Le calebassier (Crescentia alata) ou jicaro, est un arbre très important dans les systèmes agropastoraux des régions tropicales sèches d'Amérique. Ses fruits contiennent de nombreuses graines consommées traditionnellement, mais malgré son importance, peu d’informations existent sur ses propriétés nutritionnelles et son potentiel industriel.Dans un premier temps les caractéristiques physico-chimiques des graines, des cotylédons ainsi que des coques ont été analysées. Le cotylédon résulte contenir en moyenne 43% de protéines et 38 % de lipide (b.s.), ce qui est comparable à la plupart des graines d’oléagineux. La graine ne contient pas d’inhibiteur de trypsine, peu de phytates et pratiquement aucun sucre non digestible. Une analyse protéomique a révélé que les protéines sont principalement de faible poids moléculaire (~10 kDa), plutôt de type albumine 2S contenant comme le soja jusqu’à 16 % d’acides aminées essentiels. Parmi les lipides, 77.6 % sont des acides gras insaturés, en particulier l'acide oléique.S’agissant d’une graine consommée traditionnellement après torréfaction, cette opération unitaire a été étudié. Pour la première fois a été identifié par chromatographie en phase gazeuse olfactométrie (GC-O) un composé d’arôme caractéristique de la graine, l’éthyl-2-méthyl-butyrate dont la teneur augmente au cours de la torréfaction. Néanmoins, d’autres composés d’arôme tels que les pyrazines et certains aldéhydes contribuent aussi aux notes aromatiques spécifiques et agréables qui se révèlent après torréfaction. Cette opération thermique induit des changements physiques et micro-structurales dont la coalescence des globules gras observés par microscopie à balayage et le gonflement (puffing) qui est à l´origine de l’ouverture de la coque. Ce dernier changement a été exploité pour le décorticage de la graine afin de libérer le cotylédon blanc. Cette opération a été optimisée en fonction de la couleur et le nombre de graines ouvertes avec un modelage cinétique, obtenant un taux d’ouverture de plus de 90% avec une perte de luminance de moins de 10%. Après la torréfaction, un traitement de ré-humidification a été effectué pour durcir le cotylédon et obtenir une meilleure efficacité de décorticage.Les cotylédons ainsi libérés peuvent utilisés pour la fabrication d’un lait végétal qui présente des caractéristiques physico-chimiques, sensorielles et nutritionnelles supérieures à de nombreux laits végétaux présents sur le marché. Une analyse préliminaire a montré que le lait contient plus de 6% de lipides et 4% de protéines et maintient le couleur blanc des cotylédons et l’arôme caractéristique du jicaro. Des études cliniques ont aussi révélé que le lait obtenu a un indice glycémique bas (11). Cela vient confirmer son potentiel comme alternative bon pour la santé, s’agissant d’un lait sans lactose, sans facteurs anti-nutritionnels et avec un indice glycémique bas. / The calabash tree (Crescentia alata) or jicaro is a very important tree in the agro-pastoral systems of the dry tropical regions of America. Its fruits contain many seeds that have traditionally been consumed. However, despite its importance, little information exists on its nutritional properties and its industrial potential.In the first part of this work, the physicochemical characteristics of seeds, cotyledons and coats were analyzed. The cotyledon contains in average 43% protein and 38% lipid (d.b.), which is comparable to most oleaginous seeds. The seed contains no trypsin inhibitors, few phytates and almost no indigestible sugar. A proteomic analysis revealed that proteins are predominantly of low molecular weight (~ 10 kDa) mainly of albumin type 2S, comprising as soybeans up to 16% of essential amino acids. Among lipids, 77.6% are unsaturated fatty acids, mainly oleic acid.As it is a seed traditionally consumed after roasting, this unit operation was studied. For the first time, a volatile compound characteristic of its aroma, and whose content increases as a result of roasting, the ethyl-2-methylbutyrate, has been identified by gas chromatography-olfactometry (GC-O). Yet, other aroma compounds such as pyrazines and certain aldehydes also contribute to the specific and pleasant aromatic notes which are found after roasting. This thermal operation induces physical and microstructural changes, including the coalescence of fat globules, which was observed by scanning microscopy, and puffing which is at the origin of the opening of the seed coat.This last change has been exploited for the dehulling of the seed in order to isolate the white cotyledon. This operation was optimized regarding the color and the number of opened seeds with a kinetic modeling, obtaining an opening rate of more than 90% with a loss of luminance of less than 10%. After roasting, a tempering treatment was carried out to harden the cotyledon and obtain better dehulling efficiency.The isolated cotyledons can be used for the manufacture of a vegetable milk which has physicochemical, sensory and nutritional characteristics superior to many vegetable milks present on the market. A preliminary analysis showed that the milk contains more than 6% lipids and 4% protein and maintains the white color of the cotyledons and the characteristic aroma of jicaro. Clinical studies have also revealed that the obtained milk has a low glycemic index (11). This confirms its potential as a healthy alternative for a lactose-free milk with no anti-nutritional factors and a low glycemic index.

Le soufre est un macronutriment essentiel contribuant à l’élaboration du rendement et de la qualité des graines. Chez les espèces modèles M. truncatula et Arabidopsis, les gènes associés à la réduction du sulfate et à la biosynthèse des acides aminés soufrés sont exprimés dans l’embryon lors du remplissage de la graine, soulignant l’importance du transport de sulfate jusqu’à ce tissu. Chez M. truncatula, trois gènes codant des transporteurs de sulfate putatifs, MtSultr3;5, MtSultr2;2, et MtSultr4;1, sont fortement exprimés dans la graine. Le criblage des populations de mutants disponibles a permis d’identifier des mutants Tnt1 et EMS pour ces gènes. Cette étude a parallèlement été élargie à la caractérisation de mutants ADN-T d’Arabidopsis pour les cinq transporteurs de sulfate du groupe 3 (de la membrane plasmique) et pour SULTR4;1 (vacuolaire), dont les gènes s’expriment dans la graine en développement. Un rôle des transporteurs du groupe 3 dans les échanges de sulfate à l’intérieur de la graine a été mis en évidence. En particulier, l’analyse du protéome des graines de ces mutants a révélé un défaut d’accumulation des formes processées des protéines de réserve au sein de l’embryon (sultr3;5) et des modulations spécifiques de la composition protéique suggérant l’utilisation de sources alternatives de soufre (sultr3;4). Enfin, les résultats contrastés obtenus pour le mutant sultr4;1 suggèrent un rôle de l’efflux de sulfate des vacuoles pour le maintien de l’homéostasie redox lors du développement de la graine. / Sulfur is an essential macronutrient contributing to crop yield and seed quality. In the model species M. truncatula and Arabidopsis, genes involved in sulfate reduction and sulfur amino acid biosynthesis are expressed in the embryo during seed filling, underlying the importance of sulfate transport until this tissue. In M. truncatula, three genes encoding putative sulfate transporters, MtSultr3;5, MtSultr2;2, et MtSultr4;1, are strongly expressed in seeds. By screening mutant collections, we identified Tnt1 and EMS mutants for these genes. In parallel, this study was extended to the characterization of Arabidopsis T-DNA mutants for the five sulfate transporters belonging to group 3 (plasmalemma-located) and SULTR4;1 (vacuolar), whose genes are expressed in developing seeds. A role of the group 3 sulfate transporters in sulfate exchange between seed tissue was revealed. In particular, seed proteome analysis for these mutants revealed a reduced accumulation of storage protein processing within the embryo (sultr3;5), and specific modulations of protein composition suggesting the utilization of alternative sulfur sources (sultr3;4). Finally, contrasted results obtained for the sultr4;1 mutant suggest a role of sulfate efflux from vacuole for maintaining redox homeostasis during seed development.

Les parois des cellules végétales sont des structures formées de divers polymères polysaccharidiques et de nombreuses protéines. Ces structures possèdent un fort dynamisme assuré par l'action spécifique des protéines pariétales (CWP). Parmi ces CWP, se situent les peroxydases de classe III (CIII Prx) formant une famille multigénique de 73 membres chez la plante modèle Arabidospis thaliana. Les CIII Prxs assurent de nombreux rôles dans le développement et les interactions avec l'environnement mais seuls de rares études ont pu attribuer une fonction précise à un membre individuel de la famille. Ceci est probablement du à la faible spécificité de ces enzymes in vitro et à la possible redondance fonctionnelle obligeant à considérer des études in situ-in vivo et l'utilisation de mutants multiples. Dans ce contexte, le premier objectif de cette thèse était d'établir un atlas d'expression spatiotemporelle par hybridation in situ (HIS) utilisant le développement de la graine d'A. thaliana comme modèle. Ce travail s'est appuyé sur une étude de micro-transcriptomique récemment publiée, permettant d'établir des comparaisons avec nos résultats d'HIS. Ils ont montré une complémentarité entre les deux approches et permis (1) d'établir des seuils de valeurs de transcriptomiques compatibles avec la sensibilité de l'HIS et (2) de définir des candidats d'intérêt présentant des profils d'expression spatiotemporelle suggérant des fonctions précises. Le deuxième objectif de cette thèse a été de caractériser fonctionnellement l'un de ces candidats (AtPRX36). Nous avons pu démontrer le rôle de cette protéine dans le contrôle du relargage du mucilage polysaccharidique lors de l'imbibition de la graine. Nos résultats suggèrent que l'ancrage localisé de cette protéine est assuré par un microdomaine pectique d'homogalacturonane globalement méthylestérifié formé par l'action d'un inhibiteur de une pectine méthylestérase (PMEI6), et permet un rôle d'AtPRX36 dans le relâchement polarisé de la paroi au niveau de ce microdomaine délimitant la zone de rupture des graines lors de l'imbibition. / Plant cell walls are complex structures, mainly composed of a large number of polysaccharides and proteins. The cell wall (CW) is a highly dynamic compartment which is remodeled by specific cell wall proteins (CWP). Among these CWP, the plant specific class III peroxidases (CIII Prxs) are a multigenic family of 73 members in Arabidopsis thaliana. CIII Prxs are involved in plant development but also in the interaction of the plant with its environment. However, only a few studies describing the exact function of individual members of this multigenic family have been published. This can be due to the weak in vitro substrate specificity of these enzymes and their possible functional redundancy, forcing to characterize their function in situ-in vivo and the use of multiple mutants. In this context, the first goal of my thesis was to establish the fine cellular spatio-temporal expression atlas of CIII Prxs throughout the seed development of Arabidopsis thaliana with an in situ hybridization (ISH) approach. This expression work (ISH) was partially permitted thanks to a recent published micro-transcriptomic study which allowed to compare both expression results (ISH vs micro-transcriptomic). This comparison showed that both techniques are complementary and it allowed to; (1) set a threshold for the ISH detection limit based on micro-transcriptomic expression values, and (2) to define specific spatio-temporal expression pattern that helps to select CIII Prx candidates for functional study. The second objective was to characterize the function of one of these CIII Prxs candidates (AtPRX36). We were able to determine the role of AtPRX36 during mucilage extrusion of imbibed seeds.Our results suggest that AtPRX36 is anchored within a globally methylesterified pectins CW micro-domain, putatively formed by the action of a pectin methylesterase inhibitor (PMEI6). This CW micro-domain is needed for the CW loosening action of AtPRX36 to permit CW polarized rupture during seed imbibition.

Le sujet de cette thèse est l’étude de la régulation de l’expression du facteur de transcription LEAFY COTYLEDON 2 (LEC2), qui est un, régulateur clé du développement de la graine d’Arabidospsis thaliana. La graine offre un mode de propagation et de protection des espèces végétales à graines, indispensable à leur survie. La graine est l’élément de base de l’agriculture, en tant que semence, et de l’alimentation humaine, aussi bien sous forme brute que sous forme transformée (farines, huiles…). Elle a aussi de très nombreuses applications industrielles dans l’industrie et les biocarburants. Le développement de la graine, comme beaucoup d’étapes nécessaires à la vie de la plante, est controlé par des phénomènes complexes, incluant des facteurs de transcription. LEC2, ainsi que 2 autres facteurs de transcription de type B3 (FUSCA 3 et ABI3) et un facteur à domaine de fixation CAAT (LEAFY COTYLEDON 1), sont les quatre facteurs clés du développement de la graine d’Arabidospsis thaliana, appelés AFLs (ABI3, FUS3, LEC1, 2). Les gènes AFLs s’expriment spécifiquement dans l’embryon et sont fortement réprimés dans les parties végétatives, par de multiples mécanismes impliquant, entre autre, des facteurs de transcription et des acteurs plus généraux modifiant la structure de la chromatine. Bien que la régulation de LEC2 ait déjà été largement étudiée, les mécanismes précis de répression ainsi que l’activation de ce gène, sont encore méconnus.Le travail présenté est basé sur un travail de délétion de promoteurs, qui a révélé l’existence de 3 boîtes de régulation, essentielles à une activité correcte du promoteur de LEC2. Deux boîtes, dont une correspondrait à une boîte de fixation de facteurs MADS et une à une boîte GAGA dans la séquence transcrite non traduite de LEC2, sont essentielles à l’activité du promoteur. La 3ème séquence, d’une longueur de 50pb, est nécessaire à la répression de LEC2 dans les parties végétatives par des mécanismes épigénétiques. La corrélation de la présence de cette boîte avec un enrichissement dans la marque H3K27me3 au locus nous a permis de rapprocher cette séquence de répression d’une PRE (Polycomb response element) de type végétal. / The aim of this work is to study the regulation of the transcription factor LEAFY COTYLEDON 2, which is a key regulator of seed developpement in Arabidopsis thaliana.Seeds have essential functions in the environnement for plant propagation and as embryo protective tools. Furthermore, numerous products issued from the agriculture or involved in human food (e.g. cereals, oil, flour) are based on seeds. Several industrial apllications depend, as well, on this organ such as oil production for human consumption, additives for some industrial processes, or biofuel synthesis.Seed developemental phases are dependant of a complex regulatory network composed in major part with transcription factors, that were found to be central components of plant evolution and domestication.LEC2, FUS3, ABI3 (three B3 type factors) and LEC1 (a CATT binding factor) are named AFL (ABI3, FUS3, LEC1, 2) genes, and are key regulators of Arabidopsis seed development. AFL genes are specifically expressed in embryo and repressed in vegetatives tissues. This repression has been principally studied in germinating seedlings and was shown to be caused by a set of transcription factors and chromatin structure modifiers.Beside the fact that LEC2 regulation has been extensively studied within the past few years, it was known that other mechanisms of repression and activation were still to be discovered. The work carried out on LEC2 presented here, mainly based on an extensive promoter deletion analysis, has allowed the discovery of three essential nucleotidic sequences necessary for a proper LEC2 promoter activity. The two first regulatory sequences are similar to a MADS box binding element and a GAGA binding site, and were found to be essentials for LEC2 promoter activity. The third sequence (named RLE for Repression of LEC2 Element) is 50bp long and lead to the repression of LEC2 promoter activity after onset of seed germination. A very strong correlation between RLE and the enrichment of H3K27me3 mark deposition at specific loci, suggests this sequence is the first PRE-like (Polycomb response element) element identified in plants.

L’autophagie est un processus vésiculaire des organismes eucaryotes permettant de véhiculer au sein d’autophagosomes des protéines dysfonctionnelles et/ou des organites défectueux qui sont apportés à la vacuole pour y être dégradés. Les acides aminés et les squelettes carbonés ainsi générés pourront ensuite être exportés vers le cytosol et recyclés. Ce travail de thèse a consisté à identifier les rôles que joue l’autophagie au cours du développement et de la germination de la graine d’Arabidopsis thaliana. Dans une première partie, les graines du mutant d’autophagie atg5 ont été caractérisées d’un point de vue morphologique et leur remplissage en molécules de réserve a été étudié. Il a notamment été montré que la graine mutante présente une maturation accélérée et accumule plus de protéines que la graine sauvage. Dans une seconde partie, l’expression de gènes ATG8 a été mise en évidence au cours du développement de l’embryon, dans le phloème de la silique et du funicule, dans les téguments externes et internes, ainsi que dans l’endosperme de la graine. L’activité autophagique a été visualisée par l’observation en microscopie de structures autophagiques dans l’embryon en développement. Enfin, dans une dernière partie, les rôles de l’autophagie au cours de la germination ont été étudiés via le suivi de la mobilisation des molécules de réserve chez le mutant atg5, comparativement à des graines sauvages. Il a ainsi été montré que la graine mutante présente un défaut de mobilisation des protéines. Les résultats obtenus montrent donc que l’autophagie jouerait différents rôles dans la graine, notamment dans sa maturation et son vieillissement, dans l’apport des nutriments depuis la plante mère jusqu’à l’embryon, et encore dans la constitution des réserves au cours du développement, puis leur mobilisation après la germination. / Autophagy is a vesicular process of eukaryotic organisms, which consists of the transport of dysfunctional proteins and/or defective organelles within auto phagosomes toward the vacuole in order to be degraded. The generated amino acids and carbon skeletons are transported to the cytosol and recycled. The aim of this thesis work was to identify the roles of autophagy during seed development and germination in Arabidopsis thaliana. In the first part, seeds of the atg5 autophagy mutant have been morphologically characterized in order to study the accumulation of storage molecules. We demonstrated that atg5 mutant seeds are affected by an accelerated maturation and accumulate more proteins than wild type seeds. In a second part, the expression of ATG8 genes has been exhibited during the embryo development, into the phloem of silique and funiculus, in the outer and the inner integument, and in the seed endosperm. Autophagic activity has been visualized by microscopy observation of autophagic structures in the developing embryo. Finally, in the last part, the roles of autophagy during germination have been studied by monitoring the mobilization of storage molecules in the atg5 mutant seeds and compared with the wild type. We thus established that mutant seeds are affected by a defect in protein mobilization. These results show that autophagy may play several roles in seeds, for instance in the ageing and maturation processes, in the transport of nutrients from the mother plant to the embryo, or in the constitution of storage compounds during seed development and their mobilization after germination.

Les graines d’Arabidopsis sont constituées de trois principaux compartiments : l’embryon, l’albumen et les tissus maternels. Ces derniers sont composés en particulier d’une enveloppe, impliquée dans la protection de la graine, sa dormance, ainsi que dans le transport de nutriments. L’endothélium est la couche cellulaire la plus interne de l’enveloppe, et tient lieu d’interface entre l’albumen et le reste de l’enveloppe. C’est aussi le site de production dans la graine des proanthocyanidines (PAs), un type particulier de flavonoïdes, d’intérêt à la fois physiologique et agronomique, et responsables de la couleur marron des graines d’Arabidopsis. À ce jour, une vingtaine de gènes impliqués dans l’accumulation de PAs ont été découverts et nommés TRANSPARENT TESTA (TT) ou TRANSPARENT TESTA GLABRA (TTG), en référence à la couleur jaune des graines mutantes correspondantes. Contrairement à d’autres gènes TT ou TTG, montrés être impliqués dans des processus enzymatiques ou de régulation transcriptionnelle, on suspecte que TT16, TT1 et TTG2 sont plutôt impliqués dans des mécanismes développementaux, ce que nous nous proposons d’étudier ici en détail. Dans cette étude, nous montrons que TT16 et TT1 contrôlent la morphologie et la différentiation des cellules de l’endothélium et de sa couche cellulaire adjacente, l’« ii1’ », tandis que TTG2 apparaît ne contrôler que la différentiation de l’endothélium. Nos résultats suggèrent aussi que TT16, TT1 and TTG2 contrôlent différents aspects du profil développemental de l’ii1’. Par ailleurs, nous étudions les mécanismes moléculaires impliqués dans la déposition d’une barrière de cutine apoplastique séparant albumen et endothélium. Nos résultats indiquent en particulier que cette déposition fait partie du processus de différentiation de l’endothélium et qu’elle est contrôlée par TT16, TT1, et dans une moindre mesure TTG2. Finalement, nos données indiquent que le développement et la différentiation de l’endothélium – incluant la déposition de cette barrière apoplastique - sont contrôlés par la fécondation de la cellule centrale du sac embryonnaire, tandis que le développement de l’ii1' requiert aussi la fécondation de la cellule-œuf. / In Arabidopsis, seeds are composed of three main compartments: an embryo, an endosperm and maternal tissues. The latter comprise in particular a seed coat, involved in seed protection, nutrient transport and dormancy. The endothelium is the innermost cell layer of the seed coat, acting as the interface between seed coat and endosperm. Moreover, the endothelium is the production site of proanthocyanidins (PAs), a class of flavonoid compounds of physiological and agricultural interest that give their brown color to Arabidopsis seeds. To date, several genes involved in PA accumulation in the endothelium have been discovered and named TRANSPARENT TESTA (TT) or TRANSPARENT TESTA GLABRA (TTG), according to the yellow color of their respective mutant seeds. Contrary to other TT and TTG genes, rather involved in enzymatic processes or transcriptional regulation, TT16, TT1 and TTG2 are thought to be involved in developmental processes, which we propose here to thoroughly characterize. In this study, we show that TT16 and TT1 control cell morphology and differentiation in the endothelium and in its adjacent cell layer, the so-called ii1’, whereas TTG2 appears to play roles in endothelium differentiation solely. Our results also suggest that TT16, TT1 and TTG2 control different aspects of the ii1’ developmental patterning. Furthermore, we shed light on genetic mechanisms controlling the deposition of an apoplastic cutin barrier separating endothelium and endosperm. In particular, our results indicate that such a deposition makes part of endothelium differentiation process and is controlled by TT16, TT1, and in a lesser extent TTG2. Finally, our data indicate that endothelium development and differentiation – including deposition of this apoplastic barrier - are controlled by the fertilization of the embryo sac central cell, whereas ii1’ development also requires the fertilization of the egg-cell.

Les polysaccharides sont des composants majeurs des parois cellulaires ayant une structure dynamique et jouant un rôle essentiel dans la croissance des plantes. Les cellules épidermiques du tégument des graines d’Arabidopsis libèrent un halo de mucilage polysaccharidique lors de leur imbibition. Le mucilage séminal s'est avéré être un excellent système modèle pour l’étude de la production, des propriétés des polysaccharides et de leurs interactions. Le premier objectif de ma thèse était de valoriser la variabilité naturelle existant entre accessions d’Arabidopsis pour identifier de nouveaux gènes contrôlant la production de mucilage. Une analyse de génétique d’association a permis l’identification d’une amine oxidase et d’une glycosyltransferase putatives dont j’ai confirmé l’implication dans la biosynthèse des pectines du mucilage.J’ai également associé une famille de protéines aux interactions entre polysaccharides. De part ses propriétés d’hydrogel, le mucilage joue un rôle adaptatif et influence la physiologie de la graine. Il permet la rétention d’eau autour de celle-ci et pourrait ainsi influencer sa longévité. Le deuxième objectif de ma thèse était d’utiliser des mutants impactés dans la production de mucilage pour déterminer si ce dernier influence la longévité des graines après un traitement d’hydratation contrôlée appelé ‘priming’. Les graines ne libérant pas de halo de mucilage à l’imbibition ont une meilleure longévité en lien avec une diminution réduite d’acide salicylique. Mes résultats participent à une compréhension intégrée de la production de mucilage à plusieurs niveaux : écologiques, génétiques et physicochimiques. / Polysaccharides are the major component of cell walls that are dynamic structures playing a fundamental role in plant growth. On imbibition, the epidermal cells of the Arabidopsis seed coat release a mucilage hydrogel formed of polysaccharides. This has proved to be an excellent model system for the study of cell wall polysaccharide production, properties and interactions. The first objective of my thesis was to exploit natural variation between Arabidopsis accessions to identify genes controlling mucilage polysaccharide production. A genome wide association study identified genes encoding proteins with putative functions as either an amine oxidase or glycosyltransferase and these were confirmed to contribute to the synthesis of mucilage pectin. I also found that a family of small proteins, whose function is undetermined, are likely to modulate the interaction of mucilage polymers. Mucilage is also an adaptive trait that may influence various aspects of seed physiology. Recent results indicate that this hydrogel plays a role in the retention of water around the seed and could influence their lifespan. A second objective of my thesis was to use mutants showing altered mucilage production to determine its contribution to seed lifespan after a controlled hydration treatment called ‘priming’. Seeds that do not release mucilage on imbibition retained longevity better after priming. I highlighted that the steady state levels of salicylic acid in primed seeds were influenced by mucilage and correlated negatively with their longevity. My results contribute to our genetic, physicochemical and ecophysiological understanding of mucilage production by seeds.

Les légumineuses sont une source riche pour l’alimentation humaine comme celle du bétail mais elles sont aussi nécessaires à une agriculture durable. Cependant, les fractions majeures des protéines de réserve dans la graine sont pauvres en acides aminés soufrés et peuvent être accompagné de facteurs antinutritionnels, ce qui affecte leur valeur nutritive. Dans ce cadre, Medicago truncatula est une espèce modèle pour l’étude du développement de la graine des légumineuses, et en particulier concernant la phase d’accumulation des protéines de réserve. Vu la complexité des graines de légumineuses, une connaissance approfondie de leur morphogenèse ainsi que la caractérisation des mécanismes sous-jacents au développement de l’embryon et au remplissage de la graine sont essentielles. Une étude de mutagenèse a permis d’identifier le facteur de transcription DOF1147 (DNA-binding with One Finger) appartenant à la famille Zn-finger, qui s’exprime dans l’albumen pendant la transition entre les phases d’embryogenèse et de remplissage de la graine. Lors de mon travail de thèse, il a été possible de générer plusieurs constructions pour l’analyse de l’expression de DOF1147 ainsi que de la protéine DOF1147. Un protocole efficace pour la transformation génétique stable de M. truncatula a été établi et des études de localisation subcellulaire ont montré que DOF1147 est une protéine nucléaire. Un arbre phylogénétique a révélé différents groupes de facteurs de transcription DOF avec des domaines conservés dans leur séquence protéique. L’analyse du promoteur in silico chez plusieurs gènes-cible potentiels de DOF1147 a identifié les éléments cis-régulateurs de divers facteurs de transcription ainsi que des éléments répondant aux auxines (AuxREs), ce qui suggère un rôle possible de l’auxine pendant le développement de la graine. Une étude in vitro du développement de la graine avec divers régimes hormonaux, a montré l’effet positif de l’auxine sur la cinétique du développement de la graine, que ce soit en terme de gain de masse ou de taille, plus fort avec l’ANA que l’AIB. Grâce à une approche cytomique de ces graines en développement nous avons, en plus, démontré l’effet de l’auxine sur la mise en place de l’endoreduplication. En effet, celle-ci est l’empreinte cytogénétique de la transition entre les phases de division cellulaire et d’accumulation de substances de réserve lors du développement de la graine. Dans son ensemble, ce travail a démontré que l’auxine module la transition entre le cycle mitotique et les endocycles chez les graines en développement de M. truncatula en favorisant la continuité des divisions cellulaires tout en prolongeant simultanément l’endoreduplication. / Legumes are not only indispensible for sustainable agriculture but are also a rich source of protein in food and feed for humans and animals, respectively. However, major proteins stored in legume seeds are poor in sulfur-containing amino acids, and may be accompanied by anti-nutritional factors causing low protein digestibility problems. In this regard, Medicago truncatula serves as a model legume to study legume seed development especially the phase of seed storage protein accumulation. As developing legume seeds are complex structures, a thorough knowledge of the morphogenesis of the seed and the characterization of regulatory mechanisms underlying the embryo development and seed filling of legumes is essential. Mutant studies have identified a DOF1147 (DNA-binding with One Finger) transcription factor belonging to the Zn-Finger family which was expressed in the endosperm at the transition period between embryogenesis and seed filling phase. During my PhD work, a number of transgene constructs were successfully generated for expression analysis of DOF1147 gene as well as the DOF1147 protein. A successful transformation protocol was also established for stable genetic transformation of M. truncatula. Subcellular localization studies have demonstrated that DOF1147 is a nuclear protein. A phylogenetic tree revealed different groups of DOF transcription factors with conserved domains in their protein sequence. In silico promoter analysis of putative target genes of DOF1147 identified cis-regulatory elements of various transcription factors along with auxin responsive elements (AuxREs) suggesting a possible role of auxin during seed development. A study of in vitro seed development under different hormone regimes has demonstrated the positive effect of auxin on kinetics of seed development in terms of gain in seed fresh weight and size, with NAA having a stronger effect than IBA. Using the cytomic approach, we further demonstrated the effect of auxin on the onset of endoreduplication in such seeds, which is the cytogenetic imprint of the transition between the cell division phase and the accumulation of storage products phase during seed development. As a whole, this work highlighted that the auxin treatments modulate the transition between mitotic cycles and endocycles in M. truncatula developing seeds by favouring sustained cell divisions while simultaneously prolonging endoreduplication.

Chez la plante modèle Arabidopsis, le processus de maturation de la graine et, en particulier, l’accumulation de composés de réserves (huile et protéines de réserve) sont étudiés depuis de nombreuses années. Si les voies de biosynthèse conduisant à l’accumulation de tels composés sont bien décrites, leur régulation est encore largement méconnue. Mon travail de thèse s’inscrit dans un projet de recherche dont le but est d’identifier de nouveaux régulateurs transcriptionnels de la maturation de la graine d’Arabidopsis. Après avoir réalisé une étude comparative du processus de maturation chez les deux zygotes de la graine, embryon et albumen, nous avons caractérisé un facteur de transcription appelé MYB118, exprimé spécifiquement dans l’albumen et potentiellement impliqué dans la régulation du processus de maturation. Son patron d’expression, finement caractérisé, montre un pic d’accumulation d’ARNm en début de maturation de la graine, plus spécifiquement dans l’albumen. Des études menées sur des lignées mutantes ou surexprimant LEAFY COTYELDON2 (LEC2) révèlent que l’expression de MYB118 est activée par ce régulateur maître de la maturation de la graine. Une analyse biochimique de graines myb118 montre que le contenu en huile et en protéines de réserve est doublé dans l’albumen et réduit dans l’embryon de ce mutant par comparaison aux graines sauvages. Finalement, une analyse transcriptomique effectuée sur des graines myb118 a permis d’identifier des cibles putatives dont la dérégulation pourrait expliquer le phénotype : MYB118 semble être un répresseur de l’accumulation de composés de réserve dans l’albumen. Comme la famille de facteurs de transcription à laquelle appartient MYB118 comprend de nombreux membres, nous nous sommes intéressés au patron d’expression et au rôle de ses paralogues les plus proches. L’un d’entre eux, appelé MYB115, est exprimé spécifiquement dans l’albumen chalazal et semble avoir une fonction partiellement redondante à celle de MYB118. / In the model plant Arabidopsis thaliana, seed maturation and more especially the accumulation of storage compounds such as oil and seed storage proteins (SSP) have been widely studied. Although the biosynthetic networks underlying the accumulation of such compounds are now well described, regulation of these pathways remains poorly understood. My Ph.D. project is a part of a research program aimed at identifying new transcriptional regulators of seed maturation in Arabidopsis. After a comparative analysis of maturation processes in the two zygotic tissues of the seed, namely the embryo and the endosperm, we have characterized MYB118, an endosperm-specific transcription factor, putatively involved in the regulation of this maturation process. A fine and comprehensive characterization of its expression pattern showed a peak of expression at the onset of the maturation phase in the endosperm. Expression studies carried out in LEAFY COTYLEDON2 (LEC2) mutant and over-expressing lines demonstrated that MYB118 expression is positively regulated by this master regulator. Biochemical analysis of myb118 seeds showed that oil and SSP contents were doubled in the endosperm fraction and decreased in the embryo of this mutant compared to the wild type. A transcriptomic analysis of myb118 mutant seeds point out some putative targets, the misregulation of which could explain this phenotype: MYB118 seems to be a repressor of storage compounds accumulation in the endosperm.Since MYB118 belongs to the broad family of MYB transcription factors, we investigated the expression pattern and the role of its closest paralogs. One of them, called MYB115 is expressed specifically in the chalazal endosperm and seems to have partially redundant functions with MYB118.

Le développement de la graine est une étape cruciale du cycle de vie des Angiospermes. La graine est composée de trois compartiments : (1) Le tégument, assurant un rôle protecteur, (2) l’albumen, qui a un rôle principalement nourricier pour (3) l’embryon, qui donnera la future plante. Ainsi, ces trois tissus se développent de concert pour former une graine viable. Une telle coordination présuppose que les différents compartiments communiquent entre eux. Dans ce contexte, j’ai étudié les gènes impliqués dans la formation de la cuticule embryonnaire, une structure hydrophobe recouvrant la plante et essentielle pour limiter les pertes d’eau, assurant ainsi sa survie. Au début de ma thèse, différents gènes étaient déjà connus, certains spécifiques de l’embryon, et d’autres spécifiques de l’albumen, renforçant l’idée de l’existence d’une communication moléculaire entre les deux tissus. Côté albumen, le facteur de transcription ZOU contrôle l’expression d’ALE1, une protéase. Côté embryon, deux récepteurs, GSO1 et GSO2, sont impliqués. L’étude de l’interaction génétique de ces différents gènes a permis de prouver leur appartenance à la même voie de signalisation. L’identité de ces gènes nous a amené à supposer l’existence d’un ou plusieurs peptides agissant comme messagers entre l’embryon et l’albumen. Ainsi, mes travaux de thèse ont permis de caractériser de nouveaux gènes impliqués dans ce processus, ainsi que certaines propriétés de la cuticule. Le principal est CERBERUS, dont l’expression est contrôlée par ZOU, un peptide sécrété par l’albumen qui est nécessaire pour la mise en place d’une cuticule fonctionnelle et la mise en place d’une structure non encore décrite à ce jour, la gaine embryonnaire. Un nouveau rôle pour GSO1 et GSO2 a aussi été démontré. Des résultats préliminaires suggèrent que TPST, une enzyme impliquées dans la sulfation des peptides, est impliquée dans la voie de signalisation étudiée. Enfin, mes travaux ont identifiés un autre gène, FRIABLE1, qui est aussi essentiel à la mise en place de la cuticule et joue dans la même voie de signalisation. Les découvertes associées à mes travaux de thèse ont permis de compléter et d’approfondir les connaissances sur les gènes impliqués dans la formation de la surface de l’embryon chez Arabidopsis. / Seed development is a crucial step in Angiosperms life cycle. The seed is composed of three distinct compartments: (1) The testa, ensuring a protective function, (2) the endosperm, which plays a key nutritive role supporting (3) the embryo, the fate of which is to become the future plant. These three tissues develop concomitantly to form a viable seed. Such developmental coordination necessitates the involvement of communication between the compartments. In this context, I have studied genes involved in the establishment of the embryonic cuticle, a hydrophobic structure that surrounds the embryo, plays an essential post-germination function in regulating water loss and is thus critical for plant survival. At the beginning of my PhD, several proteins were known to be involved in the process of cuticle establishment, some of which were expressed in the endosperm and others in the embryo, hinting at the existence of molecular communication between the two tissues. On the endosperm side, the transcription factor ZOU controls the expression of ALE1, a subtilisin-like serine protease. On the embryo side, two receptors, GSO1 and GSO2, are involved. Genetic interaction between the genes encoding these proteins had confirmed their involvement the same signalling pathway. The molecular identities of these proteins led us to propose the existence of one or more unidentified peptides acting as messengers between the embryo and the endosperm. My research has allowed the characterization of novel proteins involved in the process of embryonic surface formation. The principal subject of my research has been CERBERUS, a peptide produced in the endosperm, the expression of which is controlled by ZOU, and which is necessary both for the formation of an intact embryonic cuticle and the production of a previously uncharacterised structure, the embryo sheath. I have demonstrated novel roles for GSO1 and GSO2 in embryo sheath deposition. Furthermore, I have generated preliminary data suggesting that a protein involved in peptide sulfation, TPST, is involved in the GSO1 GSO2 signalling pathway. Finally, I have shown that another protein involved in posttranslational protein modification, FRIABLE1 is involved in this same pathway. My results have advanced knowledge of the molecular mechanisms controlling embryonic surface formation in Arabidopsis.