Le travail présenté dans ce mémoire est une contribution à l’étude prospective des effetsprovoqués par des éléments traces métalliques (Zn, Cd et Pb) sur des suspensions cellulaires detomate (Solanum lycopersicum, L.). L’objectif principal de l’investigation est de démontrerl’implication de la paroi dans la réaction de défense des cellules contre le stress métallique à l’instarde celles qu’elles sont capables de développer contre les agressions biotiques.Le premier chapitre a consisté à caractériser des paramètres quantitatifs (croissance, hydratation) etqualitatifs (viabilité, réactivité enzymatique) pour mettre en évidence les effets généralement nocifscausés par l’introduction des éléments traces métalliques (ETM) dans les milieux de culture aumoment de la phase exponentielle de croissance. Outre la diminution de la croissance (arrêt et mortcellulaire), l’état physiologique des cellules, apprécié par leur perte de turgescence, témoigne de lacapacité de tolérance des cellules de tomate vis-à-vis du Zn, par rapport aux deux autres ETM.Le second chapitre a permis de montrer que les cellules de tomate se sont défendues contreles agressions métalliques en augmentant leur biomasse pariétale, notamment en présence de zinc.En outre, la paroi apparaît dans tous les cas comme le principal compartiment de séquestration desETM en excès. La comparaison entre les trois espèces métalliques montre que les parois des cellulesde tomate retiennent mieux le cadmium que le zinc et le plomb.Le troisième chapitre, consacré à l’étude de la composition osidique des parois dans unchamp expérimental réduit aux plus faibles doses de zinc, a fourni des données inédites,notamment à propos des pectines extraites ou non par les procédés employés (CDTA, EPGase). Lesrésultats (quantités et caractéristiques des extraits pectiques) ont été discutés en fonction destraitements subis par les cellules mais également avec le souci de trouver des explications à larétention du zinc dans la paroi et un schéma de structure hypothétique de la paroi a été proposé.En définitive, ce travail répond à la question posée initialement et apparaît comme unepréparation à caractère académique d’un projet environnemental d’utilisation des végétaux pour laphytoremédiation. / The aim of this work was to evaluate the effects of heavy metals (Zn, Cd, Pb) on tomato(Solanum lycopersicum, L.) suspension-cultured cells. The main objective was to demonstrate thattomato cells subjected to metal stress react by modifying their cell walls as they can do in responseof a pathogen attack.In the first chapter, cell parameters were characterized with both quantitative(growth, water content) and qualitative (viability, enzymatic activities) aspects to highlightdeleterious effects of heavy metal (HM) when added in the culture medium during exponential cellgrowth. In addition to growth reducing (growth break, turgor pressure loss and cell death), tomatocells have showed higher tolerance capacity to Zn compared to Cd and Pb.The second chapter demonstrated that tomato cells were able to protect themselvesagainst HM stress by increasing their cell wall biomass and also the HM amount retained by cellwall polymers. Cell walls appeared to assume important roles in HM accumulation (Cd>Zn>Pb)and could therefore limit their influx into the cells. Our results also suggested that HM fixation bycell walls was not only due to an increase in cell wall biomass but also to an improvement of itsbinding capacity.The last chapter, devoted to study the osidic composition of tomato primary cell walls forthe lowest Zn doses, has provided original data particularly about pectins. Results have beendiscussed in order to understand the binding capacity of cell walls in function of Zn treatments.Then, an hypothetical structure of tomato cell wall of cultured cells has been proposed.Finally, this work has answered to the initial question and has constituted a preparativestudy for next phytoremediation projects.

La vulnérabilité du xylème à la cavitation est un caractère déterminant pour la tolérance des arbres à une sécheresse extrême. La connaissance des bases moléculaires de caractère serait utile pour prévoir le comportement des populations naturelles et pour orienter les choix de culture dans un contexte de changement climatique. Ce travail de thèse porte sur les bases physiques et génétiques de la vulnérabilité à la cavitation en ciblant les ponctuations car il est désormais bien admis que les ponctuations des vaisseaux du xylème sont des structures clés de ce caractère. Nous proposons un modèle mécanique de comportement des ponctuations lors de la cavitation. Il démontre comment la géométrie des ponctuations détermine leurs propriétés mécaniques et permet d’expliquer la variabilité interspécifique de la vulnérabilité à la cavitation. Pour appréhender les bases génétiques, deux approches ont été développées. D’une part, nous avons construit des lignées transgéniques de peupliers modifiées pour le métabolisme des pectines. D’autre part, nous avons montré qu’Arabidopsis thaliana est une plante modèle qui permet de prospecter les bases génétiques de la vulnérabilité à la cavitation. L’étude des lignées transgéniques de peuplier et d’un mutant d’Arabidopsis thaliana modifiés pour l’expression de polygalacturonases met en évidence l’implication de ces enzymes et plus généralement des pectines dans la vulnérabilité à la cavitation. L’ensemble de nos résultats nous amène à proposer un rôle des pectines au niveau de l’anneau de la membrane des ponctuations, dans la vulnérabilité à la cavitation. / Vulnerability to cavitation is an important feature for drought tolerance of trees. Understanding of the molecular basis of vulnerability to cavitation would be useful to predict the behavior of natural populations in the context of changing climate. This work focuses on the physical and genetic basis of vulnerability to cavitation and targets pits because they represent main candidates for the spread of embolism in wood. We propose a model of the mechanical behavior of pits while cavitation occurs. The model shows how the pits geometry influences their mechanical properties and allows explaining interspecific variability of vulnerability to cavitation. On one hand, we constructed transgenic poplars modified for pectin metabolism. On the other hand, we showed that Arabidopsis thaliana is a model plant that can be used for the study of the molecular basis of vulnerability to cavitation. Studies of poplars’ transgenic lines and Arabidopsis thaliana mutant modified for a polygalacturonase highlights the involvement of pectins in vulnerability to cavitation. Our results suggest that pectins that are located on the annulus of the pit membrane have a role in vulnerability to cavitation.

Cette thèse visait à caractériser la composition en polysaccharides des fibres de bois de tension chez le peuplier et établir de possibles corrélations avec les mécanismes de création de la tension. A cette fin, nous avons étudié le bois de jeunes peupliers qui ont poussé sous conditions contrôlées. Nous avons pu déterminer la composition en polysaccharides des couches G isolées ainsi que la structure de ces polysaccharides. L’évolution de cette composition au long de la différentiation du bois de tension et du bois opposé a été évaluée à l’aide de 178 anticorps dirigés contre les principaux polysaccharides pariétales. La fonction de deux protéines à arabinogalactanes avec domaine fascicline-like a été également étudiée à l’aide des anticorps produits à cet effet. La génétique inverse a été également utilisée pour compléter l’étude de la fonction d’une de ces protéines dans la formation du bois de tension. Les résultats obtenus ont mis en évidence une évolution de la composition de la couche G au cours de la différenciation. Des différences entre la composition de la couche S2 des fibres du bois de tension et du bois opposé ont aussi été détectées. Une grande quantité de pectines de type RG-I a été décelé dans la couche G, molécules qui pourraient participer à la formation d’un gel. Le gonflement de ce gel serait responsable de la mise en tension des microfibrilles de cellulose. Cependant, nos travaux ne montrent aucune évidence pour la présence de xyloglucanes dans la couche G. Des indices en faveur de l’implication des FLAs dans la construction de la couche G ont été également trouvés dans cette étude. Ce travail de thèse ouvre des perspectives pour l’identification du déterminisme moléculaire à l’origine de la création de la tension dans le bois de tension. / This work aimed at characterizing the composition in polysaccharides of poplar tension wood fibres and a possible correlation with mechanisms for creating tension. Firstly, we isolated G-layers from tension wood formed in young poplars which grows in a greenhouse under controlled conditions and determine its polysaccharides composition and the structure of these polysaccharides. Therefore, we investigate the polysaccharide distribution during tension and opposite wood fibres differentiation by using 178 antibodies raised against the major wall polysaccharides. The distribution and function of two fasciclin-like arabinogalactan proteins were studied using two antibodies produced to this end and the function of one of the proteins were studied by reverse genetics. This work show an evolution in the polysaccharides composition of G-layer through its differentiation and also differences concerning S2 layer composition between tension and opposite wood fibres. No evidences for the presence of xyloglucans in the G-layer. However, this work shows the presence of a high quantity of RG-I type pectin which may be implicated in a gel-like structure formation which swelling could be responsible for tension creation in cellulose microfibrils. Our results suggest an implication of fasciclin-like arabinogalactan proteins in G-layer construction. Further, this work opens up new perspectives towards identification of molecular basis of tension creation in tension wood.

La vulnérabilité du xylème à la cavitation est un caractère déterminant pour la tolérance des arbres à une sécheresse extrême. La connaissance des bases moléculaires de caractère serait utile pour prévoir le comportement des populations naturelles et pour orienter les choix de culture dans un contexte de changement climatique. Ce travail de thèse porte sur les bases physiques et génétiques de la vulnérabilité à la cavitation en ciblant les ponctuations car il est désormais bien admis que les ponctuations des vaisseaux du xylème sont des structures clés de ce caractère. Nous proposons un modèle mécanique de comportement des ponctuations lors de la cavitation. Il démontre comment la géométrie des ponctuations détermine leurs propriétés mécaniques et permet d'expliquer la variabilité interspécifique de la vulnérabilité à la cavitation. Pour appréhender les bases génétiques, deux approches ont été développées. D'une part, nous avons construit des lignées transgéniques de peupliers modifiées pour le métabolisme des pectines. D'autre part, nous avons montré qu'Arabidopsis thaliana est une plante modèle qui permet de prospecter les bases génétiques de la vulnérabilité à la cavitation. L'étude des lignées transgéniques de peuplier et d'un mutant d'Arabidopsis thaliana modifiés pour l'expression de polygalacturonases met en évidence l'implication de ces enzymes et plus généralement des pectines dans la vulnérabilité à la cavitation. L'ensemble de nos résultats nous amène à proposer un rôle des pectines au niveau de l'anneau de la membrane des ponctuations, dans la vulnérabilité à la cavitation.

Dans ce travail de thèse, nous avons étudié les interactions entre un polyoside anionique (pectine) et des cations monovalent (Na+) et divalents (Ca2+, Zn2+, Ba2+, Mg2+) en régime dilué (c < c*) et concentré (c ≈ c*). Ainsi, une pectine faiblement méthylée (LMP) a été étudiée en comparaison avec l’acide polygalacturonique (PGA). L’affinité de ces polyosides pour fixer les ions calcium diminue quand la concentration en NaCl augmente. Elle est plus élevée dans le cas du Ca-polyGal en comparaison avec Ca-LMP ; ceci peut être expliqué par la faible rigidité des chaînes observée pour le polyGal. Les interactions entre les quatre cations divalents (Ca2+, Zn2+, Ba2+, Mg2+) et les deux biopolymères (PolyGal et LMP) en régime dilué ont été étudiées afin d’obtenir des informations sur la structure du réseau, le mode d’association et l’énergie d’association. Nous avons donc proposé un mécanisme d’association qui est composé de deux étapes : i) formation de monocomplexes et de réticulations ponctuelles et ii) formation de dimères. Le passage de l’étape (i) à l’étape (ii) est caractérisé par un ratio molaire critique (R*=[M2+]/[Gal]) qui dépend du nombre et de la stabilité des réticulations ponctuelles entre le polymère et le cation. Pour le Mg-polyGal, l’association est due à une condensation des ions magnésium autour des chaînes du polyGal. Les résultats de simulations ont montré que l’association de 4 cations Zn2+ avec 2 chaînes composées de 8 unités Gal est similaire à une structure de type « boîte à œuf ». Ce modèle n’est pas applicable à la structure obtenue par l’association des cations Ca2+ et Ba2+. Les associations entre les polyGals et les cations divalents à une concentration en polymère proche de la concentration de recouvrement (c*) permettent d’obtenir des gels uniquement pour les trois cations (Ca2+, Zn2+, Ba2+). Les propriétés viscoélastiques de ces gels ainsi que la cinétique de gélification ont été étudiés. Dans le cas des gels, la première étape du mécanisme d’association proposé (formation de monocomplexes et de réticulations ponctuelles) s’accompagne d’une augmentation de l’épaisseur du gel ; alors que la deuxième étape (formation de dimères) conduit à une densification du gel. Nous avons remarqué que le coefficient de diffusion du front de gel suit l’ordre suivant : Ba2+ > Ca2+ > Zn2+ > Mg2+ ; ceci peut être relié à l’affinité entre les molécules d’eau de la sphère de coordination et le cation. En effet, l’affinité du cation pour l’eau augmente selon l’ordre inverse : Ba2+ < Ca2+ < Zn2+ < Mg2+. Enfin, nous avons utilisé ces trois polyosides (PGA, LMP et ALMP - pectine faiblement méthylée amidée) en association à des ions calcium pour fabriquer des microparticules contenant la rutine afin de cibler sa libération au niveau intestinal. Nous avons ainsi relié la cinétique de libération de la rutine à la structure du réseau mis en place lors de l’étape de gélification. Les microparticules à base de pectine ALMP présentent une capacité à fixer l’eau et un taux de libération de la rutine plus élevés que les microparticules à base de LMP et PGA. Le gel Ca-ALMP est plus flexible et présente des modules viscoélastiques plus faibles que les gels Ca-PGA et Ca-LMP. Nous avons attribué ceci à la distribution aléatoire des groupements ester et/ou amide dans ALMP qui gênerait la formation des dimères : les liaisons hydrogènes entre les fonctions amines et les fonctions carboxylates seraient donc responsables de la flexibilité du réseau formé. / In this thesis, we studied the interactions between an anionic polysaccharide (pectin) and monovalent cation (Na+) and divalent cations (Ca2+, Zn2+, Ba2+, Mg2+) in dilute regime (c < c*) and concentrate regime (c ≈ c *). Thus, a low methoxy pectin (LMP) was studied in comparison with a polygalacturonic acid (PGA). The affinity to bind calcium ions for these polysaccharides decreases as the NaCl concentration increases. This binding affinity was higher for Ca-polyGal than for Ca-LMP due to the low rigidity of chains observed in the polyGal. The interactions between four divalent cations (Ca2+, Zn2+, Ba2+, Mg2+) and the two biopolymers (polyGal and LMP) in the dilute regime were studied in order to obtain information about the network structure, the mode of association and the binding energy. Therefore, we propose a mechanism of the binding which consists of two steps: i) formation of monocomplexations and point-like cross-links ii) formation of dimers. The threshold molar ratio (R* = [M2+]/[Gal]), between these two steps depends on the number and the stability of the point-like cross-links between polyGal chains and the cation. Mg2+ interacts so strongly with water that is remains weakly bound to polyGal (polycondensation) by sharing water molecules from its first coordination shell with the carboxylate groups of polyGal. Molecular dynamic simulations of galacturonate chains in explicit water showed that the « egg-box » model is more adapted for zinc cations than for calcium and barium. When the concentration of the polyGal is close to the overlap concentration (c*), the addition of divalent cations allows to obtain gels for only three cations (Ca2+, Zn2+, Ba2+). The viscoelastic properties of these gels and the gelation kinetics were studied. In the case of gel formation, the first step (formation of monocomplexations and point-like cross-links) is accompanied by an increase in the gel thickness; while the second step (formation of dimers) leads to a densification of the gel. We found that the diffusion coefficient of the gel front increased according the following order: Ba2+ > Ca2+ > Zn2+ > Mg2+; this may be related to the affinity between the water molecules from the coordination sphere and the cation. Indeed, the affinity of the cation for water molecules increases in the reverse order: Ba2+ < Ca2+ < Zn2+ < Mg2+. Finally, we have used the three polysaccharides (PGA, LMP and ALMP - amidated low methoxyl pectin) in association with calcium ions to produce microparticles containing rutin to target drug release in the intestine. We have linked the rutin release kinetics to the network structure established in the gelation step. ALMP microparticles had higher ability to uptake water and thus higher drug release rate than two others microparticles (Ca-LMP and Ca-PGA). The Ca-ALMP gel was more flexible and had the lower viscoelastic modulus than Ca-PGA and Ca-LMP gels. We attributed this to the random distribution of ester and/or amide groups in ALMP, which hinders the formation of dimers: the hydrogen bonds between the amine groups and carboxylate groups are responsible for the flexibility of the network formed.

La clarification des vins par procédés membranaires en particulier la microfiltration tangentielle a toujours été limitée par le colmatage, générant des flux de perméation faibles incompatibles avec la rentabilité économique. La compréhension, la maîtrise, ainsi que l'anticipation des phénomènes de colmatage font l'objet de ce travail. Dans un premier temps, la contribution individuelle puis en mélange des composés du vin (tannins, pectines, mannoprotéines et levures) au colmatage d'une membrane céramique multicanaux a été évaluée. Une approche fondamentale a permis de proposer des mécanismes de colmatage : la présence des pectines induit les flux de perméation les plus faibles en formant un gel à la surface de la membrane tandis que les levures semblent au contraire avoir un effet protecteur dans le cas d'un vin brut. Parce qu'il représente le flux au-delà duquel un colmatage irréversible apparaît à la surface de la membrane, le flux critique pour l'irréversibilité est un paramètre clef pour contrôler le colmatage. Dans le cas de la filtration de vin, aucun flux critique n'a pu être déterminé ce qui a conduit à définir un critère identifiant une zone de travail où le degré de colmatage reste acceptable. La dernière partie de cette thèse est consacrée à l'étude de la filtration dynamique (RVF) pour une éventuelle application dans le secteur vinicole. Cette technique est testée en présence de deux membranes organiques différentes: PES (hydrophile) et PTFE (hydrophobe). Les observations ont permis de mettre en évidence l'efficacité du système contre le colmatage des membranes PES induite par l'action de l'agitateur. Le colmatage des membranes PTFE est énormément affecté par les interactions molécules/membrane rendant la filtration dynamique inefficace pour lutter contre le colmatage de ces membranes. / Wine clarification by membrane processes mainly cross-flow microfiltration has been limited by membrane fouling generating low permeate fluxes with economic efficiency. Understanding, controlling and anticipation of fouling are the main goals of this work. In a first time, the individual contribution of wine compounds (tannins, pectins, mannoproteins and yeasts) to a multichannel ceramic membrane fouling was evaluated. The fouling mechanisms were analyzed using a fundamental approach. The presence of pectins induce the lowest fluxes by a gel-type formation at the membrane surface while yeasts presence tends to reduce fouling in the case of crude wine (case of mixed components). Because it represents the flux beyond which irreversible fouling appears on the membrane surface, the critical flux for irreversibility is a key parameter to control fouling. No critical flux for irreversibility could be measured, hence a criterion that identifies a range of operating conditions where the degree of fouling remains acceptable was proposed. The last part of this work was devoted to the study of dynamic filtration (RVF) for further application in wine sector. This technique was tested with two different membranes: hydrophilic PES and hydrophobic PTFE. Results have allowed to demonstrate the efficiency of the system to reduce fouling in the case of PES membrane. Fouling of PTFE membrane is greatly influenced by molecules / membrane interaction making dynamic filtration ineffective in reducing of membrane fouling.

La phytoremédiation est un concept pour la dépollution et de réhabilitation des sols et/ou de friches industrielles contaminés par des éléments traces métalliques (ETMs), utilisant les végétaux pour absorber ou immobiliser les contaminants en présence des organismes microbiens de la rhizosphère. Cette technique a pour conséquence une production de biomasse plus ou moins contaminée qu’il est nécessaire de traiter et également de valoriser. Cependant, la présence d’ETMs peut être problématique dans une approche de conversion en bioraffinerie. Pour répondre à cette question, deux espèces ont été étudiées : une plante herbacée hyperaccumulatrice (Noccaea caerulescens) et un ligneux (Salix viminalis). Deux prétraitements ont été sélectionnés pour cette étude : les prétraitements par explosion vapeur et organosolv, en appliquant différentes conditions opératoires, afin (1) de suivre la distribution des ETMs au cours du traitement, (2) de purifier la matière lignocellulosique et (3) d’évaluer l’effet des ETMs sur les étapes ultérieures d’hydrolyse enzymatique et de fermentation. Pour le prétraitement organosolv la majeure partie des ETMs est récupérée dans le résidu solide cellulosique alors que par explosion à la vapeur, les ETMs sont extraits en grande partie dans les effluents aqueux du traitement. La présence d’ETMs dans les pâtes cellulosiques et les hydrolysats ne montre pas d’effet significatif sur la cinétique d’hydrolyse enzymatique et de fermentation. Concernant spécifiquement Noccaea caerulescens des teneurs relativement importantes en pectines ont été observées, ce qui ouvre des perspectives intéressantes pour la valorisation de cette plante par la production d’un biopolymère d’intérêt industriel. Finalement, les résultats obtenus montrent qu’il serait possible de combiner réhabilitation des sols et valorisation en bioraffinerie de biomasses issues de phytotechnologies soit pour la production du bioéthanol ou la production de molécules plateforme / Phytoremediation is a concept for the depollution and rehabilitation of soils and/or industrial wastelands contaminated by metal trace elements (MTEs), using plants to absorb or immobilize contaminants in the presence of microbial organisms in the rhizosphere. This technique results in a more or less contaminated biomass production that must be treated and also recovered. However, the presence of MTEs can be an issue in a biorefinery conversion approach. To address this question, two species were studied: an hyperaccumulator herbaceous plant (Noccaea caerulescens) and a woody plant (Salix viminalis). Two pre-treatments were selected for this study: steam explosion and organosolv pre-treatments, applying different operating conditions, in order to (1) monitor the distribution of MTEs during the process, (2) purify lignocellulosic material and (3) evaluate the effect of MTEs on subsequent enzymatic hydrolysis and fermentation steps. For organosolv pretreatment, most of the MTEs are recovered in the solid cellulosic residue while by steam explosion, MTEs are mostly extracted in the aqueous effluents of the treatment. The presence of MTEs in cellulosic pastes and hydrolysates does not show a significant effect on the kinetics of enzymatic hydrolysis and fermentation. Concerning specifically Noccaea caerulescens, the plant contains relatively high levels of pectins, which opens up interesting prospects for the valorization of this plant through the production of a biopolymer of industrial interest. Finally, the results obtained show that it would be possible to combine soil rehabilitation and biorefinery valorization of biomasses from phytotechnologies for either bioethanol production or the production of platform molecules

Chez l’homme, la dégradation des fibres alimentaires est une des fonctions principales du microbiote colique. Elles ont de nombreux effets bénéfiques en santé humaine et pourtant les mécanismes microbiens mis en jeu dans leur dégradation restent encore largement méconnus. L’objectif de cette thèse était d’approfondir les connaissances sur la dégradation des polysaccharides pariétaux (hémicelluloses et pectines) par une espèce bactérienne prédominante du côlon de l’homme, Bacteroides xylanisolvens. L’analyse du transcriptome de B. xylanisolvens XB1AT a révélé l’existence de six et deux loci génomiques respectivement dédiés à la dégradation des pectines et des xylanes. Ces loci ou PULs (« Polysaccharide Utilization Loci ») sont connus chez Bacteroides pour coder pour des systèmes enzymatiques spécifiques d’un polysaccharide en particulier. L’analyse des CAZymes (Carbohydrate-Active Enzymes) codées par les PULs « pectinolytiques » a permis de proposer une cible polysaccharidique (homogalacturonane, rhamnogalaturonane de type I et II, arabinane) à cinq des six PULs identifiés. Les deux PULs « xylanolytiques » cibleraient les xylanes de faible complexité. La mutation du gène susC-like dans le PUL 49 et du gène HTCS (Hybrid Two-Component System) dans le PUL 43 a démontré l’importance respective de ces deux loci dans la fonction pectinolytique et xylanolytique de la bactérie. Le mutant HTCS a aussi permis de montrer pour la première fois que deux PUL peuvent être liés au niveau transcriptionnel. En présence de xylane, les données de protéomique ont souligné la surproduction par la bactérie d’une endo-xylanase possédant deux CBMs (Carbohydrate-Binding Modules). Cette enzyme modulaire pourrait être considérée comme un marqueur fonctionnel de la xylanolyse dans l’écosystème microbien intestinal. En conclusion, B. xylanisolvens déploie une machinerie enzymatique qui reflète la complexité des polysaccharides pariétaux de plantes. La plasticité métabolique de B. xylanisolvens vis-à-vis des fibres alimentaires contribue certainement à sa survie et son maintien dans le côlon humain. Des études d’écologie fonctionnelle ciblant la communauté fibrolytique intestinale sont encore nécessaires afin de mieux décrypter l’impact des fibres alimentaires et en particuliers des polysaccharides pariétaux sur le métabolisme microbien intestinal et par conséquent sur la santé humaine. / Dietary fiber degradation is a key function of the human gut microbiota. They have many beneficial effects on human health and yet microbial mechanisms involved in their degradation remain largely unknown. The aim of this thesis was to increase our knowledge on the degradation of plant cell wall polysaccharides (hemicelluloses and pectins) by a prominent human gut bacterial species, Bacteroides xylanisolvens. The transcriptome analysis of B. xylanisolvens XB1AT revealed the existence of six and two genomic loci dedicated to the degradation of pectins and xylan, respectively. These loci or PUL ("Polysaccharide Utilization Loci") are known to encode enzyme systems in Bacteroides that are specific to a particular polysaccharide. Analysis of the CAZymes (Carbohydrate-Active Enzymes) encoded by the "Pectinolytic" PULs allowed us to propose a polysaccharide target (homogalacturonan, type I and type II rhamnogalaturonane, arabinan) to five of the six identified PULs. The two identified "xylanolytic" PULs would target low complexity xylan. Mutation of the susC-like gene of PUL 49 and of the HTCS gene (Hybrid Two-Component System) of PUL 43 showed the importance of these two loci in pectinolytic and xylanolytic functions of the bacterium, respectively. The HTCS mutant also revealed for the first time that two PULs can be linked at the transcriptional level. With xylan, proteomic data highlighted the overproduction by the bacterium of an endo-xylanase with two CBMs (Carbohydrate-Binding Modules). This modular enzyme could be considered as a functional marker of xylan breakdown in the intestinal microbial ecosystem. In conclusion, B. xylanisolvens harbors an enzymatic machinery that reflects the complexity of plant cell wall polysaccharides. The metabolic plasticity of B. xylanisolvens towards dietary fibers certainly contributes to its fitness in the human gut. Functional and ecological studies targeting the intestinal fibrolytic community are still necessary to better understand the impact of dietary fibers and in particular plant cell wall polysaccharides on the intestinal microbial metabolism and consequently on human health.

Face à la toxicité des éléments traces métalliques (ET) dans l’environnement, les plantes ont développé différentes stratégies aujourd’hui exploitées en phytoremédiation. Les arbres paraissent plus efficaces que les herbacées pour la phytoextraction de par leur importante biomasse et leur système racinaire plus profond. Ces travaux ont donc été menés sur des espèces ligneuses largement répandues dans la région Limousin, plus particulièrement des conifères: le Douglas, le mélèze hybride et ses deux parents, le mélèze d’Europe et le mélèze du Japon. Plusieurs modèles de culture ont été utilisés pour permettre, par des approches complémentaires, une meilleure appréhension des réponses de ces conifères aux ET : des plantules cultivées in vitro et des germinations ou des arbres âgés de 2 ans cultivés sous serre. Les conifères ont été exposés soit à un seul ET, le Cadmium (Cd), soit à plusieurs ET (As, Pb, Sb) présents dans des sols collectés sur deux anciens sites miniers. Les résultats ont montré que, parmi les espèces étudiées, le Douglas présentait le taux d’accumulation le plus élevé en Cd. Cependant, la quantité stockée dans la biomasse aérienne est restée faible par rapport à d’autres espèces d’arbres déjà utilisées en phytoextraction. Par ailleurs, la caractérisation chimique des pectines de la paroi a mis en évidence des modifications quantitatives et qualitatives suggérant un processus d’exclusion du Cd. Au niveau intracellulaire, les résultats ont montré que les polyamines et les oligopeptides riches en thiols ne semblaient pas impliqués dans la compartimentation du Cd. En revanche, une accumulation de proline a été observée en réponse au Cd et à d’autres ET, suggérant une implication de la proline comme molécule antioxydante et / ou chélatrice d’ET. L’ensemble des résultats a mis en évidence la nécessité d’optimiser la croissance des conifères et la phytodisponibilité des ET du sol avant de pouvoir proposer ces conifères, et notamment le Douglas, pour la phytoextraction d’ET. / Given the toxicity of trace elements (TE) in the environment, plants developed varions strategies used currently for phytoremediation. Trees appear more efficient than herbaceous species for phytoextraction as they have a larger biomass and a deeper root system. The work was thus performed on woody species widespread in Limousin region, particularly conifers: Douglas fir, hybrid larch and its two parents, European larch and Japanese larch. Several culture models were used to allow, through complementary approaches, a better understanding of the response of these conifers to TE: in vitro grown plantlets and seedlings or 2-year-old trees grown in greenhouse. Conifers were exposed to a single TE, cadmium (Cd), or to several TE (As, Pb, Sb) present in soils collected from two former mining sites. Among investigated species, results showed that Douglas exhibited the highest rate of Cd accumulation. However, the amount stored in aboveground biomass remained low compared to other tree species already used in phytoextraction. Furthermore, the chemical characterization of cell wall pectins highlighted quantitative and qualitative modifications suggesting a Cd exclusion process. At the intracellular level, results showed that polyamines and thiol-rich oligopeptides did not appear to be involved in Cd compartmentation. However, a proline accumulation was observed in response to Cd and other TE, suggesting an involvement of proline as antioxidant molecule and / or TE scavenger. Overall, results highlighted the need to optimize conifer growth and soil TE phytoavailability before to propose these conifers, particularly Douglas, for the phytoextraction of TE.

La gélification thermique de protéines globulaires (albumine de sérum bovin (SAB) et β-Lactoglobuline) en mélange avec la pectine faiblement méthylée (pectine LM) a été étudiée par rhéologie et microscopie confocale à balayage laser couplée à une analyse d'image par la méthode de co-occurrences. Les propriétés des biopolymères seuls ont également été décrites. La différence entre le comportement des deux protéines globulaires en mélange a également été étudiée. La structure des gels de SAB, caractérisée par diffusion de la lumière, varie fortement selon la teneur en NaCl ou CaCl₂. Dans les mélanges, une compétition entre les cinétiques de gélification protéique et de séparation de phase est observée. Celle-ci est fortement dépendante des facteurs intrinsèques et extrinsèques du système, et en particulier de la teneur et la nature des sels ajoutés (NaCl et/ou CaCl₂). L'augmentation de concentration en pectine se traduit par une séparation de phase plus marquée. Selon les conditions de concentrations en biopolymères et la nature des sels dans le milieu, le gel de protéine est affaibli ou renforcé par la présence du polyoside. En présence de calcium, les deux biopolymères présentent une affinité spécifique pour ce cation qui se traduit, pour les pectines LM, par leur capacité à gélifier. En mélange, un gel composite est alors formé. Selon la teneur en NaCl, la gélification du mélange est gouvernée par celle des protéines ou celle des pectines LM. L'ensemble des résultats permet de proposer un schéma d'interprétation des mécanismes impliqués dans la formation des gels en mélange au cours du processus thermique basée sur la séparation de phase et la gélification des biopolymères.