Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

L'auxine est une hormone végétale impliquée dans le développement du gynécée. La réponse à l'auxine dépend majoritairement de deux familles protéiques : les ARF (Auxin Response Factors) et les Aux/IAA. Les ARF sont des facteurs de transcription qui régulent la transcription des gènes de réponse à l'auxine, tandis que les Aux/IAA inhibent l'activité transcriptionnelle des ARF par dimérisation. En présence d'auxine, les Aux/IAA sont dégradés et libèrent les ARF. Au cours de ma thèse, je me suis focalisée sur deux proches paralogues ETTIN/ARF3 et ARF4 impliqués dans le développement du gynécée chez Arabidopsis thaliana. Parmi les cibles directes d’ETT identifiées dans l'équipe, 2 catégories ont retenu notre attention : des gènes impliqués dans la voie de signalisation de l'auxine et des gènes codant des enzymes de remodelage de la paroi. Mon projet a consisté à essayer de comprendre l'implication de ces régulations transcriptionnelles dans le développement du gynécée. Dans une première partie, j'ai étudié la signalisation de l'auxine dans le développement du gynécée, puis l'implication d'ETT dans cette signalisation. Dans une deuxième partie, j'ai confirmé la répression par ETT, des cibles identifiées. Nous avons montré qu'ETT induit la déméthylation des pectines en inhibant les inhibiteurs de pectine méthylestérase. De plus, j'ai montré qu'ETT et ARF4 agiraient de façon redondante pour contrôler positivement la croissance du gynécée. Dans une troisième partie, j'ai abordé l'analyse des domaines fonctionnels du facteur de transcription CRABS CLAW, également impliqué dans le développement du gynécée. En conclusion, mes travaux de thèse apportent une nouvelle vision sur le rôle de la signalisation de l'auxine au cours du développement du gynécée et montrent l'importance du remodelage de la paroi dans la morphogénèse des organes. / The phytohormone auxin, is implicated in gynoecium development. Auxin response mainly depends on two protein families: ARFs (Auxin Response Factors) and Aux/IAAs. ARFs are transcription factors that regulate the transcription of auxin responsive genes, whereas Aux/IAAs inhibit the ARFs transcriptional activity by dimerization. In the presence of auxin, Aux/IAAs are degraded and consequently, ARFs are released. During my thesis, I focused on two close paralogs ETTIN/ARF3 and ARF4 involved in gynoecium development in Arabidopsis thaliana. Among the direct targets of ETT identified in the team, two categories held attention: genes involved in auxin signaling and genes encoding enzymes involved in cell wall remodeling. The aim of my project was to understand the implication of these transcriptional regulations in gynoecium development. In a first part, I analyzed auxin signaling during gynoecium development, as well as the implication of ETT in this pathway. In a second part, I confirmed the repression of the target genes by ETT. Interestingly, we showed that ETT activates the pectins demethylation by inhibiting the inhibitors of pectin methylesterase. Furthermore, I showed that ETT and ARF4 act in a redundant manner to positively control gynoecium growth. In a third part, I initiated the analysis of the functional domains of CRABS CLAW, a transcription factor also involved in gynoecium development. In conclusion, these results bring new information on the role of auxin signaling during gynoecium development and highlight the importance of cell wall remodeling in morphogenesis.

Candida albicans est une levure saprophyte présente dans la flore digestive humaine. Elle peut néanmoins devenir pathogène chez des individus immunodéficients et causer des infections sévères associées à de forts taux de mortalité. La paroi de C. albicans, en contact avec l’hôte, contient des β-1,2 oligomannosides (β-Man) liés à de multiples molécules pariétales telles que le phospholipomannane (PLM) ou le phosphopeptidomannane (PPM). Ces β-Man sont présents dans les espèces les plus pathogènes de Candida (principalement C. albicans, mais également C. glabrata et C. tropicalis) et sont considérés comme des facteurs de virulence. L’identification d’une famille de 9 gènes codant pour des β-mannosyltransférases (CaBmt) a permis une meilleure compréhension du rôle de 6 de ces enzymes. Des études de génétique inverse ont montré que la β-1,2-mannosylation du PPM était assurée par les enzymes CaBmt1 à 4, tandis que CaBmt5 et 6 étaient impliquées dans celle du PLM. Une première enzyme responsable de l’initiation de la β-mannosylation du PPM, CaBmt1, a donc été caractérisée dans l’équipe grâce à l’étude de l’activité d’une forme recombinante soluble.L’objectif de cette thèse est de caractériser l’activité et la structure de CaBmt3, l’enzyme qui initie la polymérisation des β-Man suite à l’action de CaBmt1, pour mieux comprendre le mécanisme catalytique des β-1,2-mannosyltransférases. Ainsi, nous avons précisément identifié le substrat accepteur de CaBmt3 et défini ses paramètres enzymatiques. Par une approche combinant la diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS), la modélisation moléculaire in silico et la mutagenèse dirigée de protéines recombinantes, nous proposons un modèle structural et catalytique de CaBmt3 qui pourrait être étendu à l’ensemble de la famille. En parallèle, nous avons montré que des iminosucres mono- et multivalents étaient capables de moduler l’activité des β-mannosyltransférases. Enfin, nous avons amorcé le travail sur une dernière enzyme, CaBmt4, qui est susceptible de polymériser le β-Man initié par CaBmt1 et CaBmt3. Pour conclure, ces travaux offrent une meilleure compréhension de la β-mannosylation du PPM de C. albicans. Ces études fonctionnelles, couplées aux avancées structurales, pourraient conduire à l’élaboration d’inhibiteurs de CaBmt et développer ainsi de nouvelles approches thérapeutiques contre les candidoses invasives. / Candida albicans is a saprophytic yeast of human gastro-intestinal tract. It can however become pathogenic in immunocompromised individuals and cause severe infections associated with high mortality rates. The cell wall of C. albicans, in contact with the host, contains β-1,2 oligomannosides (β-Man) linked to several parietal molecules such as phospholipomannan (PLM) and phosphopeptidomannan (PPM). These β-Man are found in the most pathogenic Candida species (primarily C. albicans, but also in non-albicans species such as C. glabrata and C. tropicalis) and are considered as virulence factors. The identification of a family of 9 genes coding for β-mannosyltransferases (CaBmt) led to a better understanding of the role of 6 of these enzymes. Reverse genetics studies showed that CaBmt1-4 were responsible for the β-1,2-mannosylation of PPM, whereas CaBmt5-6 were involved in the β-1,2-mannosylation of PLM. A first enzyme responsible for the initiation of the PPM’s β-mannosylation, CaBmt1, was characterized in the lab by studying the activity of its recombinant soluble form.The goal of this thesis is to characterize both activity and structure of CaBmt3, the enzyme initiating β-Man polymerization following CaBmt1’s activity, in order to further the understanding of β-1,2-mannosyltransferases catalytic mechanism. Thus, we precisely identified CaBmt3 acceptor substrate and characterized its enzymatic parameters. Combining small angle X-ray diffraction (SAXS), in silico molecular modelization and site-directed mutagenesis of recombinant proteins, we propose a structural and catalytic model of CaBmt3 which could be extended to the whole family. In parallel, we showed that mono- and multivalent iminosugars were able to modulate β-mannosyltransferases activity. Finally, we started to work on one last enzyme, CaBmt4, which could potentially polymerize the β-Man initiated by CaBmt1 and CaBmt3.In conclusion, the synthesis of these investigations offers a better understanding of the β-mannosylation processes occurring on the PPM of C. albicans. Functional studies, in conjunction with structural advances could ultimately lead to the development of CaBmt inhibitors in order to design new therapeutic approaches for the management of invasive candidiasis.

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

La résistance développée par les bactéries aux antibiotiques est un problème d'échelle mondiale qui a récemment attiré beaucoup d'intérêt. En effet, particulièrement chez les bactéries à Gram-négatif, on constate une depletion rapide de la quantité d'antibiotiques efficaces. De nos jours, les programmes de recherche de nouveaux antibiotiques commencent souvent par le criblage de cibles cellulaires. Les enzymes Mur, impliquées dans la biosynthèse de la paroi, sont uniques aux cellules bactériennes et nécessaires à leur survie. Le présent mémoire décrit l'utilisation des méthodes de bio-informatique structurale pour mettre en lumière un possible mécanisme d'action pour deux inhibiteurs des Mur ligases précédemment découverts : MurDpl etMurFpl. De plus, les recherches ici présentées ont permis de découvrir une grande similarité entre MurDpl et une famille de peptides antimicrobiens naturels, les tigerinines. Leur capacité à pénétrer les cellules bactériennes et la difficulté pour les bactéries de développer une résistance aux peptides antimicrobiens en général en font des composés de départ prometteurs. Nous suggérons que MurD pourrait être une cible intracellulaire des tigerinines et proposons un mécanisme d'action. De plus, par des moyens informatiques, nous évaluons les possibilités de raffiner MurDpl, MurFpl et les tigerinines de façon à augmenter leur activité.

Le bois est un matériau renouvelable et une source d'énergie importante dont les caractéristiques physiques et chimiques sont largement définies durant sa formation et plus spécifiquement à l'étape de déposition de la paroi cellulaire secondaire (DPCS). Comprendre les déterminants moléculaires régissant la DPCS améliorera nos connaissances de ce processus biologique et les stratégies d'amélioration génétique du bois. Les études d'associations génétiques ont identifié de nombreux gènes impliqués dans l'étape de DPCS chez l'espèce modèle d'arbre Populus trichocarpa. Ces études n'ont pas permis d'expliquer la plupart de l'héritabilité observé pour des traits phénotypiques en utilisant seulement les variations génétiques communes. Les variations génétiques rares caractérisées par leurs faibles fréquences dans les populations sont prometteuses pour expliquer une plus grande part de l'héritabilité manquante, surtout les variants avec un effet perturbateur sur les produits géniques. Le premier chapitre de cette thèse examine la littérature scientifique sur les dernières innovations technologiques et méthodologiques basée sur la génomique qui sont utilisées pour étudier les aspects moléculaires de la formation du bois. Les avancées dans les technologies de séquençage et l'assemblage de nouveaux génomes végétaux ont permis d'élargir la gamme d'organismes disponible pour l'étude de la formation du bois. L'étude des ARN non codants et des interactions épigénétiques est devenue une partie importante de la recherche sur la régulation de l'expression des gènes impliqués dans la formation du bois. La génétique des systèmes couplée à la théorie des réseaux a été utilisée pour intégrer plusieurs couches de données moléculaires afin d'étudier la formation du bois en tant que processus biologique complexe. En termes d'amélioration du bois, la sélection basée sur la génomique a produit des résultats prometteurs par rapport aux approches de sélection traditionnelles. Les technologies de criblage à haut débit et le reséquençage rentable de génomes complets permettent désormais d'identifier les variants génétiques rares dans une population. Cependant, ces variants rares doivent être identifiées avec confiance car ils peuvent facilement être confondus avec des erreurs de séquençage. Dans le deuxième chapitre, le reséquençage de génomes entiers de P. trichocarpa a été utilisé pour identifier les petites variations génétiques rares et communes présentes chez un grand nombre d'individu. Les variations génétiques caractérisées par deux logiciels d'identification de variants ont été comparées et strictement filtrées en fonction de leur qualité. Nous avons trouvé une grande diversité génomique chez P. trichocarpa, avec 8,5 millions de petites variations génétiques. Fait important, 377 000 variations non-synonymes (5 % du total) ont été découvertes. L'importance de la diversité génomique et le potentiel des variations génétiques défectueuses rares pour expliquer une part importante de la variabilité phénotypique de P. trichocarpa sont mis en évidence. Les variations perturbatrices de l'ADN codant peuvent mener à des produits géniques défectueux et être utilisées en sélection moléculaire. Dans le troisième chapitre, 58 variations génétiques perturbatrices ont été identifiées dans les gènes de DPCS chez P. trichocarpa. Des données transcriptomiques ont ensuite été utilisées pour examiner les patrons d'expression de ces gènes. Une différence d'expression significative a été observée entre les individus avec et sans variants perturbateurs pour 13% des transcrits de gènes dans lesquels des variants perturbateurs ont été trouvés. Chez les individus hétérozygotes, l'expression spécifique de l'allèle correspondant aux variants perturbateurs et à l'allèle de référence était significativement différente pour la moitié de nos observations et variait significativement entre génotypes, clones et environnements. Le potentiel de deux variants perturbateurs dans deux gènes d'hémicellulose a été évalué pour l'amélioration du bois. Ces résultats révèlent une régulation complexe de l'expression des gènes de DPCS possédant des variations perturbatrices et soulignent l'importance des influences environnementales sur l'expression des transcrits. Cette thèse démontre l'importance de la conception des études génomiques pour l'identification des variants génétiques rares. La régulation complexe de l'expression des gènes de DPCS associée à la présence de variants perturbateurs a aussi été mise en évidence. Récemment, le domaine de la génomique du bois a connu une évolution vers une approche de plus en plus holistique pour déchiffrer la formation du bois en tant que processus biologique complexe. Les connaissances qui en résulteront amélioreront davantage nos connaissances sur les déterminants moléculaires de la formation du bois et renforceront l'efficacité des stratégies d'amélioration des arbres. / Wood is an important renewable material and energy source whose physical and chemical characteristics are mainly determined during its formation, and specifically the secondary cell wall deposition (SCWD) step. Understanding the molecular determinants of the SCWD process is thus important to improve knowledge of this biological process and wood improvement strategies. Genomics studies in the form of genetic association studies identified many genes involved in the SCWD step in the tree model species Populus trichocarpa but failed to explain most of the observed heritability in phenotypic traits using common genetic variation only. Rare genetic variants characterized by their low frequency in populations hold potential to explain more of the missing heritability, especially those variants with a disruptive effect on gene products. The first chapter of this thesis review the research literature on the latest genomics-based technological and methodological innovations used to study the molecular aspects of wood formation. Summary of these advancements highlight how breakthroughs in sequencing technologies and the availability of additional assembled and functionally annotated plant genomes have broadened the scope of organisms for investigating the distinct wood formation patterns among seed plants. The study of non-coding RNAs and epigenetic interactions has become an important part of the research on the expression regulation of genes implicated in wood formation. Systems genetics coupled with network graph theory have been used to integrate multiple layers of molecular data to study wood formation as a complex biological process. In terms of wood improvement, genomics-enabled breeding has produced similar or even better results compared to traditional selection approaches. High-throughput technologies and cost-efficient resequencing of complete genomes have enabled the identification of every genetic variation along genomes, and it is now possible to identify rare genetic variants in a population sample. Rare genetic variants, however, must be identified with high confidence, as they can easily be confounded with sequencing errors. In the second chapter, whole genome resequencing of Populus trichocarpa were used to identify rare and common small genetic variants across individual genomes. The genetic variations identified by two variant calling software were compared and filtered using strict quality criteria. Based on the variants identified by both variant callers, we found high genomic diversity in P. trichocarpa germplasm, with 8.5 million small genetic variants. Importantly, 377k non-synonymous variants (5% of the total) were uncovered. The importance of genomic diversity and the potential of rare defective genetic variants in explaining a significant portion of P. trichocarpa's phenotypic variability in association genetics are highlighted. Disruptive variants within coding DNA predictably leads to defective gene products and may be targets for molecular breeding. In the third chapter, 58 disruptive genetic variants were identified in P. trichcocarpa's SCWD genes, using the genetic variants recovered in Chapter 2. Two transcriptomic datasets were then used to examine the expression patterns of these genes. Transcript expression differed significantly between individuals with disruptive variants and those without in 13% of gene transcripts in which disruptive variants were found. In heterozygous individuals, the allele-specific expression of disruptive variants and the reference allele was significantly different in approximately half of our observations and varied significantly between genotypes, clonemates and environments. The potential of two disruptive variants in two hemicellulose genes, GUX and GT8D2, was also evaluated for wood improvement. Overall, these results show complex expression regulation of SCWD genes with disruptive variants and highlight the importance of environmental influences on transcript expression. This thesis demonstrates the importance of study design for the proper identification of rare genetic variants. In addition, the complex regulation of SCWD gene expression associated with the presence of disruptive variants have been highlighted. Over the past five years, the field of wood genomics has seen a shift to an increasingly holistic approach to help decipher wood formation as a complex biological process. The resulting knowledge will further improve our knowledge about the molecular determinants of wood formation and enhance the efficiency of tree breeding strategies.

Le réchauffement climatique constitue une problématique d'actualité très préoccupante en raison de ses effets potentiels sur la biodiversité et le secteur agricole. Mieux comprendre l'adaptation des plantes face à ce phénomène récent représente donc un intérêt majeur pour la science et la société. L'étude de populations naturelles provenant d'un gradient d'altitude permet de corréler l'impact d'un ensemble de conditions climatiques (température, humidité, radiation, etc.) à des traits phénotypiques. Ces différentes populations sont dites adaptées à leurs conditions climatiques in natura. En cultivant ces plantes dans des conditions standardisées de laboratoire (intensité lumineuse, substrat, température, arrosage, etc...), la variabilité phénotypique observée, est alors due essentiellement à la variabilité génétique intrinsèque à chaque plante, donc à son génotype. La mise en culture de ces mêmes plantes en changeant une seule variable, par exemple la température, permet de mettre en évidence un phénotype caractéristique. Ce phénotype observé peut être une réponse d'acclimatation d'un génome adapté. Le projet WallOmics vise à caractériser l'adaptation des plantes à l'altitude par l'étude de populations naturelles d'Arabidopsis thaliana provenant des Pyrénées. Les acteurs moléculaires de l'adaptation des plantes au climat sont encore mal connus mais il apparaît que la paroi des cellules végétales pourrait avoir un rôle important dans ce processus. En effet, celle-ci représente le squelette des plantes et leur confère une rigidité tout en représentant une barrière externe sensible et dynamique face aux changements environnementaux. Sa structure et sa composition peuvent être modifiées à tout moment. Il est d'ailleurs possible de dire que cette paroi végétale donne la forme générale de la plante (taille, forme, densité, etc...), son phénotype observable. Ce projet se consacrera principalement à l'étude des parois des cellules végétales. Les nouvelles technologies ont permis l'émergence des données dites "omiques", c'est-à-dire de vastes ensembles de données provenant de niveaux biologiques multiples, comme des données écologiques, de phénotypages, biochimiques, protéomiques, transcriptomiques et génomiques. L'étude et la mise en relation de ces données ont favorisé le développement d'approches globales qui visent à établir une réponse à plusieurs échelles. C'est justement par ce type d'approche non mécanistique que le projet WallOmics a contribué à établir les bases moléculaires des modifications des parois face aux changements climatiques. / Global warming is a current issue of great concern because of its potential effects on biodiversity and the agricultural sector. Better understanding the adaptation of plants to this recent phenomenon is therefore a major interest for science and society. The study of natural populations from an altitude gradient allows correlating a set of climatic conditions (temperature, humidity, radiation, etc...) with phenotypic traits. These different populations are considered as adapted to their climatic conditions in natura. By cultivating these plants under standardized laboratory conditions (light intensity, substrate, temperature, watering, etc.), the observed phenotypic variability, is essentially due to the genetic variability intrinsic to each genotype. The growth of these same plants by changing a single variable, for example temperature, makes possible to highlight a characteristic phenotype. This phenotype may be an acclimation response of a relevant genome. The WallOmics project aims at characterizing the adaptation of plants to altitude by studying natural populations of Arabidopsis thaliana from the Pyrenees. The molecular actors of the adaptation of plants are still poorly described, but it appears that the plant cell wall could play an important role in this process. Indeed, it represents the skeleton of plants and gives them rigidity while representing a dynamic and sensitive external barrier to environmental changes. Its structure and composition can be modified at any time. It is also possible to say that the plant cell wall gives the general shape of the plant (size, shape, density, etc.), that is its observable phenotype. This project will focus mainly on the study of the plant cell wall. New technologies have enabled the emergence of the so-called "omics" data, large sets of data at multiple biological levels, such as ecological, phenotypic, metabolomic, proteomic, transcriptomic and genomic data. The study and the links between these data have favoured the development of integrative approaches aimed at establishing a response at several scales. It is precisely by this type of non- mechanistic approach that the WallOmics project has contributed to establish the molecular players of plant cell wall modifications in the global warming context.

Different pulps were chemically (nitren) and biologically (enzyme) treated in order to improve the chemical accessibility and dissolution capacity in cold NaOH. The treatments effect on the pulp properties was accessed by studying the changes on their chemical and macromolecular structure and by analyzing the dissolution performance in cold NaOH.The nitren treatment has the effect of removing a large part of the xylan present in a dissolving pulp and is also removing mannans. Increasing the nitren concentrations will extract also cellulose and decrease its mean molar mass. These extractions are favorable for the dissolution in cold NaOH-water, being more effective with higher nitren concentrations. A maximum of 44.7% increase on the dissolution yield was achieved.The new enzymatic treatment shows a higher efficiency on promoting fibers accessibility to NaOH ions, (directly correlated with the enzymatic load), allowing a maximum increase of 150% on the dissolution yield. A slight decrease of the average molar mass was also seen. The different pulps reacted differently to the treatments, showing that the pulping pretreatments have an influence on the enzymatic efficiency. Using a mixture of enzymes and endoglucanase showed that the synergistic effect of these two enzymes is more effective on cellulose activation.Both nitren and enzymatic treatments are improving the pulp chemical accessibility mostly by modifying the structure of the primary wall and S1 wall. This promotes the swelling of these wood cell structures, allowing the access of the NaOH solvating ions into fiber regions not accessible on the original pulp. The nitren is disassembling the fiber surface with extraction of hemicelluloses and degrading the cellulosic structure.The use of this enzyme on the cellulose pulps activation towards dissolution in cold NaOH is of great importance. It presents a high potential in both technical, with further development and industrial implementation, and fundamental research fields, with further studies on mechanisms of cellulose activation.The work was performed in Cemef - Mines ParisTech, Sophia Antipolis, France, and TI / Hamburg University, Germany and financed by Sappi, Tembec, Lenzing, Viskase and Spontex and had support from EPNOE (European Polysaccharide Network of Excellence).

Le phénomène de morphogenèse est le fruit de la division des cellules et de leur expansion, qui sont contrôlées de façon différentielle selon les types cellulaires et les tissus. Dans le cas des plantes, le méristème apical caulinaire (MAC) produit de façon continue les organes aériens à partir de primordia qui sont initiés suite à l’accumulation locale d’une hormone végétale, l’auxine. Pour étudier le processus de formation des organes aériens, nous utilisons l’inflorescence d’Arabidopsis thaliana, dont les fleurs sont mises en place selon un patron régulier à partir de cellules dérivées de cellules souches. Au cours de ce processus, ARF5/MP– un facteur de réponse à l’auxine se liant à l’ADN – joue un rôle central. Une fois activé, il induit l’expression des facteurs de transcription LEAFY, AINTEGUMENTA et AINTEGUMENTA-LIKE6, qui sont nécessaires pour la spécification de l’identité florale et pour la croissance proliférative. A l’échelle cellulaire, des excroissances latérales sont initiées suite à des hétérogénéités locales de croissance. Dans les cellules végétales, ces différences sont dues à des modifications de la paroi cellulaire impliquant l’auxine et ses cibles, qui induisent des variations dans la dynamique des microtubules corticaux résultant en des changements de direction de croissance. Dans une moindre mesure, l’auxine diminue la rigidité des parois cellulaires préalablement à la formation d’un nouvel organe, conduisant à des changements de taux de croissance. Ceci est corrélé à l’activation transcriptionnelle de nombreux gènes qui sont impliqués dans les modifications de la paroi. Ainsi, la voie de signalisation de l’auxine régule l’initiation des primordia en intégrant d’une part l’activation d’un réseau de régulation transcriptionnelle et, d’autre part, la rigidité et l’anisotropie de la paroi cellulaire, impactant directement le taux et la direction de croissance.Cette thèse soutient l’idée selon laquelle l’initiation des organes dans le MAC repose sur des boucles de rétroaction là où des changements locaux de propriétés de la paroi cellulaire influent sur le réseau moléculaire. Il est probable que d’autres hormones soient nécessaires afin de canaliser l’initiation des organes. / The process of morphogenesis is driven by cell division and expansion, which are controlled ina differential manner among cell types and tissues. In plants, the above ground organs arecontinuously produced by the shoot apical meristem (SAM), where the initiation of newprimordia is triggered by the local accumulation of the plant hormone auxin. We study theprocess of morphogenesis in the inflorescence of Arabidopsis thaliana, where flowers areformed in a regular pattern from the SAM.The DNA-binding auxin response factor ARF5/MP plays a central role in the initiation offlowers. After its activation, it induces the expression of LEAFY, AINTEGUMENTA andAINTEGUMENTA-LIKE6 transcription factors necessary for the specification of floralidentity and proliferative growth. However, at the cellular level, the initiation of lateraloutgrowths depends on regional differences in growth. In plant cells, these processes areregulated via modifications of the cell wall. Auxin and its downstream targets are also involvedin these processes, by activating changes in the dynamics of the cortical microtubules, whichresult in changes in growth direction. Auxin also slightly reduces wall rigidity prior to organoutgrowth in the SAM, which results in changes in growth rate. This is correlated with thetranscriptional activation of a number of cell wall modifying genes.Thus, auxin signaling regulates primordium initiation by integrating the activation of atranscriptional regulatory network and both the stiffness and anisotropy of the cell wall, whichdirectly influence the rate and direction of growth.The findings of this thesis provide evidence indicating that the mechanisms of organ initiationat the SAM involve feedbacks where changes in the local properties of the cell wall influencethe molecular regulation of the transcriptional regulatory network. Our results suggest that thismight require the influence from other hormones, different from auxin, that funnel theinitiation of lateral outgrowths.

Les bactéries buccales n'infectent pas seulement la bouche mais y resident. Elles peuvent également passer dans la voie sanguine et atteindre des organes secondaires. S’il n'est pas traité, le biofilm dentaire peut provoquer une inflammation destructrice dans la cavité buccale, entrainant de graves complications médicales. Dans ce biofilm, Streptococcus gordonii, colonisateur oral primaire, constitue la plate-forme sur laquelle des colonisateurs pathogènes tardifs comme Porphyromonas gingivalis, l'agent causal des maladies parodontales, se lieront. L'objectif de la première partie de la thèse était de déterminer l'activité antibactérienne de onze composés de lichens appartenant à différentes familles chimiques, pour découvrir de nouveaux antibiotiques pouvant combattre ces bactéries buccales. Nous avons montré que trois composés avaient des activités antibactériennes prometteuses. L'acide psoromique enregistrait les CMIs le plus faibles. De nouveaux analogues de butyrolactone ont ensuite été conçus et synthétisés sur la base des composés antibactériens licheniques connus, les acides lichesteriniques, en substituant différents groupes fonctionnels sur le cycle butyrolactone pour améliorer son activité sur S. gordonii et P. gingivalis. Parmi les dérivés, B-12 et B-13 avaient la plus faible CMI où ils se sont révélés être des bactéricides plus forts, 2 à 3 fois plus, que l'antibiotique, doxycycline. B-12 et B-13 étaient également les plus efficaces vis-à-vis de P. gingivalis. La cytotoxicité de ces 2 composés a ensuite été vérifiée contre les cellulaires épithéliales gingivales humaines et les macrophages. Ils ne présentaient pas de toxicité contre les cellules testées. Une étude préliminaire de relation structure-activité a révélé le double rôle important apporté par deux substituants, chaîne alkyle en C5 et groupe carboxyle en C4 positions, dans leur mécanisme d'action. Ceci a été suivi par l'étude de l’activité antibiofilmique de B-12 et B-13 contre les deux souches orales en utilisant un test de cristal violet et microscopie confocale. Les deux dérivés ont montré, à une concentration plus faible, une inhibition maximale de la formation du biofilm, LCMI, de 9.38 μg/mL contre S. gordonii et 1.17 μg/mL contre P. gingivalis. Cependant, lorsque des concentrations sous-inhibitrices de B-12 et B-13 ont été utilisées, nous avons démontré que les deux souches étudiées pouvaient former des biofilms in vitro, accompagné d’une diminution de l'expression des gènes impliqués dans l'adhésion et la formation de biofilm. Pour mieux comprendre les mécanismes d'action des butyrolactones, nous avons étudié la localisation bactérienne du composé B-13 en synthétisant un B-13 marqué au NBD (4-nitro-benzo [1,2,5] oxadiazole) fluorescent conservant son activité antibactérienne. Par microscopie confocale et HPLC, nous avons montré que ce composé se lie à la surface cellulaire de S. gordonii. Ensuite, B-13 induit une rupture de la paroi cellulaire conduisant à la libération des constituants bactériens et par conséquent, à la mort de S. gordonii, une bactérie Gram-positive. L'expression de deux gènes, murA et alr, impliqués dans la synthèse de la paroi cellulaire, a été modifiée en présence de cette butyrolactone. Les bactéries Gram négatives telles que P. gingivalis ont également montré des cellules abimées présentant une rupture de la paroi en présence de B-13, ce qui suggère que cette butyrolactone agit sur des Gram-positives et Gram-négatives avec une plus grande efficacité contre les Gram-négatives. En outre, nous avons également démontré que l'analogue de B-13, B-12, induit une perturbation de la morphologie de P. gingivalis et S. gordonii. Toutes ces études ont démontré que les butyrolactones dérivées de lichen peuvent être proposés comme des composés antibactériens puissants contre les agents pathogènes oraux qui causent des complications médicales graves. / The oral bacteria do not only infect the mouth and reside there, but also travel via the blood and reach distant body organs. If left untreated, the dental biofilm that can cause destructive inflammation in the oral cavity may result in serious systemic medical complications. In dental biofilm, Streptococcus gordonii, a primary oral colonizer, constitutes the platform on which late pathogenic colonizers like Porphyromonas gingivalis, the causative agent of periodontal diseases, will bind. The aim of the first study was to determine the antibacterial activity of eleven natural lichen compounds belonging to different chemical families to uncover new antibiotics which can fight against the oral bacteria. Three compounds were shown to have promising antibacterial activities where psoromic acid had the lowest MICs of 11.72 and 5.86 µg/mL against S. gordonii and P. gingivalis, respectively. Novel butyrolactone analogues were then designed and synthesized based on the known lichen antibacterial compounds, lichesterinic acids (B-10 and B-11), by substituting different functional groups on the butyrolactone ring trying to enhance its activity on S. gordonii and P. gingivalis.. Among the derivatives, B-12 and B-13 had the lowest MIC of 9.38 µg/mL where they have shown to be stronger bactericidals, by 2-3 times, than the reference antibiotic, doxycycline. B-12 and B-13 were also the most efficient on P. gingivalis exhibiting MIC of 0.037 and 0.293 µg/mL and MBC of 1.17 and 0.586 µg/mL, respectively. These 2 compounds were then checked for their cytotoxicity against human gingival epithelial cells and macrophages by MTT and LDH assays which confirmed their safety against the tested cell lines. A preliminary study of the structure-activity relationships unveiled the important dual role contributed by two substituents, alkyl chain at C4 and carboxyl group at C5 positions, in their mechanism of action. This was followed by the investigation of B-12 and B-13 for their antibiofilm activity against both oral strains using crystal violet assay and confocal microscopy. Both derivatives displayed a lowest concentration with maximal biofilm inhibition, LCMI, of 9.38 µg/mL against S. gordonii and 1.17 µg/mL against P. gingivalis. However, when sub-inhibitory concentrations of B-12 and B-13 were used, we demonstrated that the two investigated strains were able to form biofilms in vitro. Indeed, this antibiofilm activity decreased as indicated by the expression of the genes implicated in adhesion and biofilm formation. To better understand the mechanism of action of butyrolactones, we have investigated B-13 bacterial localization by synthesizing a fluorescently labeled B-13 with NBD (4-nitro-benzo[1,2,5]oxadiazole) conserving its antibacterial activity. By confocal microscope, we showed that this compound binds to S. gordonii cell surface and this was also demonstrated by HPLC analysis. By adhering to cell surface, B-13 induced cell wall disruption leading to the release of bacterial constituents and consequently, the death of S. gordonii, a Gram-positive bacterium. The expression of two genes, murA and alr, implicated in cell wall synthesis, was modified in the presence of this butyrolactone. Gram-negative bacteria such as P. gingivalis showed also cracked and ruptured cells in the presence of B-13, suggesting that this butyrolactone acts on Gram-positive and Gram-negative strains, but with greater efficacy against the Gram-negatives. Besides, we also demonstrated that the analogue of B-13, B-12, has also induced disruption of P. gingivalis and S. gordonii. All these studies demonstrated that butyrolactones derived from a lichen metabolite can be proposed as potent antibacterial agents against oral pathogens causing serious medical complications.