la biomasse végétale. Cette technologie, extrapolable à l’échelle industrielle, peut répondre aux besoins actuels du marché de l’alimentation animale en développant des produits fermentés visant à améliorer les qualités des matières premières d’un point de vue nutritionnel et fonctionnel. Les travaux de recherche présentés dans cette thèse développent ces aspects à partir du tourteau de colza issu du procédé de trituration des graines.Un premier criblage a mis en évidence le potentiel de certaines souches fongiques en prenant en compte les performances de croissance et leur capacité à enrichir le tourteau en protéines totales et digestibles. Des teneurs comparables à celles du tourteau de soja, principale source de protéine en nutrition animale, ont d’ailleurs été atteintes. Une activité biologique d’intérêt a ensuite été démontrée in vitro sur cellules immunitaires. Cette voie, inexplorée jusqu’à présent à partir de culture en milieu solide, confère une valeur ajoutée au produit fermenté via un apport en composés immunomodulateurs naturels d’origine fongique comme les β-glucanes. Ces derniers suscitent un intérêt croissant car ils représentent une alternative à l’utilisation des antibiotiques comme facteur de croissance. L’étude consacrée à la phase d’optimisation du procédé FMS a permis d’accroître les performances de croissance de la souche A. sojae et de définir une stratégie visant à maintenir les conditions optimales de croissance en réacteur pré-pilote à couche profonde. Des complications liées à la granulométrie très fine du tourteau de colza et à la qualité microbiologique qui évolue en cours de fermentation dans des conditions non stériles ont pu être identifiées mais le procédé mis en place a alors permis de les maîtriser en partie. / Solid state fermentation (SSF) is a biotechnological process particularly well adapted to the treatment of vegetable biomass. This technology adjustable to industrial scale, is adapted to current challenges in animal nutrition by developing fermented products in order to improve the quality of raw materials from a nutritional and functional point of view. The work presented in this thesis considers these issues using rapeseed meal from the oil crushing industry.A first screening study highlighted several fungal strains based on their growth performance and protein enrichment (total and digestible) of the substrate. Levels similar to those of soybean meal, the main protein source in animal nutrition, have also been reached. An interesting biological activity was then reported in vitro on immune cells. To date, this way has never been investigated concerning solid state culture. The presence of fungal immunomodulatory compounds as β-glucan confers added value to the fermented product. Recently, there has been growing interest in natural immunomodulators as they represent an alternative to the use of antibiotics for growth promotion in food animal production. SSF process optimization improved the growth performance of the strain A. sojae and helped to determine the best strategy to maintain optimum growth conditions at larger scale in the deep-bed pre-pilot reactor. Complications related to the fine particle size of the rapeseed meal and the changes in microbiological quality during fermentation under non-sterile conditions were also identified and partially controlled by the process.

La production d’éthanol à partir de biomasse lignocellulosique est reconnue comme une des voies possibles de réduction des émissions de gaz à effet de serre et de remplacement partiel des énergies fossiles. Pour être compétitif, la production d'enzymes à bas coûts est nécessaire. Ces enzymes sont produites par le champignon filamenteux Trichoderma reesei, qui présente, à forte concentration, un comportement fortement rhéofluidifiant pouvant entrainer des limitations de mélange et de transfert de matière lors du changement d'échelle. Dans ce travail, il est proposé de compléter les données de la littérature concernant le temps de mélange, la puissance dissipée et le transfert de matière gaz-liquide (global et local) par des mesures à plusieurs échelles dans des fluides modèles de rhéologie similaire aux milieux biologiques visés. Les modèles et corrélations développés qui en résultent sont directement exploitables pour le design des fermenteurs industriels. Afin d’étudier plus en détail le mélange, le taux de cisaillement et la turbulence, une étude par PIV a été menée sur des milieux transparents. La caractérisation fine de l'hydrodynamique repose sur la dissociation des différentes composantes du mouvement à l’aide de la POD. L'évolution des grandeurs mesurées avec les conditions opératoires permet de fournir des indications précieuses pour l'extrapolation des fermenteurs mettant en œuvre des micro-organismes potentiellement sensibles au cisaillement / Ethanol made from cellulosic biomass is recognized as a promising substitute for fossil fuel and thus as a way to reduce greenhouse gas emissions. To be competitive, low cost cellulosic enzymes produced by the filamentous fungus Trichoderma reesei are required. At high biomass concentration, the culture broth becomes so highly shear-thinning that mixing and mass transfer limitations may be encountered when the process is scaled up.In this study, we propose to complete data available in the literature for mixing times, power draw, and mass transfer (local and global) with measurements at several scales in model fluids (shear thinning) that mimic the rheology of biological media. Models and correlations that derive from this work can be used directly for industrial fermentor design. In order to study mixing, local shear rate and turbulence in detail, PIV is performed in transparent model fluids. The refined hydrodynamic characterisation relies on the dissociation of instantaneous velocity by means of the POD method. The change of key parameters with operating conditions gives relevant information for the scale-up of shear-sensitive micro-organisms.

La maîtrise du développement des moisissures retrouvées dans le contexte agro-alimentaire parmi les flores microbiennes d'altération ou technologiques répond à des enjeux économiques et sanitaires importants. Le développement des moisissures peut être affecté par des facteurs abiotiques comme la température, l'activité de l'eau (aw) ou la composition gazeuse. L'évaluation de l'effet de ces facteurs via des outils de mycologie prévisionnelle vise à prévoir l'altération fongique des aliments. Ce travail a pour objectif d'explorer l'impact des conditions environnementales sur la physiologie de moisissures d'intérêt pour l'industrie agro-alimentaire.L'effet de la température, de l'aw ajustée par du glycérol ou du chlorure de sodium (NaCl) du pH et de la composition gazeuse a été évalué sur la germination des spores et/ou la croissance radiale de cinq moisissures: Paecilomyces niveus, Mucor lanceolatus, Penicillium brevicompactum, Penicillium expansum et Penicillium roqueforti. Au niveau appliqué, ces travaux ont montré que l'effet du NaCl ou de la composition gazeuse peuvent être inclus dans une approche de mycologie prévisionnelle. Le choix des souches représentatives d'une espèce fongique et l'état physiologique des spores utilisées comme inoculum ont un impact significatif sur les modèles prédictifs.Au niveau fondamental, des marqueurs ont été recherchés pour évaluer l'effet des facteurs abiotiques sur la physiologie des spores. La température et l'aw ont un effet significatif sur l'état physiologique des spores et leur germination. La recherche de marqueurs moléculaire, contribuera aux connaissances de l'effet des facteurs abiotiques sur la physiologie des moisissures. / In the food processing industry, controlling the development of filamentous fungi encountered as spoilers or technological cultures address significant economic and sanitary issues. Fungal development in foods is mainly determined by abiotic factors including temperature, water activity (aw) or the headspace gas composition. The quantification of these respective effects through a predictive mycology approach aims at preventing fungal food spoilage. The present work aims at exploring the effect of environmental conditions on the physiology of filamentous fungi of interest in the food processing industry.The effect of temperature, aw (adjusted with glycerol of sodium chloride), pH and headspace gas composition was evaluated on conidial germination and/or radial growth of five fungi isolated from dairy products: Paecilomyces niveus, Mucor lanceolatus, Penicillium brevicompactum, Penicillium expansum and Penicillium roqueforti. The present work suggests that the specific effects of sodium chloride or gas composition could be included in predictive mycology approaches. It was also demonstrated that the selection of strains representative of a fungal species and the physiological state of conidia utilized as inoculum have a significant effect on the final predictive models.At the fundamental level, markers were investigated to study the effect of abitoic factors on the physiological state of spores. The temperature and aw significantly affected the physiological state of spores and their germination kinetics. The investigation of markers at the molecular level could provide better knowledges on the effect of abiotic factors on the physiology of filamentous fungi.

L’objectif de cette thèse est de développer une nouvelle souche de champignon filamenteux pour la production d’acide lactique. Pour répondre à cet objectif, nous avons tout d’abord d’exploré la biodiversité fongique à la recherche de champignons filamenteux capables de produire de l’acide lactique ou présentant de bonnes prédispositions pour la production d’acides organiques sans neutralisation du pH. Grâce à ce criblage, une souche sauvage d’Aspergillus brasiliensis a été sélectionnée et utilisée pour construire, grâce à l’ingénieure métabolique, les premières souches d’Aspergillus capables de produire de l’acide lactique à pH acide. Ces souches ont ensuite été caractérisées et les conditions de culture en fioles et fermenteurs volumes ont été étudiées. Cette étude des conditions de culture donne des résultats prometteurs et dévoile de nombreuses voies possibles pour continuer à améliorer la production d’acide lactique par ces organismes. / The objective of this thesis is to develop a new filamentous fungal strain for the production of lactic acid. To meet this goal, we first explored the fungal biodiversity in order to find filamentous fungi able to produce lactic acid or having good predispositions for the production of organic acids without pH neutralization. Through this screening, a wild type strain of Aspergillus brasiliensis was selected and used to construct, using the metabolic engineer, new strains capable of producing lactic acid at an acidic pH. These strains were then characterized and culture conditions in flasks and bioreactors were studied. The study of culture conditions shows promising results and reveals many possible ways to further improve the production of lactic acid by these organisms.

Pour se défendre des effets délétères des éléments transposables, les pezizomycotina ont développé un système de défense génétique et épigénétique appelé « Repeat Induced Point Mutation » (RIP). Chez N. crassa, le RIP survient dans la cellule dicaryotique avant la caryogamie et conduit à la méthylation de novo des cytosines (5mC) inclues dans les séquences répétées de chacun des noyaux parentaux haploïdes. De plus, certaines de ces cytosines sont la cible d’un processus de mutation qui les transforme en thymines. Cette étape est suivie par la mise en place locale de l’hétérochromatine constitutive permettant une répression transcriptionnelle durable des séquences cibles du RIP au cours des divisions nucléaires. L’acteur majeur du RIP correspond à une cytosine méthyltransférase putative appelée RID (RIP Defective). Bien que son génome ne montre pas une quantité significative de 5mC, l’inactivation de PaRid chez Podospora anserina aboutit à un blocage du développement sexué survenant après la fécondation. Dans ce contexte, nous avons voulu déterminer si la fonction de PaRid dans le développement sexué consiste à éteindre l’expression de gènes cibles via l’installation de foyers d’hétérochromatine constitutive aux loci concernés. Pour ce faire, nous avons identifié les gènes PaKmt1 et PaHP1, codant respectivement l’histone méthyltransférase PaKmt1 (l’homologue de SU(VAR)39 qui catalyse la tri-méthylation du résidu H3K9 (H3K9me3) et PaHP1 (l’homologue de Heterochromatin Protein 1 qui se lie à H3K9me3). Les deux protéines interviennent dans une même voie de régulation qui aboutit à la mise en place de l’hétérochromatine constitutive. Par opposition, PaKmt6, homologue de l’histone méthyltransférase E(Z), correspond à la sous-unité catalytique du complexe PRC2 qui catalyse la marque H3K27me3 pour permettre l’établissement de l’hétérochromatine facultative. Nos résultats ont montré que l’absence de PaKmt1 et PaHP1 ne provoquent que des défauts mineurs. A l’inverse, l’inactivation du gène PaKmt6 conduit à un ensemble de défauts sévères : croissance végétative altérée, surproduction des gamètes mâles, malformations critiques des fructifications, production très réduite d’ascospores dont la germination est pour partie déficiente. Une étude d’épistasie a montré que les protéines PaRid et PaKmt6 interviennent chacune dans deux voies développementales distinctes. Par ailleurs, nous avons établi par immuno-précipitation de la chromatine les profils de distribution à l’échelle du génome entier des modifications H3K9me3, H3K27me3 et H3K4me3. Caractéristique rare, la marque H3K9me3 colocalise avec H3K27me3 sur des gènes transcriptionnellement réprimés et les séquences répétées ripées. Conformément à sa fonction canonique, H3K4me3 est présente en 5’ des gènes transcrits et est exclue des domaines H3K9me3 et H3K27me3. Comme attendue, PaKmt6 est essentielle à la mise en place de la marque H3K27me3, mais, de manière surprenante, elle serait aussi impliquée dans le dépôt et/ou le maintien d’une partie des marques H3K9me3, dévoilant ainsi une voie de méthylation non canonique de ces résidus. / In pezizomycotina, transposable elements are targeted by a genome defense system named Repeat Induced Point Mutation (RIP). First described in Neurospora crassa, RIP occurs before karyogamy in each parental haploid nucleus of the dikaryotic cells and results, within the repeats, in de novo methylation of cytosine (5mC) and mutations, mainly C to T transitions. This initial step triggers local assembly of constitutive heterochromatin, which allows transcriptional gene silencing. RID (RIP Defective) is a putative cytosine methyltransferase essential for RIP. Despite the absence of 5mC in its genome, PaRid inactivation in Podospora anserina results in sexual reproduction arrest right after fertilization. In this context, we asked whether PaRid is required to silence expression of some of sexual development-specific genes by nucleation of constitutive heterochromatin. To this end, we identified PaKmt1 and PaHp1 genes encoding respectively the histone methyltransferase PaKmt1 (SU(VAR)39 homologue protein) and the heterochromatin protein 1 (PaHP1). To assemble constitutive heterochromatin, PaKmt1 catalyses tri-methylation of H3K9 (H3K9me3), latter on bound by PaHP1. By contrast, the E(Z) histone methyltransferase homologue PaKmt6, as part of the PRC2 complex, catalyses tri-methylation of H3K27 (H3K27me3) to form facultative heterochromatin. Our results showed that loss of either PaKmt1 or PaHP1 does not cause major defects. Conversely, PaKmt6 gene inactivation results in severe defects: altered mycelium and vegetative growth rate, overproduction of male gamete, development of crippled fructifications, reduced production ascospores, part of which does not germinate. Furthermore, epistatic study showed that PaRid and PaKmt6 likely act in two different developmental pathways, with respect to sexual reproduction. In addition, using chromatin immuno-precipitation we characterized H3K9me3, H3K27me3 and H3K4me3 genome-wide distribution patterns. We observed an uncommon overlapping distribution between H3K9me3 and H3K27me3 on transcriptionally repressed genes and RIP target repeats. As expected, H3K4me3 localizes in 5’ of the transcribed genes and is excluded from the H3K9me3 and H3K27me3 domains. As expected, PaKmt6 is essential for H3K27me3 modification, but surprisingly, could also be responsible for some of the H3K9me3 setting up or maintenance.