Les spermaphytes majoritairement représentés par les angiospermes ou plantes à fleur, ont le trait fondamental de pouvoir se multiplier par la formation de graine. Les graines représentent un caractère essentiel pour la survie des plantes, leur dissémination et un usage important pour l’industrie, notamment agro-alimentaire. Lors de la formation de la graine, des transitions cruciales ont lieu, en particulier pour le développement, l’établissement des réserves, la maturation, l’acquisition de la tolérance à la dessiccation et la dormance. Ces étapes sont régulées par des facteurs de transcription et notamment les LAFL (LEC1, ABI3, FUS3, LEC2). Les LAFL sont composés de deux familles, les facteurs de transcription à domaine B3 (ABI3, FUS3, LEC2) et les NF-Y (LEC1), qui sont impliqués dans la régulation génique dans différentes étapes du développement de la graine. Des études suggèrent la possibilité de la formation d’un complexe composé de ABI3, LEC1 et LEC2 sur le promoteur de l’OLEOSINE1 permettant d’activer plus fortement la transcription du gène. Néanmoins la caractérisation des protéines, leur action, régulation et leur capacité à interagir entre elles et former un complexe, restent encore méconnues. Dans un premier temps, je me suis attachée à caractériser la formation du complexe protéique composé d’ABI3, LEC1 et LEC2, plus particulièrement, l’interaction entre LEC1 et LEC2. La localisation subcellulaire des deux protéines par étiquetage in planta, ou grâce à des anticorps spécifiques, leur interaction dans un système double hybride et la mesure de l’effet de LEC1 sur LEC2 par thermophorèse ont permis de montrer que LEC2 et LEC1 peuvent former un dimère sur le promoteur de l’OLEOSINE1 et que cette association change l’affinité de LEC2 pour son ADN cible. Dans une deuxième approche, j’ai cherché à identifier des partenaires avec (données bibliographiques) et sans (approche de TAP-tag) a priori pour compléter l’étude. / The spermaphytes predominantly represented by angiosperms or flowering plants, have the fundamental ability to disseminate through seeds. Seeds are essential for the survival of plants, their dissemination and important resource for industry, especially food industry. During seed formation, critical transitions occur, in particular for development, establishment of reserves, maturation, acquisition of desiccation tolerance and dormancy. These steps are regulated by transcription factors and especially LAFL (LEC1, ABI3, FUS3, LEC2). LAFLS are composed of two families, B3 domain containing transcription factors (ABI3, FUS3, and LEC2) and NF-Y (LEC1) that are involved in gene regulation in different stages of seed development. Studies have suggested the possibility that a complex composed of ABI3, LEC1 and LEC2 is formed on the promoter of OLEOSINE1, allowing activating the transcription of the gene. Nevertheless, the characterization of proteins, their action, regulation and their capacity to interact with each another and form a complex, are still unknown. In a first step, I focused on characterizing the formation of the protein complex composed of ABI3, LEC1 and LEC2, more particularly on the interaction between LEC1 and LEC2. The subcellular localization of the two proteins were followed by labelling in planta, or by means of specific antibodies, their interaction tested in a double hybrid system and the measurement of the effect of LEC1 on LEC2 validated by thermophoresis. All the results demonstrated that LEC2 and LEC1 can form a dimer on the promoter of OLEOSINE1 and that this association change the affinity of LEC2 for its target DNA. In a second approach, I sought to identify partners with (bibliographic data) and without (TAP tagging approach) a priori to complete the study.

Significant alterations in the environmental conditions can have pronounced effects on plant genome stability. Recent evidence argues for a global involvement of the components of epigenetic modules in the regulation of genome homeostasis both immediately after stress exposure and long after environmental cues were acquired. The last observation is of particular interest as the memory of imposing stress can be maintained at the molecular level throughout plant ontogenesis and may be faithfully propagated into the following generation. Our study provides evidence that epigenetic repercussions exerted by stress exposure of parental plants manifest themselves in untreated progeny at all three levels of the epigenetic module: DNA methylation, histone posttranslational modifications and small RNA metabolism. Additionally, the results of our study shed new light on the engagement of the epigenetic machinery in the maintenance of plant genome integrity by counteracting the activity of invading nucleic acids. / xv, 280 leaves : ill. ; 29 cm

L'induction du métabolisme secondaire fait partie du système de défense des plantes lors d’une attaque par un microorganisme pathogène. Les propriétés antimicrobiennes ou de signalisation des métabolites secondaires (MS) peuvent être régulées par un processus majeur et efficace, la glycosylation. Cette réaction est catalysée par les glycosyltransférases (UGTs) qui assurent le transfert d’une molécule de sucre sur un MS. Mon travail de thèse a porté sur l’étude de trois UGTs d’Arabidopsis thaliana (Arabidopsis), UGT76E12 d’une part, et UGT73B3 et UGT73B5 d’autre part, et a montré que 1) UGT76E12 est impliquée dans la mise en place de la résistance basale à la souche virulente de la bactérie Pseudomonas syringae pv. tomato, Pst DC3000, et participe au dialogue entre les voies de signalisation hormonale de l’acide jasmonique (JA) et de l’acide salicylique (SA). Des analyses par clustering hiérarchique ont révélé une co-expression forte entre le gène UGT76E12, et deux gènes codant une terpène synthase (TPS4) et un cytochrome P450 (CYP82G1), impliqués dans la biosynthèse d’un diterpène, le TMTT ((E,E)-4,8,12-triméthyletridéca-1,3,7,11-tetraène), suggérant un rôle pour UGT76E12 dans la régulation de la voie de biosynthèse des terpènes ; 2) UGT73B3 et UGT73B5 sont impliquées dans la mise en place de la résistance spécifique d’Arabidopsis à la souche avirulente Pst DC3000-AvrRpm1, notamment par la régulation de MS intervenant dans le maintien de l’état redox cellulaire au cours de la réaction d’hypersensibilité (HR). Ces deux gènes appartiennent à la classe des « SA-early induced-genes » et présentent un profil co-expression avec le gène TOLB-related et deux gènes codant des glutathion S-transférases (GSTU7 et GSTU24) impliqués dans la réponse au stress oxydant et la détoxication des MS. Nos résultats suggèrent un rôle pour UGT73B3 et UGT73B5 dans la glycosylation de métabolites oxydants associés à la mise en place de la HR. / Plant secondary metabolism induction is part of an integrated defense system after pathogen infection. Signalling and antimicrobial properties of secondary metabolites (SM) can be regulated by an efficient process named, glycosylation. This reaction is ensured by glycosyltransferases (UGTs) which catalyze the transfer of a sugar moiety on a SM. My PhD work was divided in two parts, the first on UGT76E12 and the second part on UGT73B3 and UGT73B5, three UGTs of Arabidopsis thaliana (Arabidopsis) and it demonstrated that 1) UGT76E12 is involved in basal resistance establishment during plant challenge with the virulent strain of Pseudomonas syringae pv. tomato (Pst DC3000), and participates to the hormonal crosstalk between jasmonic acid (JA) and salicylic acid (SA). Clustering analyses revealed a strong co-expression between UGT76E12 and two genes encoding a terpene synthase (TPS4) and a cytochrome P450 (CYP82G1), both involved in the biosynthesis of a diterpene named TMTT ((E,E)-4,8,12-trimethyltrideca-1,3,7,11-tetraene), which suggests a role for UGT76E12 in terpene biosynthesis pathway regulation. 2) UGT73B5 and UGT73B3 are involved in the establishment of Arabidopsis specific resistance against the avirulent strain of Pst DC3000-AvrRpm1, especially in the regulation of MS playing a role in redox homeostasis status during the hypersensitive response (HR). These two genes are part of SA-early induced-genes and showed co-expression patterns with the TOLB-related gene and two genes encoding glutathione S-transferases (GSTU7 and GSTU24) involved in oxidative stress responses and in MS detoxification. Our results suggest a role for UGT73B3 and UGT73B5 in the glycosylation of oxidant MS associated with HR establishment.

La maladie de la Sharka est due à un virus de quarantaine, le Plum Pox Virus (PPV), infectant les arbres fruitiers du genre Prunus. Il est nécessaire de trouver des moyens de lutte, telle que la sélection de plantes résistantes. Or chez ces espèces, les sources de résistance sont à l’heure actuelle en nombre limité, voire inexistantes. Il a été montré, au laboratoire, que ce virus est capable d’infecter Arabidopsis thaliana et qu’il existe chez cette espèce une grande diversité de réponse à l’infection. En effet nous avons pu observer que les accessions St-0 et JEA avais un comportement résistant, alors que l'accession Cvi-1 été partiellement résistante. Deux méthodes d’inoculation ont été comparées: une inoculation mécanique à partir de feuilles de Nicotiana benthamiana inoculées avec pICPPVnkGFP et une inoculation par agro-infection à partir d’une souche Agrobacterium tumesfasciens contenant l’isolat viral pBINPPVnkGFP. L'emploi de ces deux méthodes d'inoculation nous a permis de mettre en évidence une variabilité de la réponse au PPV en fonction de la méthode utilisée. En conséquence, cette étude visait donc à identifier le ou les facteur(s) de la plante hôte impliqué(s) dans l'infection virale. L'agro-infection de populations recombinantes (F2 et RIL), de lignées multi-parentales ainsi que l'emploi de la génétique d'association a mis en évidence chez St-0 ainsi que dans plusieurs accession distinct (sept) un locus majeur sur le groupe de liaison 3, appelé sha3. Il apparait indispensable dans le mouvement longue distance du PPV. De plus l'utilisation de la génétique d'association a permis d'initier la cartographie fine de sha3 et de réduire considérablement le nombre de gènes candidats. Un criblage de mutants a été initié afin de déterminer le ou les gènes candidats contrôlant le phénotype Sha3. Après inoculation mécanique, l’analyse d'une population recombinante a mis en évidence la présence d’un locus majeur, distinct de sha3 et positionné au milieu du bras long du groupe de liaison 1. Ce locus co-localise avec rpv1, locus identifié précédemment dans la descendance Cvi x Ler (Sicard, Loudet et al. 2008). Ce même locus a été également confirmé à la fois dans une population multi-parentale et par une approche de génétique d'association. Un gène candidat est actuellement en cours de validation au laboratoire. Une étude visant à décomposer le mécanisme de résistance porté par l’accession JEA a été mise en place. Dans ce cas, il apparait que la propagation du virus est inhibée dans les feuilles de la rosette mais pas dans les tissus floraux. Ainsi, la résistance/sensibilité au PPV chez JEA est fortement conditionnée par les stades physiologiques de la plante hôte. Des travaux complémentaires seront indispensables afin de décrire plus finement ce mécanisme de résistance très particulier. Au terme de cette thèse, nous nous attendons à ce que l’identification de ces nouveaux gènes de résistance chez Arabidopsis permette, après transfert, d’accroître la diversité des sources de résistance à la Sharka chez les arbres fruitiers. / The Plum Pox Virus (PPV) infects Prunus species (stone fruit) and is the causal agent of the Sharka disease. This disease is vastly devastating for fruit and plant productivity and quality. Its cost reaches 10 billions of euros over the last 30 years. Breeding programs have been carried out with the aim to implement resistant cultivars but the number of sources of resistance in Prunus species is rather limited. It has been shown in the laboratory that this virus is able to infect Arabidopsis thaliana with a wide range of response to infection. Indeed, we observed that accessions St-0 and JEA had a resistant behavior, while accession Cvi-1 was partially resistant. Two inoculation methods were compared: mechanical inoculation from Nicotiana benthamiana leaves inoculated with pICPPVnkGFP and agro-inoculation infection from an Agrobacterium strain containing the viral isolate tumesfasciens pBINPPVnkGFP. The use of these two methods of inoculation allows us to highlight variability in the response to PPV depending on the method used. This study aims to identify the factor (s) of the host (s) involved in viral infection. Agro-infection of recombinant populations (F2 and RIL), multi-parental lines and the use of genetic association demonstrate in St-0 and several distinct accessions (seven) a major locus on linkage group 3, called sha3. It appears essential in the long-distance movement of PPV. Use of association genetics helped initiate the fine mapping of sha3 and significantly reduce the number of candidate genes. Screening of mutants was initiated to determine the gene controlling the phenotype Sha3. After mechanical inoculation, the analysis of a recombinant population revealed the presence of a major locus positioned in the middle of the long arm of linkage group 1. This locus co-localizes with rpv1, previously identified in Cvi x Ler offspring (Sicard, Loudet et al. 2008). The same locus was also confirmed with a multi-parental population and by a genetic association approach. A candidate gene is currently being validated in the laboratory. The study of the resistance mechanism carried by the accession JEA was initiated. In this case, it appears that the spread of the virus is inhibited in basal leaves but not in floral stem. The resistance / susceptibility to PPV in JEA appear to be strongly influenced by the physiological stages of the host plant. Further work will be necessary to describe more precisely this resistance mechanism very special. At the end of this thesis, we expect that the identification of these new resistance genes in Arabidopsis allows, after transfer, to increase the diversity of sources of resistance to plum pox virus in fruit trees.

Régulation post-traductionnelle des canaux potassiques par les CPKs (Protéines Kinases Dépendantes du Calcium) chez Arabidopsis thaliana : un rôle dans la réponse adaptative aux stress environnementaux ? Les canaux potassiques de la famille Shaker sont des voies majeures du transport de K+ à travers la membrane plasmique. Ces canaux sont impliqués dans l'absorption du potassium depuis le sol et dans sa redistribution dans les parties aériennes de la plante. Ils sont également impliqués dans les mouvements stomatiques et sont pour cela finement régulés. Ils peuvent subir des modifications post-traductionnelles telle que la phosphorylation par des protéines kinases. L'objectif principal de ce travail de thèse s'inscrit dans ce contexte et a pour but d'évaluer l'implication des CPKs dans la régulation post-traductionnelle des canaux Shaker. Les mécanismes d'action de deux CPKs (CPK13 et CPK6) sur la sous-unité entrante KAT2 sont plus spécifiquement étudiés. La première partie du travail de thèse avait pour but de mettre en place le matériel nécessaire pour l'étude en réalisant les clonages, la production des protéines recombinantes et leur caractérisation et testant les premiers effets des CPKs sur l'activité des canaux en expression hétérologue. La seconde partie concerne l'étude du rôle de CPK13 dans la régulation stomatique via la sous-unité KAT2. Nous montrons que la sur-expression de CPK13 dans les lignées transgéniques induit, à court terme, un défaut dans l'ouverture stomatique et également, à long terme, un défaut dans la croissance de la plante. L'existence d'une interaction physique à la membrane plasmique entre CPK13 et KAT2 est montrée à l'aide de la technique de FRET-FLIM. et la phosphorylation de la sous-unité KAT2 par la protéine recombinante CPK13 est montrée in vitro à l'aide de puces à peptides. Enfin, il est montré par voltage-clamp en ovocyte de xénope que CPK13 inhibe l'activité de KAT2 de plus de 60%. Dans la dernière partie, nous présentons un ensemble de résultats qui suggèrent un rôle de CPK6 dans la tolérance au stress salin via son action sur KAT2. Il est en effet connu qu'en cas de stress salin, l'activité des canaux responsables de l'influx de potassium est stimulée, ce qui contribue au maintien d'un faible ratio Na+/K+ dans les cellules. Or, nous montrons un effet activateur de la CPK6 sur l'activité de KAT2, à l'aide de la technique de voltage-clamp. Nous montrons que l'expression du gène CPK6 est très augmentée en réponse à un stress salin et que ceci est concomitant avec le déclenchement d'une vague calcique en réponse à ce même stress. L'utilisation de lignées GUS a permis de vérifier que les patrons d'expression des gènes CPK6 et KAT2 sont identiques chez Arabidopsis thaliana. Enfin, nous montrons une interaction physique entre le canal KAT2 et la protéine CPK6 (FRET-FLIM) et la phosphorylation de KAT2 par CPK6 (puces à peptides). / Post-translational regulation of potassium channels by CPKs (Calcium-dependent Protein Kinases) in Arabidopsis thaliana: a role in adaptive response to environmental stresses?Potassium Shaker channels are major pathways for K+ across plant cell plasma membrane. These channels are implicated in K+ absorption from soil and in its redistribution throughout the plant. They are more particularly implicated in stomatal movement and therefore are finely regulated. They can especially undergo post-translational modifications such as phosphorylation by protein kinases. The aim of this work is to determine the implication of CPKs (Ca2+-dependent Protein Kinases) in Shaker channel post-translational regulation. CPK13 and CPK6 molecular mechanisms of action on Shaker sub-unit KAT2 activity are specifically studied here. First part of this work consisted in cloning, producing and characterizing recombinant proteins and broad screening of CPK effects on Shaker channel activity, using heterologous expression. Second part focuses on the role of CPK13 in stomatal regulation through its effect on KAT2 activity. Over-expression of CPK13 in plant is shown to induce a defect of stomatal aperture and plant growth. KAT2 and CPK13 interaction at the plasma membrane is evidenced by using FRET-FLIM technique. KAT2 phosphorylation by CPK13 is checked on peptide arrays. Finally, a 60% decrease of KAT2 activity by CPK13 is shown using voltage-clamp on xenopus oocyte. Third and last part of this work suggests a role of CPK6 in salt stress resistance through KAT2 channel regulation. Inward potassium channels are indeed known to be activated upon salt stress to contribute keeping a low Na+/K+ ratio. Now, voltage-clamp technique demonstrates that KAT2 activity is increased by CPK6 and salt stress is shown to both increase CPK6 expression and elicit a calcium wave. Using GUS lines evidences KAT2 and CPK6 co-expression in Arabidopsis thaliana (in phloem and guard cells). Physical interaction between these two partners is shown by FRET-FLIM, and KAT2 phosphorylation by CPK13 gets strong support from peptide array assays.

La recombinaison méiotique initiée en prophase I de méiose génère soit des crossing-over (COs), qui sont des échanges réciproques entre segments chromosomiques, ou des conversions géniques non associées aux COs (NCOs). Les deux types d'événements se produisent dans de petites régions (moins de 10 kilobases) appelées points chauds, qui sont distribuées de manière non homogène le long des chromosomes. L'objectif de ma thèse était la caractérisation d'un point chaud de recombinaison méiotique (nommée 14a) chez Arabidopsis thaliana (i) dans différentes accessions (ii) dans le mutant msh4, un gène impliqué dans la formation des COs. Dans les deux hybrides ColxLer et ColxWs (i) 14a a un taux très élevé de COs 0,85% et 0,49%, respectivement (ii) Les COs sont regroupés dans deux petites régions de quelques kilobases, 14a1 et 14a2 avec une distribution de type gaussienne observée aux points chauds décrits dans d'autres espèces (iii) 14a1 est aussi un point chaud de NCO avec un taux aussi élevé que celui des COs (0,5%) dans ColxLer (iv) un biais de l'initiation de recombinaison a été trouvé dans 14a1 aussi bien pour les COs que les NCOs dans le fond génétique ColxLer.Une réduction de la fréquence de CO a été observée dans le mutant msh4 dans le fond génétique ColxLer à 14a1 et 14a2 (6,4% et 18,7% par rapport au sauvage). Cela confirme le rôle précédemment connu de la protéine MSH4 impliqué dans la formation de CO. La fréquence de NCO à 14a1 est similaire à celle observéedans le fond sauvage. Le rôle des H3K4 histones trimethyltransferase d’Arabidopsis dans la recombinaison méiotique (comme précédemment observé comme Set1 chez S. cerevisiae ou PRDM9 chez les mammifères) a également été étudiée. Aucun des dix gènes d’histones méthyltransférase étudié n'a montré de rôle dans la méiose. Cela pourrait être dû à (i) une forte redondance de la fonction entre les protéines (ii) une autre histone méthyltransférase en charge de l'étiquetage des points chauds de recombinaison méiotique (plus de 29 putatif histone méthyltransférase ont été identifiés dans le génome d'Arabidopsis!) (iii) contrairement à S. cerevisiae, les souris et l'homme, un autre mécanisme de contrôle épigénétique de la recombinaison méiotique. / Meiotic recombination initiated in prophase I of meiosis generates either crossovers (COs), which are reciprocal exchanges between chromosome segments, or gene conversion not associated to crossovers (NCOs). Both kinds of events occur in narrow regions (less than 10 kilobases) called hotspots, which are distributed non-homogenously along chromosomes. The aim of my PhD was the characterization of a hotspot of meiotic recombination (named 14a) in Arabidopsis thaliana (i) across different accessions (ii) in msh4 mutant, a gene involved in CO formation. In both ColxLer and ColxWs hybrids (i) 14a had a very high rate of COs 0.85% and 0.49%, respectively (ii) COs clustered in two small regions of a few kilobases, 14a1 and 14a2 with typical Gaussian curve distribution observed in other organisms (iii) 14a1 was also a hotspot of NCO with high rate (0.5%) in ColxLer (iv) a bias of recombination initiation at 14a1 CO and NCO hotspot was found in ColxLer. A reduction of CO frequency was observed in msh4 mutant in ColxLer background at 14a1 (6.4%) and 14a2 (18.7%) compared to wild type. This confirmed previously known role of MSH4 protein in CO formation. Frequency of NCO at 14a1 was similar to wild type. The role of putative Arabidopsis histone H3K4 trimethyltransferase in meiotic recombination as previously observed like Set1 in S.cerevisiae or PRDM9 in mammals (mice and human) was also studied. None of ten putative histone methyltransferase genes was involved in meiosis. This could be due to (i) a strong redundancy of function between gene products (ii) another histone methyltransferase in charge of labeling meiotic recombination hotspots (more than 29 putative histone methyltransferase have been identified in the Arabidopsis genome!) (iii) contrary to S. cerevisiae, mice and humans, another mechanism for epigenetic control of meiotic recombination

Le contrôle combinatoire de l’ expression des gènes est une caractéristique importante du profil spatio-temporel de l'accumulation des flavonoïdes chez les plantes. Des résultats précédents avaient démontré chez Arabidopsis thaliana, que la régulation de l’accumulation des anthocyanes et des proanthocyanidines repose sur l'activité de facteurs de régulation de la transcription de type R2R3-MYB et bHLH qui forment des complexes ternaires ("MBW") avec la protéine TTG1 (WDR). L'objectif de la thèse était de caractériser les complexes MBW impliqués et leurs cibles, pour avoir une compréhension globale des mécanismes transcriptionnels qui contrôlent la biosynthèse des flavonoïdes.En utilisant différentes approches génétiques et moléculaires, nous avons montré que seuls les gènes « tardifs » (c’est à dire DFR, LDOX, BAN, TT19, TT12 et AHA10) sont des cibles directes des complexes MBW. Bien que le complexe de régulation impliquant les protéines TT2-TT8-TTG1 ait un rôle majeur dans la régulation de ces gènes structuraux dans la graine d’Arabidopsis, trois autres complexes contenant MYB5, GL3 ou EGL3 sont également impliqués de façon tissu-spécifique. Comme l’expression du gène TT8 joue un rôle clef dans ces régulations, une dissection fonctionnelle de son promoteur a été entreprise. Elle a montré la nature modulaire de ce promoteur avec deux domaines impliqués dans l’expression tissu-spécifique et un troisième dans la force du promoteur. Les résultats obtenus suggèrent également l’existence d’autres régulateurs qui restent à caractériser. Enfin, nous avons développé une nouvelle technique de caractérisation des interactions entre les facteurs de transcription et les promoteurs, basée sur l’expression transitoire dans des protoplastes de mousse (i.e. Physcomitrella patens). Nous avons ainsi pu identifier les éléments cis des promoteurs impliqués dans la régulation de l’expression de TT8 et de chacun des promoteurs cibles des complexes MBW.L’ensemble de ces travaux permet de fournir un modèle plus complet du réseau de régulations transcriptionnelles qui contrôle la biosynthèse des proanthocyanidines et des anthocyanes, ainsi que des outils et de nouvelles pistes pour poursuivre ces études chez Arabidopsis et d’autres plantes. / The combinatorial control of gene expression is a key feature of the spatio-temporal pattern of flavonoid accumulation in plants. Previous results have shown that the regulation of anthocyanins and proanthocyanidins (PAs or tannins) pigmentation relies on the transcriptional activity of R2R3-MYB and bHLH proteins that form “MBW” ternary complexes with TTG1 (WD-Repeats), in Arabidopsis thaliana. The purpose of the thesis was to figure out the nature and spatio-temporal activity of these MBW complexes and to identify their direct targets, which were essential steps toward a comprehensive understanding of the transcriptional mechanisms that control flavonoid biosynthesis. Using different molecular and genetic approaches this thesis has demonstrated that only late biosynthetic genes (namely DFR, LDOX, BAN, TT19, TT12 and AHA10) are direct targets of the MBW complexes. Interestingly, although the TT2-TT8-TTG1 complex was shown to play the major role in regulating the expression of these structural genes in developing seeds, three additional MBW complexes that contain MYB5, GL3 or EGL3 are also involved, in a tissue-specific manner. Because the expression of TT8 is largely involved in these regulations, a functional dissection of its promoter was carried out. Two modules drive the tissue-specific activity of the TT8 promoter in PA- and anthocyanin-accumulating cells, and a third module is responsible for the strength of the promoter. Interestingly, this regulation involves at least six different MBW complexes. Our results also suggest that some putative new regulators remain to be discovered. Last, use of a newly developed fast and sensitive transient expression system that relies on protoplasts of the moss Physcomitrella patens has allowed the identification of both, specific cis-regulatory elements through which TT8 expression is regulated and the minimal promoter for each of the genes that are targeted by the MBW complexes.Altogether, by answering fundamental questions and by demonstrating or invalidating previously made hypotheses, we have provided a new and comprehensive view of the regulatory mechanisms controlling PA and anthocyanin biosynthesis in Arabidopsis, as well as new clues and tools for further investigation of this pathway in Arabidopsis and other plant species.

Le traitement photodynamique antimicrobien (acronyme anglais APDT) est apparu comme une solution alternative pour lutter contre les microorganismes multi-résistants. Cette méthode basée sur l'utilisation de photosensibilisateurs dont les porphyrines, fonctionne aussi contre les agents pathogènes des plantes ce qui nous a conduit à proposer une approche de type APDT dans le domaine de l’agriculture. Au cours de ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés au côté « vert » de la mise en place de cette approche en réalisant une étude approfondie sur des plantules de deux espèces végétales: Arabidopsis thaliana et Lycopersicum esculentum (tomate) et sur une suspension cellulaire de tabac (TBY-2). Des porphyrines anioniques et cationiques hydrosolubles ont été testées. Nous avons montré qu’aucune de ces porphyrines testées à forte concentration (⩾ 80 μM) n’était cytotoxique à l’obscurité sur les plantules ou la suspension. Par contre sous photopériode (16h), les porphyrines cationiques testées à faible concentration (3,5 μM) se sont révélées létales pour les plantules d’Arabidopsis alors qu’elles n’ont fait que ralentir la croissance des plantules de tomate. Etonnamment, les porphyrines anioniques même testées à forte concentration n’ont pas (ou très peu) induit d’altérations de croissance des plantules. Cette situation se trouve inversée dans les cellules TBY-2 qui sont beaucoup plus sensibles aux porphyrines anioniques photoactivées qui induisent leur mort par apoptose. Ce modèle cellulaire nous a permis de comprendre i) les mécanismes d'interaction porphyrines anioniques avec la paroi cellulaire et ii) quels mécanismes étaient mis en place dans les cellules en réponse au stress photodynamique. En conclusion, ces études préliminaires sur le végétal laissent sérieusement entrevoir la possibilité de développer l’APDT en agriculture ciblée aux pathogènes de plantes et sans effet notable sur les plantes d’intérêt agronomique et les microorganismes du sol. / Antimicrobial photodynamic treatment (APDT) has emerged as an alternative modality to strive against multidrug-resistant microorganisms. This method, based on the use of photosensitizers including porphyrins, has also shown substantial efficiency to kill plant pathogens. This led us to propose an APDT approach in the field of agriculture. During this thesis work, we were interested in the "green" side of this approach. Thus, we performed an in-depth study on two plant species: Arabidopsis thaliana and Lycopersicum esculentum (tomato) and on Tobacco Bright Yellow-2 suspension culture (TBY-2 cells) using anionic and cationic water-soluble porphyrins. We have shown that none of these porphyrins tested at high concentration (⩾ 80 μM) was cytotoxic on plantlets or suspension cells under dark conditions. On the other hand, the cationic porphyrins tested at low concentration (3.5 μM) were lethal for Arabidopsis while they only slowed the growth of tomato plantlets under 16 h photoperiod. Surprisingly, the same anionic porphyrins tested at high concentrations did not induce growth alterations of both plantlets. This situation is reversed in TBY-2 cells, which are much more sensitive to photoactivated anionic porphyrins that induce apoptosis-like cell death. TBY-2 cells allowed to understand i) the interactions of anionic porphyrins with the cell wall and ii) the induced cellular and molecular mechanisms in response to photodynamic stress. In conclusion, these preliminary studies on the plants and plant cells suggest the possibility of developing APDT in agriculture. It will be targeted to plant pathogens without any side effects on plants of agronomic interest and soil microorganisms.

Chez les plantes et les mammifères, la méthylation de l’ADN est une modification chromatinienne qui joue un rôle pivot dans le maintien de l’intégrité des génomes, notamment au travers de l’extinction épigénétique des éléments transposables (ET). Cependant, dans la mesure où la désamination spontanée des cytosines méthylées, qui peut conduire à des transitions C>T, est plus fréquente que celle des cytosines non méthylées, la méthylation est également intrinsèquement mutagène. Cette mutabilité accrue est de fait très certainement à l’origine de la déplétion en dinucléotides CpG observée dans les génomes de mammifères, naturellement méthylés à ces sites sauf au sein des «îlots CpG». A l’exception de cet effet bien connu, aucune étude à ce jour n’a exploré directement et de façon exhaustive l’impact de la méthylation sur le spectre des mutations spontanées. Dans ce travail, je tire profit d’une population de lignées epiRIL (epigenetic recombinant inbred lines) établie chez la plante Arabidopsis pour évaluer à l’échelle du génome l’impact de la méthylation de l’ADN sur le paysage mutationnel. Les epiRILs dérivent du croisement entre deux parents quasi- isogéniques, l’un sauvage et l’autre porteur d’une mutation conduisant à une réduction de 70% de la méthylation du génome, et il a pu être mis en évidence que des différences parentales de méthylation pouvaient être héritées de façon stable pour >1000 régions le long du génome. Au moyen de données de séquençage disponibles pour >100 epiRIL, j’ai effectué la caractérisation exhaustive des variants ADN (autres qu’ET) uniques à chaque lignée mais également en ségrégation parmi les epiRIL, ce qui constitue à terme une ressource pour les différentes équipes qui utilisent cette population. En analysant le patron de variants uniques, j’ai mis en évidence une réduction spécifique du taux de transitions C>T en lien avec l’hypométhylation stable dans les epiRIL. J’ai aussi pu décrire que si la remobilisation extensive des ET dans cette population a modelé le spectre des insertions et délétions ponctuelles, elle ne se traduit pas pour autant par des réarrangements récurrents. Je présente également les développements méthodologiques mis en place afin d’effectuer la caractérisation de QTL (quantitative trait loci) “épigénétiques” préalablement identifiés dans la population. / In both plants and mammals, DNA methylation plays a pivotal role in ensuring proper genome function and integrity, notably through the epigenetic silencing of transposable elements (TEs). However, as spontaneous deamination of 5- methylcytosine (5mC), which can lead to C>T transitions, is more frequent than that of unmethylated C, DNA methylation is also inherently mutagenic. This higher mutability of 5mC has indeed been proposed to explain the depletion in CpG dinucleotides in mammalian genomes, which are typically methylated at these sites except in socalled CpG islands. Despite this well-characterized effect of DNA methylation, we still lack a comprehensive view of its impact on the whole mutation spectrum in any given organism. Here, I take advantage of a population of so-called epigenetic Recombinant Inbred Lines (epiRILs) established in the flowering plant Arabidopsis thaliana to investigate the impact of DNA methylation on the spectrum of spontaneous mutations genome wide. The epiRIL population derives from a cross between a wild-type individual and a near-isogenic mutation deficient in DNA methylation, and it could be shown that parental differences in DNA methylation are stably inherited for at least 8 generations over >1000 regions across the genome. Building on whole-genome sequencing data available for >100 epiRILs, I performed a thorough characterization of non- TE DNA sequence variants that are either private to one line or segregating in the population, therefore establishing a resource for research groups that make use of the epiRIL population. Based on the pattern of private variants, I show a specific reduction in the rate of C>T transitions in the epiRILs, in line with the heritable hypomethylation in this population. I also describe that the extensive TE remobilisation at play among the epiRILs shapes the spectrum of short insertions and deletions yet does not translate into recurrent large-scale mutation events. On another note, I also present methodological developments aimed towards the identification of causal (epi)variants underlying so-called “epigenetic QTL” (quantitative trait loci) previously described in the epiRIL population.

Durante a anidrobiose (um estado ametabólico muito estável), o nematóide Panagrolaimus superbus tolera vários tipos de estresses físicos. A fim de melhor compreender essa extremotolerância, P. superbus foi submetido a regimes de hiperaceleração (RHA) de até 400.000 x g. Surpreendentemente, foi observado que esse verme tolera a exposição à RHA tanto dessecado (i.e., em anidrobiose) como hidratado. Para verificar se esse fenômeno era específico para essa espécie ou algo observável em outros organismos, os mesmos procedimentos experimentais foram realizados no organismo modelo Caenorhabditis elegans. Intrigantemente, C. elegans também mostrou o mesmo perfil de sobrevivência. Ademais, o desenvolvimento, comportamento, morfologia e crescimento populacional desse nematóide também foram analisados após a exposição ao RHA, não sendo observada quaisquer mudanças nesses parâmetros em função da exposição à hipergravidade. Em seguida, foram realizadas buscas (tBLASTn) no genoma de C. elegans por homólogos de genes relacionados ao gravitropismo que são naturalmente encontrados em plantas. Essa busca resultou nos genes dnj- 16 (homólogo ao ARG1), ipla-1 (homólogo ao SGR2) e uma sequência não caracterizada (homóloga a TWD1). Especial atenção foi despendida ao gene dnj-16, uma vez que é o mais conservado entre eles. As análises de RT-qPCR revelaram que o dnj-16 é ligeiramente regulado para baixo durante o RHA, o que não era esperado caso ele possuísse função semelhante ao seu homólogo em plantas. A análise do estado metabólico desse nematoide durante o RHA lançou luz sobre os dados de RT-qPCR, mostrando que a queda na expressão de dnj-16 é provavelmente devida à centrifugação. Posteriormente, diversas análises in silico foram realizadas a fim de caracterizar o gene dnj-16 e a sua respectiva proteína. Inicialmente, a análise comparativa dos domínios DnaJ, transmembrana e coiled coil das proteínas dnj-16, ARG1, ARL1 e ARL2 apontou para uma grande semelhança não apenas na sequência como na estrutura dessas proteínas. Essa grande similaridade motivou análises para desvendar o papel e a origem do gene dnj-16. Três hipóteses ((i) homologia, (ii) convergência e (iii) transferência gênica horizontal (TGH)) foram consideradas na investigação desse intrigante gene. Os resultados obtidos nas análises in silico apontaram para uma TGH mediada por RNA, potencialmente ocorrida a 1325 m.a., como a hipótese mais plausível para explicar a origem de dnj-16 e algumas espécies parasitas do gênero Phytophthora como prováveis mediadores dessa transferência. Dessa forma, os dados apresentados nessa tese mostram pela primeira vez que C. elegans é tolerante a RHA ordens de magnitude mais altas do que se pensava serem compatíveis com a vida multicelular. Além disso, os dados sugerem que dnj-16 foi transferido horizontalmente de plantas para nematoides e que a ultracentrifugação leva a uma redução no metabolismo de C. elegans, o que ajudaria a explicar a sua sobrevivência sob tal condição extrema. Por fim, o conjunto de dados desse trabalho representa contribuições originais para a compreenção da biologia, da genética e da evolução de C. elegans. / During anhydrobiosis (a very stable ametabolic state), the nematode Panagrolaimus superbus tolerates many types of physical stresses. In order to better understand this extremotolerance, P. superbus underwent hyperacceleration regimes (RHA) of up to 400,000 x g. Surprisingly, it was observed that this worm tolerated RHA exposure both dried (i.e., during anhydrobiosis) and hydrated. In order to verify if this phenomenon was specific for this species or something observable in other organisms, the same experimental procedures were performed in the model organism Caenorhabditis elegans. Intriguingly, C. elegans also showed the same survival profile. In addition, the development, behavior, morphology and population growth of this nematode were also analyzed after the exposure to RHA and no changes were observed in these parameters due to the hypergravity exposure. Thereafter, searches (tBLASTn) were performed on C. elegans genome by homologs of gravitropism related genes that are naturally found in plants. These searches resulted in the genes dnj-16 (homologous to ARG1), ipla-1 (homologous to SGR2) and an uncharacterized sequence (homologous to TWD1). Special attention was given to dnj-16 gene, since it is the most conserved among them. RT-qPCR analyzes revealed that dnj-16 is slightly down regulated during RHA, which was not expected if it had similar function to its homologue in plants. Analysis of the metabolic status of this nematode during RHA shed light on the RT-qPCR data, showing that the decrease in dnj-16 expression was probably due to centrifugation. Subsequently, several in silico analyzes were performed in order to characterize the dnj-16 gene and its respective protein. Initially, the comparative analyzis of the DnaJ, transmembrane and coiled coil domains of dnj-16, ARG1, ARL1 and ARL2 proteins pointed to a great similarity not only in the sequence as well as in the structure of these proteins. This great similarity motivated analyzes in order to uncover the real nature of the dnj-16 gene. Three hypotheses ((i) homology, (ii) convergence and (iii) horizontal gene transfer (HGT)) were considered in the investigation of this intriguing gene. The results obtained in the in silico analyzes indicated an RNA mediated TGH, potentially occurred 1325 my (millions of years), as the most plausible hypothesis to explain the origin of dnj-16 and some parasitic species of the Phytophthora genus as probable mediators of this transference. Therefore, data presented in this thesis show for the first time that C. elegans tolerates RHA of magnitude orders higher than it was thought to be compatible with multicellular life. In addition, the data suggest that dnj-16 was transferred horizontally from plants to nematodes and that ultracentrifugation leads to a reduction in C. elegans metabolism, which would help explain its survival under such extreme condition. Finally, the data set of this work represent original contributions to the understanding of the C. elegans\' biology, genetics and evolution.