Des mesures de contraintes de croissance, de module élastique aux états saturé et sec, de point de saturation des fibres et de retrait au séchage sont réalisées sur 96 petits échantillons de châtaigner caractérisés dans l'arbre par une précontrainte allant d'une légère compression jusqu'à une forte tension. Sur ces échantillons, des observations anatomiques ont permis de déterminer le pourcentage de fibres à couche gélatineuse (couche G). L'influence de ces fibres atypiques sur les propriétés macroscopiques du bois est examinée et discutée. Les propriétés de ces fibres dans des conditions théoriques isolées sont ensuite déterminées par un modèle simple.<br />Les fibres à couche G semblant être le moteur du fort retrait axial du bois de tension, une observation du comportement au séchage à l'échelle de la paroi cellulaire est mise au point. Des observations en microscopie électronique à balayage et en microscopie à force atomique montrent que, en plus de son fort retrait transverse, la couche G a aussi un très fort retrait longitudinal. Une approche simple de modélisation par éléments finis est proposée pour rendre compte des phénomènes observés.<br />Afin de récolter des données pour la modélisation, deux outils complémentaires sont mis au point pour une estimation des propriétés élastiques et viscoélastiques des couches de la paroi cellulaire. La réalisation d'un microscope acoustique en transmission et l'utilisation de la microscopie atomique en mode contact vibrant permettent d'envisager la caractérisation quantitative des propriétés mécaniques à l'échelle de la paroi dans différentes conditions d'humidité.

La biomasse végétale suscite un intérêt accru en raison de son potentiel pour les énergies de remplacement du pétrole. Dans toutes ces formes d'utilisation et de valorisation, la paroi cellulaire lignocellulosique occupe un rôle central. C'est dans ce contexte d'une meilleure connaissance de la structure fine de la paroi secondaire lignifiée et de la fonction des polymères constitutifs dans l'élaboration du biocomposite qu'est la paroi que se situent les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse.<br />Plusieurs mutants nuls de la plante modèle Arabidopsis thaliana, dont un ou plusieurs gènes (cinnamoyl-CoA-réductase, mutant ccr1 ; cinnamyl alcohol deshydrogénase, mutants cad-c et cad-d ; aldéhyde déshydrogénase, mutant ref1 ; férulate 5-hydroxylase, mutant f5h) impliqués dans la synthèse des alcools coniférylique et sinapylique, précurseurs des unités G et S des lignines, ont été totalement réprimés, ont constitué les modèles utilisés pour étudier les effets de la mutation sur la composition et la structure des parois. L'analyse biochimique des lignines des plantes mutantes par thioacidolyse, d'une part, et l'étude à l'échelle ultrastructurale par immunomarquage en microscopie électronique, d'autre part, ont constitué les deux principales approches complémentaires privilégiées par lesquelles il a été possible de décrire les impacts des mutations sur la structure des lignines et par là sur l'assemblage macromoléculaire des parois. Les conséquences des mutations se sont avérées tissu-spécifiques et suggèrent une régulation spatio-temporelle de la lignification accompagnant la différenciation. La comparaison des altérations induites dans l'assemblage des parois par les différentes mutations a permis de déduire que les structures non-condensées des lignines assuraient un rôle important dans la cohésion du composite cellulose-hémicelluloses-lignines. L'analyse des impacts des mutations simples ou multiples des différents gènes montre que les effets sur les lignines et les parois ne correspondent pas à la simple sommation des effets de chacune des mutations des gènes, suggérant des régulations croisées. Le développement d'une nouvelle approche de microanalyse impliquant la microdissection à capture laser a permis de préciser pour la première fois les différences analytiques des lignines des fibres par rapport aux vaisseaux, et a montré tout son potentiel pour l'analyse de l'impact des mutations à l'échelle tissulaire.

Candida albicans est le premier pathogène fongique chez l'homme (avec 78 % des infections). Nous avons choisi d'étudier, chez cette levure diploïde, les protéines de surface ancrées à la membrane et/ou à la paroi par une ancre Glycosylphosphatidylinositol (GPI). Des expériences antérieures au laboratoire ont montré que l'absence de Gpi7p (une enzyme de la voie de biosynthèse de l'ancre GPI) affectait l'ancrage des protéines à ancre GPI (GpiP) pariétales, l'intégrité de la paroi et la virulence de C. albicans. Outre le fait d'être localisées à la surface, plus de 60 % des 104 GpiP n'ont pas d'orthologue connu. Toutes ces données nous laissent penser que cette classe de protéines pourrait jouer un rôle clé dans les interactions de C. albicans avec son environnement. L'étude, présentée dans cette thèse, a été menée selon deux approches. La première consistait à interrompre un maximum de gènes codant des GpiP, puis à étudier le phénotype associé à ces invalidations pour ensuite cribler ces mutants GpiP pour les interactions macrophage-C. albicans in vitro. Cette approche globale nous a permis de construire une banque de mutants relativement importante ; son étude phénotypique montre que les GpiP sont impliquées dans trois grandes catégories fonctionnelles : (i) la morphogenèse, (ii) la réponse au stress et (iii) l'intégrité de la paroi avec la sensibilité à la caspofungine. Le crible pour des mutants atteints dans leur résistance à la phagocytose ne nous a pas permis d'obtenir des résultats clairs, probablement à cause des conditions testées qui n'étaient pas assez stringentes. La seconde approche consistait à étudier l'impact de la mauvaise localisation de certaines protéines pariétales, en utilisant le mutant gpi7-/-, sur la réponse innée de l'hôte face à C. albicans. Nos expériences montrent très clairement que le mutant gpi7-/- induit une très forte production de TNFΑ par les macrophages accompagnée d'un recrutement accru de neutrophiles au site de l'infection. Cette étude suggère qu'en l'absence de Gpi7p, la paroi de C. albicans serait mieux reconnue par les phagocytes mais que cette reconnaissance n'impliquerait pas les récepteurs TLR2 et TLR4.

La germination des spores est une étape essentielle dans le cycle de vie de la majorité des champignons filamenteux. Les champignons mycorhiziens à arbuscules (CMA) forment un certain nombre de propagules infectieuses différentes qui augmentent leur potentiel à coloniser les racines. Parmi elles se trouvent les spores extraracinaires et intraracinaires. La paroi cellulaire des spores joue un rôle majeur dans la survie de ces propagules en étant une barrière physique et osmotique. Puisque une cellule peut faire des ajustements considérables dans la composition et la structure de sa paroi, en réponse aux conditions environnementales, il est possible que les parois des spores intraracinaires et extraracinaires montrent des propriétés mécaniques et osmotiques différentes affectant leur germination et leur survie. Pourtant, contrairement à la connaissance de la génétique moléculaire et de la formation de la paroi cellulaire des CMA, peu d’information est disponible au sujet de ces propriétés mécaniques. Les informations sur la germination des CMA dans des conditions hypertoniques sont aussi rares, et les modèles expérimentaux ne séparent généralement pas les effets directs de la forte pression osmotique externe sur la germination des champignons et les effets attribuables aux plantes. Cette étude avait pour but de répondre à deux importantes séries de questions concernant le comportement des spores mycorhiziennes. Nous avons d'abord déterminé la relation entre la composition de la paroi cellulaire, la structure et les propriétés mécaniques du champignon modèle Glomus irregulare (isolat DAOM 197198). La micro-indentation a été utilisée pour mesurer quantitativement les propriétés mécaniques de la paroi cellulaire. La composition (contenu de chitine et de glomaline) de la paroi cellulaire a été quantifiée par immunofluorescence tandis que la microscopie optique a été utilisée pour mesurer l'épaisseur de la paroi cellulaire. La densité locale en glomaline et l’épaisseur de la paroi étaient significativement plus élevées pour les parois des spores extraracinaires alors que la densité locale en chitine et la rigidité n’ont pas montré de variations entre les spores extraracinaires et intraracinaires. La grande variabilité dans les paramètres étudiés nous a empêchés de cibler un facteur principal responsable de la force totale de la paroi lors de la compression. La diminution des concentrations de chitine et de glomaline a été corrélée à l'évolution de la paroi du champignon au cours de son cycle de vie. On a aussi observé une composition différentielle des couches de la paroi: les polymères de chitine et de glomaline furent localisés principalement dans les couches externes et internes de la paroi, respectivement. Dans la deuxième partie de notre travail, nous avons exploré les effets directs d'engrais, par rapport à leur activité de l'eau (aw), sur la germination des spores et la pression de turgescence cellulaire. Les spores ont été soumises à trois engrais avec des valeurs de aw différentes et la germination ainsi que la cytorrhyse (effondrement de la paroi cellulaire) des spores ont été évaluées après différents temps d'incubation. Les valeurs de aw des engrais ont été utilisées comme indicateurs de leurs pressions osmotiques. L'exposition des spores de Glomus irregulare au choc osmotique causé par les engrais dont les valeurs de aw se situent entre 0,982 et 0,882 a provoqué des changements graduels au niveau de leur cytorrhyse et de leur germination. Avec l'augmentation de la pression de turgescence externe, la cytorrhyse a augmenté, tandis que le taux de germination a diminué. Ces effets ont été plus prononcés à des concentrations élevées en éléments nutritifs. La présente étude, bien qu’elle constitue une étape importante dans la compréhension des propriétés mécaniques et osmotiques des spores de CMA, confirme également que ces propriétés dépendent probablement de plusieurs facteurs, dont certains qui ne sont pas encore identifiés. / Spore germination is an essential developmental stage in the life cycle of many filamentous fungi. Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) form a number of different infectious propagules that increase their potential to colonize roots. Among them are extraradical and intraradical spores. The spore cell wall plays a major role in the survival of these propagules by being a physical and osmotic barrier. Because a cell can make considerable adjustments to the composition and structure of its wall in response to environmental conditions, it is possible that intraradical and extraradical spore walls show different mechanical and osmotic properties affecting their survival and germination. However, in contrast to the knowledge on the genetics and molecular composition of AMF cell wall, little is known about its mechanical properties. Information on the germination of AMF under hypertonic conditions is scarce, and experimental designs and methodologies have generally not allowed the direct effects of high external osmotic pressure on fungal germination to be separated from plant-mediated effects. This study had the goal to address two important sets of questions regarding the behavior of mycorrhizal spores. We first determined the relationship between cell wall composition, structure and mechanical properties of the model fungus Glomus irregulare. Micro-indentation was used to quantitatively measure the cell wall mechanical properties. Cell wall composition (chitin and glomalin content) was studied by immunofluorescence whereas optical microscopy was used to measure the cell wall thickness. Glomalin local density and wall thickness were both significantly higher for extraradical spore walls while chitin local density and rigidity were unaffected by origin of spores. High variability in results prevented us from identifying a primary factor responsible for overall wall strength during compression. Decreases of chitin and glomalin concentrations were correlated to the development of the fungal wall throughout its life-cycle. There was also differential association within the wall layers: The chitin and glomalin polymers were localized mostly in the outer and inner walls, respectively. In the second part of our work, we explored the direct effects of fertilizers, in relation to their water activity (aw), on spore germination and cellular turgor pressure. Spores were exposed to three fertilizers with different aw and spore germination and cytorrhysis of spores were assessed after different times of incubation. Water activities of the fertilizers were used as indicators of their osmotic pressures. Osmotic shock exposure of the Glomus irregulare spores to fertilizers at aw values between 0.982 and 0.882 caused gradual changes in cytorrhysis and germination. With the increase of external turgor pressure, cytorrhysis increased while the rate of germination decreased. These effects were most pronounced at high nutrient concentrations. The present investigation, while likely representing a significant step forward in understanding the mechanical and osmotic properties of AMF spores, also confirms that they might depend on many, as yet unidentified factors. Future research should examine differences in the physiology to discern reasons for such differences in spore properties.

L’une des particularités fondamentales caractérisant les cellules végétales des cellules animales est la présence de la paroi cellulaire entourant le protoplaste. La paroi cellulaire joue un rôle primordial dans (1) la protection du protoplaste, (2) est impliquée dans les mécanismes de filtration et (3) est le lieu de maintes réactions biochimiques nécessaires à la régulation du métabolisme et des propriétés mécaniques de la cellule. Les propriétés locales d’élasticité, d’extensibilité, de plasticité et de dureté des composants pariétaux déterminent la géométrie et la forme des cellules lors des processus de différentiation et de morphogenèse. Le but de ma thèse est de comprendre les rôles que jouent les différents composants pariétaux dans le modelage de la géométrie et le contrôle de la croissance des cellules végétales. Pour atteindre cet objectif, le modèle cellulaire sur lequel je me suis basé est le tube pollinique ou gamétophyte mâle. Le tube pollinique est une protubérance cellulaire qui se forme à partir du grain de pollen à la suite de son contact avec le stigmate. Sa fonction est la livraison des cellules spermatiques à l’ovaire pour effectuer la double fécondation. Le tube pollinique est une cellule à croissance apicale, caractérisée par la simple composition de sa paroi et par sa vitesse de croissance qui est la plus rapide du règne végétal. Ces propriétés uniques font du tube pollinique le modèle idéal pour l’étude des effets à courts termes du stress sur la croissance et le métabolisme cellulaire ainsi que sur les propriétés mécaniques de la paroi. La paroi du tube pollinique est composée de trois composantes polysaccharidiques : pectines, cellulose et callose et d’une multitude de protéines. Pour comprendre les effets que jouent ces différents composants dans la régulation de la croissance du tube pollinique, j’ai étudié les effets de mutations, de traitements enzymatiques, de l’hyper-gravité et de la gravité omni-directionnelle sur la paroi du tube pollinique. En utilisant des méthodes de modélisation mathématiques combinées à de la biologie moléculaire et de la microscopie à fluorescence et électronique à haute résolution, j’ai montré que (1) la régulation de la chimie des pectines est primordiale pour le contrôle du taux de croissance et de la forme du tube et que (2) la cellulose détermine le diamètre du tube pollinique en partie sub-apicale. De plus, j’ai examiné le rôle d’un groupe d’enzymes digestives de pectines exprimées durant le développement du tube pollinique : les pectate lyases. J’ai montré que ces enzymes sont requises lors de l’initiation de la germination du pollen. J’ai notamment directement prouvé que les pectate lyases sont sécrétées par le tube pollinique dans le but de faciliter sa pénétration au travers du style. / One of the most important features characterizing plant cells and differentiating them from animal cells is the cell wall that surrounds them. The cell wall plays a critical role in providing protection to the protoplast; it acts as a filtering mechanism and is the location of many biochemical reactions implicated in the regulation of the cell metabolism and the mechanical properties of the cell. The local stiffness, extensibility, plasticity and elasticity of the different cell wall components determine the shape and geometry of the cell during differentiation and morphogenesis. The goal of my thesis is to understand the role played by the different cell wall components in shaping the plant cell and controlling its growth behaviour. To achieve this goal, I studied the pollen tube, or male gametophyte, as a cellular model system. The pollen tube is a cellular protuberance formed by the pollen grain upon its contact with the stigma. Its main purpose is to deliver the sperm cells to the female gametophyte to ensure double fertilization. The pollen tube is a tip-growing cell characterized by its simple cell wall composition and by the fact that it is the fastest growing cell of the plant kingdom. This makes it the ideal model to study the effects of drugs, mutations or stresses on cellular growth behaviour, metabolism and cell wall mechanics. The pollen tube cell wall consists mainly of proteins and three major polysaccharidic components: pectins, cellulose and callose. To understand the role played by these components in regulating pollen tube growth, I investigated the effects of mutations, enzymatic treatments, hyper-gravity and omni-directional gravity on the pollen tube cell wall. Using mathematical modeling combined with molecular biology and high-resolution electron and fluorescent microscopy I was able to show that the regulation of pectin chemistry is required for the regulation of the growth rate and pollen tube shape and that cellulose is crucial for determining the pollen tube diameter in the sup-apical region. Moreover, I investigated the role of the pectate lyases, a group of pectin digesting enzymes expressed during pollen tube development, and I showed that this enzyme activity is required for the initiation of pollen germination. More importantly, I directly showed for the first time that the pollen tube secretes cell wall loosening enzymes to facilitate its penetration through the style.

Ce document reprend la structure de mon dossier de candidature au CNRS avec une réflexion sur le contexte et les enjeux de mes recherches suivi d'un aperçu rapide de mes activités de recherche. Ensuite, j'ai voulu montrer l'enchainement logique des travaux qui nous ont conduit à résoudre l'énigme du retrait paradoxal du bois de tension. Cette question qui depuis le début, il y a 10 ans, est présente dans mes recherches trouve aujourd'hui des éléments de réponse. Enfin, mon curriculum vitae donne une idée de ma production scientifique, de mes activités de formation et d'encadrement, de mon implication dans la vie de la recherche localement, au niveau national et international.

Le bois en tant que matériau présente des propriétés effectives exceptionnelles mais son origine biologique entraine un manque de stabilité physico-mécanique et biochimique ainsi qu'une grande variabilité d'organisation de ses éléments constitutifs à plusieurs échelles (cerne annuel, tissus ligneux, cellule, paroi cellulaire, matière ligno-cellulosique, macromolécules) qui limitent son utilisation. Nous avons, dans le cadre de cette thèse, utilisé la microscopie à force atomique en tant qu'outil de caractérisation des propriétés mécaniques. Le but était de quantifier les propriétés viscoélestiques de couche de la paroi cellulaire de bois. Les travaux ont porté sur la mise au point de protocoles expérimentaux visant à l'amélioration de la qualité des échantillons de bois, à la calibration de la raideur et du rayon de pointe des microleviers utilisés en AFM et de sa réponse lors de l'utilisation d'un mode AFM particulier: le mode contact résonnant. Les résultats obtenus se situent dans la même gamme que les valeurs issues de la littérature, et laissent entrevoir des développements futurs pouvant apporter des réponses qu'il ne semble pas possible d'atteindre avec les autres méthodes disponibles à l'heure actuelle.

Le lin, principale plante à fibres cultivée en France possède un intérêt industriel pour la qualité de ses fibres. Les cultures de lin sont régulièrement attaquées par un champignon tellurique, Fusarium oxysporum f. sp. lini (Fol), responsable des plus grandes pertes dans les cultures de lin. Les PGPR (Plant Growth Promoting Rhizobacteria) sont des bactéries réputées pour leurs capacités à améliorer la croissance et le développement des plantes, mais également pour leur pouvoir compétiteur au sein de la rhizosphère et leur aptitude à induire une réponse immunitaire chez les plantes. Parallèlement, l’utilisation de SDP (Stimulateur des Défenses des Plantes), molécules capables d’éliciter les mécanismes de défenses des plantes est une autre alternative pour limiter l’utilisation des pesticides. Dans le cadre de ce projet mené sur deux variétés de lin, Aramis et Mélina, il a pu être montré que Fol induisait un remodelage de la paroi au niveau des racines et des tiges, impliquant les hémicelluloses et les pectines, seulement deux jours après inoculation avec le champignon. L’utilisation de la souche ATCC 6633 de Bacillus subtilis comme agent de biocontrôle a permis de réduire de façon significative l’apparition des symptômes de la fusariose. Il a également été montré qu’en plus d’avoir un effet fongicide sur Fol, cette bactérie est capable d’induire l’expression de deux gènes de défense (Pathogenesis-Related) codant pour une β-(1,3)-glucanase (PR-2) et codant pour une chitinase-like (CTL-10), de gènes impliqués dans la voie des phénylpropanoïdes (PHENYLALANINE AMONIA LYASES, PAL-3 et PAL-4) et dans le remodelage pariétal (PECTIN METHYLESTERASE-3, PME-3) au niveau racinaire. Des analyses biochimiques ont également permis de montrer que B. subtilis provoque des modifications se traduisant par un renforcement pariétal au niveau des tiges chez les deux variétés. Enfin, l’association de la PGPR avec une molécule élicitrice (pregnénolone sulfate) a eu un effet synergique sur l’expression de gènes de défense. / In France, flax (Linum usitatissumum) is a principal fibers crop. Fusarium oxysporum f sp lini (Fol), a soil-borne fungus, is responsible for the major losses in crop yield. PGPR (Plant Growth Promoting Rhizobacteria) are known for their abilities to promote plant growth and health. These bacteria are also good competitors in the rhizosphere and can induce a plant defense response. The use of compounds able to elicit plant defense mechanisms is also an alternative to limit the use of pesticides. In this project, it has been shown that F. oxysporum f. sp. lini induces only two days after inoculation cell wall remodeling in the root and the stem involving hemicelluloses and pectins on two flax varieties, Aramis and Mélina, . The use of the Bacillus subtilis strain ATCC 6633 as biocontrol agent significantly reduced fusarium wilt appearance. In addition to its antifungal effect against Fol, this bacteria is able to induce the expression of two Pathogenesis-Related genes coding for a β-(1,3)-glucanase (PR-2) and a chitinase-like (CTL-10), genes involved in the phenylpropanoid pathway (PHENYLALANINE AMONIA LYASES, PAL-3 and PAL-4) and also in cell wall remodeling (PECTIN METHYLESTERASE-3, PME-3) in the root. Biochemical analyses show that B. subtilis causes modifications resulting in cell wall reinforcement in the stem in both varieties. Finally, the association of B. subtilis with an elicitor (pregnenolone sulfate) had a synergistic effect on the expression of defense-related genes.

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La RMN en phase solide est une méthode non négligeable lors de l'étude d'échantillons biologiques. Nous avons ainsi pu étudier le peptidoglycane et les acides téichoïques, composants essentiels de la paroi cellulaire bactérienne. Nous nous sommes tout particulièrement intéressés à leur organisation, à leur flexibilité et à leur interaction avec les cations. Nous avons également étudié les interactions entre les acides téichoïques et une protéine responsable de la viru-lence des pneumocoques. Cet exemple illustre parfaitement le manque de sensi-bilité des expériences de RMN ainsi que les limites des techniques actuelles de recouplage. Nous avons alors mis en évidence un phénomène permettant d'accélérer l'acquisition des spectres. Nous avons aussi travaillé à l'amélioration des séquences de recouplage PAR et PAIN-CP. Finalement, nous avons compa-ré des méthodes d'édition spectrale appliquées au bois, très étudié dès les débuts de la RMN en phase solide.