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Les plantes se développent et évoluent en interaction avec les organismes du sol. L'impact des vers de terre sur la croissance des plantes, généralement positif, a été attribué à des modifications physiques, chimiques ou biochimiques du sol, souvent sans démonstration rigoureuse. Dans ce travail, les techniques développées en sciences du végétal (culture in vitro, utilisation de mutants et transcriptomique) ont été utilisées afin de comprendre les mécanismes à l'origine de l'effet des vers de terre sur les plantes. Nos résultats apportent de nouvelles connaissances fondamentales: (1) la production de molécules-signal à l'intérieur des déjections de vers de terre a un impact significatif sur la croissance d'Oryza sativa et Lolium perenne. (2) Ces molécules agissent sur la voie de signalisation fortement liée à l'auxine, comme suggéré par l'effet significatif du ver de terre sur la croissance du double mutant d'A. thaliana aux1-7;axr4-2. (3) L'abondance de ces molécules-signal en présence de vers de terre pourrait être liée à la stimulation de certaines populations bactériennes capables de synthétiser de l'auxine. (4) Le ver de terre induit une accumulation de transcrits pour des gènes sous contrôle de l'acide jasmonique et de l'éthylène. Ces hormones sont notamment impliquées dans un mécanisme de résistance systémique induite (ISR), connu pour être induit par certaines rhizobactéries promotrices de la croissance des plantes. Enfin, (5) le piétin échaudage, maladie due à un champignon pathogène, déclenche chez le blé (Triticum aestivum) une réaction d'hypersensibilité et une modification de la signalisation hormonale, qui sont considérées comme des mécanismes de contrôle du métabolisme de la plante qui facilitent l'infection du pathogène. La sévérité de cette maladie est réduite en présence de vers de terre. La synthèse de ces résultats indique que les vers de terre, comme d'autres organismes du sol, modifient l'équilibre hormonal de la plante. L'homéostasie hormonale apparaît comme un élément incontournable pour prédire l'issue des interactions multiples que les plantes entretiennent avec les organismes du sol / Plants develop and evolve in interaction with soil organisms. The impact of earthworms, likely positive, has been attributed to modifications of physical, chemical or biochemical soil properties, without rigorous demonstration. In this work, techniques developed in plant science (in vitro culture, use of mutant plants and trancriptomic analysis) were used to understand the mechanism involved in the effect of earthworms on plants. Our results bring new fundamental knowledge: (1) production of signal-molecules within earthworm dejections has a positive impact on the growth of Oryza sativa and Lolium perenne. (2) These molecules act on auxin signaling, as suggested by the positive impact of the earthworm on the growth of A. thaliana double mutant aux1-7;axr4-2. (3) The abundance of these signal-molecules in presence of the earthworms could be related to the stimulation of bacterial communities able to produce auxin. (4) Earthworms induce an accumulation of gene transcripts known to be under control of jasmonic acid and ethylene. These two hormones are most notably involved in the defense mechanism called induced systemic resistance (ISR), known to be induced by plant growth promoting rhizobacteria. Finally, (5) Take-all disease, due to a pathogenic fungus, induced in wheat (Triticum aestivum) a hypersensitive response and a modification on hormone signaling, which are known as manipulations of plant metabolism in a way that facilitates pathogen infection. The severity of take-all disease was alleviated in the presence of earthworms. Synthesis of these results showed that earthworms, like other soil organisms, modify the hormone balance in the plant. Hormone homeostasis appeared to be an important element to predict the issue of the multiple interactions that plants established with soil organisms

La capacité des plantes à répondre aux stress de l'environnement, qu'ils soient de nature biotique ou abiotique, tient au fait qu'elles sont capables d'intégrer les signaux perçus grâce à des mécanismes de transduction du signal rapides et efficaces. La perception, le décodage et la mise en place de réponses biologiques adaptées font appel à de nombreux acteurs moléculaires tels que le calcium (Ca2+), second messager majeur de la signalisation Eucaryote. Parmi les "senseurs de calcium", la calmoduline (CaM) est la protéine la plus connue. Il existe des protéines apparentées à la CaM, spécifiques aux plantes, les Calmodulin-like (CMLs). Les CMLs sont très peu étudiées et la caractérisation de leurs rôles ouvre de larges perspectives sur l'identification des réseaux de régulation. L'objectif de ce travail de thèse a concerné un partenaire nucléaire d'une de ces CMLs, AtCML9, le Pseudo-Response Regulator 2 (PRR2), une protéine atypique contenant un domaine de liaison à l'ADN de type GARP et de fonction inconnue. Au cours de ce travail, des analyses moléculaires et biochimiques ont permis de caractériser le rôle de PRR2 dans l'immunité végétale, et en particulier en réponse à Pseudomonas syringae. L'étude de lignées perte ou gain de fonction a permis de mettre en évidence que PRR2 agit comme un régulateur positif des défenses lors de l'infection par la bactérie pathogène hémibiotrophe Pst DC3000 à travers la modulation de l'acide salicylique, de composés de défense tels que la protéine PR1 et la camalexine. Les analyses phénotypiques réalisées en réponse à différentes souches de Pseudomonas ont permis de préciser que PRR2 contribue à la mise en place des défenses à travers la signalisation dépendante de l'acide salicylique et de l'injection des effecteurs bactériens. Dans une deuxième partie, l'interaction entre PRR2 et des facteurs de transcription spécifiques aux plantes, les TCPs (Teosinte Branched 1, Cycloidea and PCF), a été étudié. Ces analyses ont montré une spécificité d'interaction entre PRR2 et TCP19 ou TCP20. Ces interactions stabilisent et relocalisent PRR2 dans des domaines nucléaires spécifiques. Ces données suggèrent une forte régulation post-traductionnelle de la protéine PRR2 qui pourrait s'avérer nécessaire à sa fonction biologique. / Plants are able to perceive and respond to diverse biotic or abiotic environmental cues. This ability relies on efficient signalling pathways that are ultimately associated with genetic reprograming. These responses involve various actors of the signalling pathways such as calcium (Ca2+) transients which act as a second messenger in eukaryotic cells. The variations in intracellular Ca2+ concentrations are perceived by calcium sensors. The calmodulin (CaM) is an ubiquitous Ca2+ sensor well studied both in animal and plant cells. Comparatively, plants also possess CaM-related proteins called Calmodulin-like (CMLs) which are less studied and their role in plant physiology are emerging. The objective of this PhD work was to perform the functional analysis of PRR2 (Pseudo-Response Regulator 2), a plant specific transcription factor (with a GARP DNA binding domain) previously identified as an AtCML9-interacting partner. Using diverse genetic tools, we were able to study the role of PRR2 in plant immunity using the model plant Arabidopsis thaliana and a phytopathogenic bacteria, Pseudomonas syringae. Our study has shown that PRR2 acts as a positive regulator of plant defenses upon bacterial infection. We show that PRR2 could act by modulating the biosynthesis of the salicylic acid (SA), and the production of defense-associated compounds such as PR1 and camalexin. Collectively our data indicate that PRR2 acts as a positive regulator of plant defense associated with SA. In the aim to better understand how PRR2 could be involved in different physiological responses, we search for PRR2-interacting partners. We have more precisely worked on the interactions between PRR2 and the TCPs (Teosinte branched 1, Cycloidea and PCF) which are also plant specific transcriptions factors involved in different biological processes. We showed that PRR2 specifically interact with TCP19 or TCP20. As consequences, these interactions stabilize PRR2 and relocalize the complex in specific nuclear subdomains.

Bien que les plantes et les animaux diffèrent largement par plusieurs aspects, certaines fonctions biologiques sont extrêmement conservées entre ces deux règnes. Au cours du développement d’un organisme, la mise en place d’un organe possédant une forme, une taille et une fonction précise résulte de la coordination de plusieurs processus cellulaires tel que la prolifération et l’expansion cellulaire. Translationally Controlled Tumor Protein (TCTP) est une protéine très conservée chez tous les eucaryotes. Sa mutation entraine une létalité au stade embryonnaire, démontrant son importance dans le développement de l'organisme. De plus, il a été montré que TCTP contrôlait la croissance des organes en régulant la progression du cycle cellulaire et plus particulièrement la transition G1/S chez les plantes et les animaux. Chez les animaux, les voies moléculaires par lesquelles TCTP contrôle la prolifération cellulaire commencent à être de mieux en mieux décrites. En revanche chez les plantes, ces mécanismes restent très peu connus. Afin de comprendre plus précisément comment TCTP contrôle la prolifération cellulaire et le développement chez Arabidopsis thaliana, les intercateurs potentiels de TCTP ont été identifiés. Parmi eux, CSN4, une sous-unité du complexe COP9 Signalosme (CSN) a été trouvée. CSN est connue pour être impliquée dans le contrôle de l’état de neddylation des CULLINES (CUL) et donc influencent l’activité des complexes CULLIN-RING ubiquitine ligases (CRLs). Les CRLs, par leur activité d’ubiquitination, sont connus pour contrôler l’accumulation de certains acteurs clés du cycle cellulaire, tel que les Cyclines ou les Kip Related Proteins. Au cours de ma thèse, j’ai donc étudié l’interaction entre TCTP et CSN4, afin d’évaluer si le complexe CSN pouvait être l’intermédiaire moléculaire entre TCTP et le cycle cellulaire. Via des approches génétique, biochimiques et cellulaires j’ai pu montrer que TCTP interagissait physiquement avec CSN4 dans le cytoplasme. De plus, par la caractérisation phénotypique de plantes et de cultures cellulaires sur- ou sous-exprimant ces deux gènes, j’ai pu mettre en évidence que TCTP et CSN4 interagissaient génétiquement et que ces deux protéines contrôlaient la transition G1/S du cycle cellulaire. Dans le but de comprendre si l’interaction entre ces deux protéines pouvait interférer avec la fonction du complexe CSN, j’ai analysé par une approche biochimique l’état de neddylation de CUL1 dans les lignées transgéniques. Les données démontrent que la perte de fonction de TCTP accroit la fraction déneddylée de CUL1, alors que sa surexpression augmente la fraction de CUL1 neddylée. Ces données suggèrent que l’interaction est fonctionnelle et que TCTP interfère négativement avec la fonction de CSN. Ainsi, j’ai établi un modèle putatif pour expliquer comment TCTP régule la progression du cycle cellulaire via une interférence avec l’activité de deneddylation du CSN, et donc contrôle l’activité des complexes CRLs. Dans la dernière partie de ma thèse, afin de comprendre si le rôle de TCTP est conservé chez les animaux, j'ai par une approche biochimique évaluée la neddylation de CUL1 chez Drosophila melanogaster. Mes données montrent que comme chez Arabidopsis, la fraction déneddylée de CUL1 augmentait dans des larves de drosophile sous-accumulant TCTP, suggérant que ce mécanisme puisse être conservé entre l’Arabette et la drosophile / While plants and animals largely diverge in several major aspects, some biological functions are highly conserved between these kingdoms. During organism development, the correct implementation of organs with unique shape, size and function is the result of coordinated cellular processes as cell proliferation and expansion. Translationally Controlled Tumor Protein (TCTP) is a highly conserved protein among all eukaryotes. TCTP mutation leads to embryo lethality, indicating that it is mandatory for organism development. Moreover, it has been shown that TCTP controls organ growth by regulating the G1/S transition and cell cycle progression both in plants and animals. In animals, the molecular pathways by which TCTP controls cell proliferation are well known. However, in plants, the mechanism implicating TCTP in the control of development and cell cycle is less understood. To better understand how TCTP controls cell proliferation and development in Arabidopsis thaliana, the putative TCTP interactors were identified. Among them, CSN4, a subunit of the COP9 signalosome complex (CSN) known to be involved in the control of CULLINS (CUL) neddylation status and CULLIN-RING ubiquitin ligases (CRLs) activity, was identified. Through their ubiquitination activity, CRL complexes are known to control the accumulation of mains cell cycle regulators as Cyclins or Kip Related Proteins. Thus, during my PhD, I studied the interaction between TCTP and CSN4, in order to evaluate if CSN complex could link TCTP to cell cycle control. I used genetic, cellular and biochemical approaches to demonstrate that TCTP and CSN4 interact in the cytoplasm. Phenotypic characterization of plants and cell cultures down- or overexpressing these genes demonstrated that TCTP and CSN4 interact genetically to control G1/S transition. In order to understand if the interaction between these two proteins could interfere with the CSN complex function, I characterized CUL1 neddylation status in transgenic lines misexpressing TCTP and CSN4. Loss of function of TCTP increases the non-neddylated CUL1 fraction, while overexpression of TCTP increases neddylated CUL1 form. These data show that TCTP interferes with the role of CSN complex in regulating CUL1 neddylation. Accordingly, our data suggest that TCTP controls cell cycle progression via controlling CSN deneddylation activity, and thus influencing CRL activity. In the last part of my PhD, I addressed if this role of TCTP is conserved in animals. I used biochemical approach to evaluate CUL1 neddylation in Drosophila melanogaster downregulated for dTCTP. My data show that Drosophila larvae knockdown for dTCTP also leads to an increase of non-neddylated CUL1 fraction. These data suggest that the mechanism by which TCTP/CSN4 regulate cell cycle, is likely conserved between Arabidopsis and Drosophila

Les nématodes à galles (RKN), Meloidogyne spp. sont des petits vers parasites qui infectent les racines des plantes où ils induisent la formation de sites nourriciers. Les RKN sont des endoparasites à large gamme d'hôtes, englobant les principales espèces de plantes cultivées. Meloidogyne javanica, M. graminicola et M. incognita sont les principales espèces parasitant le riz (Oryza sativa). Le succès infectieux des RKN repose sur la production de protéines effecteurs de virulence, secrétées dans leurs glandes oesophagiennes et libérées dans les cellules de la plante hôte par leur stylet. La caractéristique principale des RKN est leur capacité à déréguler des cellules du parenchyme vasculaire pour induire la formation de cellules géantes multinucléées, à haute activité métabolique. Les processus moléculaires sous-jacents restent encore mal connus, alors que l’identification d’effecteurs de virulence et de leurs cibles végétales pourrait fournir de nouvelles perspectives pour le contrôle des RKN. Ainsi, les objectifs de cette étude étaient (1) d’évaluer le rôle de protéines de Meloidogyne sécrétées (MSP) au cours des interactions riz - RKN et (2) d'identifier des cibles des MSP parmi les principales protéines Hub d’Arabidopsis thaliana impliquées dans l'immunité des plantes, afin d'évaluer la fonction putative des MSP dans les cellules hôtes. Pour la première partie de notre étude, nous avons sélectionné trois MSP exprimées dans les glandes oesophagiennes et possiblement sécrétées. L’analyse de l’expression des gènes par RT-qPCR a montré que MSP2 est fortement exprimé dans les premiers stades du cycle du nématode, tandis que MSP18 et MSP19 sont activés au cours du parasitisme dans les racines du riz. Les essais de localisation subcellulaire dans les cellules d'oignon ont identifié le noyau (pour MSP2) et le cytoplasme (pour MSP7 et MSP18) comme compartiments cellulaires ciblés par les protéines du nématode. Des plants de riz (O. sativa Nipponbare) transgéniques ont été produits pour évaluer le rôle des MSP au cours des interactions riz-RKN. Des lignées de riz surexprimant MSP18 ont permis un taux de reproduction plus élevé de M. javanica et M. graminicola. Au contraire, des retards de développement et de reproduction de M. javanica ont été observés sur des lignées de riz exprimant des micro-RNAs capables de supprimer l’expression des gènes MSP2 ou MSP19. Ces données ont montré que MSP2, MSP18 et MSP19 peuvent être des gènes importants pour le parasitisme ou le développement du nématode. Les tests d'expression transitoire dans le tabac (Nicotiana benthamiana) ont montré que MSP18 peut interférer avec la mort cellulaire programmée déclenchée par INF1, ce qui suggère que MSP18 pourrait supprimer les voies de défense des plantes pour faciliter l’infection. Dans une deuxième partie de ce travail, des analyses systématiques en double-hybride chez la levure ont été menées pour vérifier les interactions protéine-protéine entre 6 MSP et 18 protéines Hub d’A. thaliana. Chez la levure, la protéine du nématode MSP400 interagit avec trois protéines Hub, l’Anaphase-Promoting-complex 8 (At-APC8) et les facteurs de transcription At-TCP14 et At-TCP15. L'interaction physique de MSP400 avec At-APC8, un régulateur clé du cycle cellulaire de la plante, a été confirmée in planta par complémentation bimoléculaire de fluorescence (BiFC). Ces résultats démontrent pour la première fois qu'un effecteur de nématode est capable d'interagir directement avec une protéine régulatrice du cycle cellulaire chez la plante, révélant un nouveau mécanisme utilisé par les RKN pour commander la machinerie du cycle de la cellule hôte et induire ainsi la formation du site d'alimentation. Les données obtenues dans cette étude élargissent considérablement notre connaissance des acteurs moléculaires qui contribuent à la pathogénicité des nématodes, mettant en évidence les différents mécanismes exploités par les RKN pour promouvoir la sensibilité des plantes. / Root-knot nematodes (RKN), Meloidogyne spp. are small parasitic worms that infect plant roots where they induce the formation of highly specialized nutrient feeding sites. RKN are endoparasites with a wide host range encompassing major plant crops, impairing effective specific control. Meloidogyne javanica, M. graminicola, and M. incognita are the principal RKN species responsible for rice (Oryza sativa) production losses. Successful plant infection is likely achieved by nematode effector proteins produced in their esophageal gland cells and released into the host plant cells through their stylet. In particular, one of the striking features of RKN is their ability to deregulate vascular parenchyma cells to induce the formation of multinucleated giant cells with a high metabolic activity in the roots. The molecular processes underlying plant-RKN interactions still remain poorly understood. Identification of nematode virulence effectors and their plant targets may provide new insights for developing control strategies towards RKN. Thus, the aims of this study were to (1) assess the role of Meloidogyne secreted proteins (MSP) in rice – RKN interactions and (2) identify MSP targets among the major Arabidopsis thaliana Hub proteins involved in plant immunity, to assess the putative MSP function into host cells. For the first part of our study, we selected three Meloidogyne-genus specific proteins expressed in esophageal glands and predicted to be secreted. Gene expression analysis by RT-qPCR showed that MSP2 is highly expressed in the early stages of the nematode cycle, while MSP18 and MSP19 are up-regulated during parasitism in rice roots. Subcellular localization assays in onion cells identified the nucleus (for MSP2) and cytoplasm (for MSP7 and MSP18) as the main cellular compartments targeted by nematode proteins. Transgenic rice (O. sativa Nipponbare) plants expressing the MSP cDNAs or artificial micro-RNAs (amiRNAs) able to silence MSP genes were used to assess the role of MSPs during rice-RKN interactions. Homozygous transgenic lines were inoculated with pre-parasitic juveniles (J2) and (i) the number and developmental stage of nematodes present in roots after 21 days, (ii) the number of egg masses laid after 28 days and, (iii) the number of next-generation hatched J2 after 45 days were assessed. Rice lines overexpressing MSP18 allowed a higher reproduction rate of M. javanica and M. graminicola. On the contrary, impaired M. javanica development and reproduction was observed in rice lines expressing amiRNAs against MSP2 or MSP19 genes. These data showed that MSP2, MSP18, and MSP19 genes might be important genes for nematode parasitism or development. Transient expression assays in tobacco (Nicotiana benthamiana) revealed that MSP18 interfered with the INF1-triggered programmed cell death, suggesting that MSP18 could suppress the plant defense pathways to facilitate nematode parasitism. In the second part of this work, systematic yeast-two-hybrid paired assays were conducted to check for protein-protein interactions between 6 MSP and 18 A. thaliana Hub proteins. In yeast, the nematode MSP400 protein interacts with three Hub proteins, the Anaphase-Promoting-Complex 8 (At-APC8) and the transcription factors At-TCP14 and At-TCP15. Physical interaction of MSP400 with At-APC8, a key plant cell cycle regulator, was confirmed in planta by bimolecular fluorescence complementation (BiFC) assays. These results demonstrated for the first time that a plant parasitic nematode effector is able to directly interact with a cell cycle regulatory protein, revealing a novel mechanism utilized by RKN to control the host cell cycle machinery and thereby induce feeding site formation. The data obtained in this study significantly broaden our knowledge of the molecular players contributing to nematode pathogenicity, highlighting the different mechanisms exploited by RKN to promote plant susceptibility.

Les plantes produisent une grande diversité de produits naturels parmi lesquels les isoprénoïdes prédominent. Ces molécules ont des fonctions essentielles pour la croissance et le développement : hormones végétales, régulateurs de croissance comme les brassinostéroïdes, pigments photosynthétiques, tous agissant sur des processus biologiques majeurs. Ainsi, la germination, la floraison, la tolérance aux stress thermiques et hydriques, ou la production de semences, sont contrôlées par l’action d’isoprénoïdes. Le but de mon projet est d’identifier par une sélection génétique les éléments régulateurs de l’homéostasie des isoprénoïdes. Pour cela, j’ai réalisé le criblage de suppresseurs de défaut de croissance dans deux mutants de biosynthèse d’isoprénoïdes chez Arabidopsis thaliana et un mutant de signalisation de brassinostéroïdes chez Hordeum vulgare. J’ai par ailleurs étudié la voie de biosynthèse de stérols spécifique ayant lieu dans un type cellulaire particulier, le tube pollinique en croissance. / Plants produce a great diversity of natural compounds, among which isoprenoids prevail. These molecules have essential functions for growth and development: plant hormones, growth regulators as brassinosteroids, photosynthetic pigments, acting on major biological processes. Thus, germination, flowering, heat and draught stress tolerance, or seed production are controlled by the action of isoprenoids. The aim of my project is to identify by genetic selection the regulators of isoprenoid homeostasis. For this, I carried out genetic screens for suppressors of growth defects in two isoprenoid biosynthesis deficient Arabidopsis thaliana mutants and a brassinosteroid signaling Hordeum vulgare mutant. The second part of my project was focused on the specific sterol biosynthetic pathway occurring in a specialized cell type, the germinating pollen tube.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:36:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 450533 bytes, checksum: d14de51f177a16c047cb046fafb1e533 (MD5) Previous issue date: 2009-02-18 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Mutations in GUN (Genome UNcoupled) genes have helped to understand the pathways of the chloroplast signal transduction that control the expression of nuclear photosynthetic genes. In this context, the gun4 genotype has been characterized in biochemical and molecular aspects. However, little is known whether this mutant produces a phenotype physiological aspects. In order to complement the phenotypic characterization of gun4 genotype, the aim of this study was evaluate the photosynthetic responses of gun4 plants of Arabidopsis thaliana under different levels of light and under light stress. The gun4 plants, in the absence of light stress showed reduced levels of chlorophyll a and b, minimal (Fo) and maximal (Fm) fluorescence in dark-adapted leaves, and quantum yield of unregulated energy dissipation of photosystem II (ΦNO) in 20%, 26%, 18% e 32%, respectively. Also, the effective quantum yield of the FSII (ΦFSII) and photochemical quenching (qL) were 11% and 20% higher, respectively. Higher values of ETR (electrons transport rate), ΦFSII and qL were also found in gun4 under different light intensities, showing that gun4 can maximize the transfer of light energy absorbed in the light harvest complex of FSII for the photosynthetic process. The rate of net carbon assimilation (A) and stomatal conductance (gs) were 43% and 61% lower in gun4 respectively, despite no difference in the flow of absorption of 14CO2 was observed, suggesting that the lower magnitude of photosynthesis is due to resistance to influx of CO2. After 14 hours of light stress, there was no difference in A, and the values of the electron transport rate (ETR) and ΦFSII were reduced by 35% and 50% respectively, both in gun4 and wild type (WT) plants. However, the quantum yield potential of FSII (Fv/Fm) decreased significantly only in WT, suggesting that gun4 may have a greater ability to minimize photoinhibitory effects. These results provide additional evidences for the higher non-photochemical quenching (qN) and quantum yield of regulated energy dissipation of the gun4 FSII (ΦNPQ). Together, the photochemical phenotypes of gun4 may explain the increase (48%) in the photochemical global network connectance after 28 hours of stress, demonstrating the greater ability of this genotype to adjust its photosynthetic apparatus in response to light stress. Finally, the results found in this study demonstrated that gun4 transfers and dissipates more efficiently the excess of light energy absorbed under light stress condition, despite a strong reduction in chlorophyll content. The results suggest the existence of a mechanism for the adjustment of the photosystem in order to offset the reduction of light absorption, indicating the importance of this mutant to explore the mechanisms that control the plasticity of the photochemical protein complex. / Mutações em genes denominados GUN (Genome UNcoupled) têm auxiliado na compreensão das rotas de transdução de sinais do cloroplasto que controlam a expressão de genes fotossintéticos nucleares. Nesse sentido, o genótipo gun4 tem sido caracterizado em aspectos bioquímicos e moleculares, no entanto pouco se sabe sobre aspectos fisiológicos desse mutante. Diante disso, de forma a complementar essa caracterização fenotípica, o objetivo desse trabalho foi avaliar as respostas fotossintéticas do mutante gun4 de Arabidopsis thaliana sob diferentes níveis de luz. Plantas gun4, na ausência de estresse luminoso, apresentaram níveis de clorofila a e b, fluorescências mínima (Fo) e máxima (Fm) de folhas adaptadas ao escuro e rendimento quântico de dissipação não regulada de energia do fotossistema II (ΦNO) reduzidos em 20%, 26%, 18% e 32%, respectivamente, enquanto que o rendimento quântico efetivo do FSII (ΦFSII) e o coeficiente de extinção fotoquímico (qL) foram 11% e 20% maiores, respectivamente. Valores maiores de ETR (taxa de transporte de elétrons), ΦFSII e qL também foram observados em gun4 sob diferentes intensidades luminosas, demonstrando que este fenótipo transfere de forma mais eficiente a energia luminosa absorvida no complexo coletor de luz do FSII para o processo fotossintético. A taxa de assimilação líquida de carbono (A) e a condutância estomática (gs) foram 43% e 61% menores em gun4, respectivamente. Porém, não houve diferença no fluxo de absorção de 14CO2, sugerindo que a menor magnitude de A seja devido a uma restrição difusional ao influxo de CO2. Após 14 h de estresse, não houve diferença em A e os valores da taxa de transporte de elétrons (ETR) e ΦFSII foram reduzidos em 35% e 50%, respectivamente, tanto nas plantas gun4 como no tipo selvagem (WT). Entretanto, o rendimento quântico potencial do FSII (Fv/Fm) decresceu significativamente apenas em WT, sugerindo que gun4 possa minimizar, mais eficientemente, efeitos fotoinibitórios. Isto se evidencia, adicionalmente, nos maiores valores de coeficiente de extinção não fotoquímico (qN) e rendimento quântico de dissipação regulada de energia do FSII (ΦNPQ). Em conjunto, esses fenótipos fotoquímicos de gun4 podem explicar o maior aumento (48%) na conectância global da rede fotoquímica após 28 h de estresse, demonstrando a maior capacidade deste genótipo em ajustar seu aparato fotossintético em resposta ao estresse luminoso. Por fim, os resultados encontrados neste trabalho demonstraram a alta capacidade do genótipo gun4 em dissipar o excesso de energia luminosa absorvida sob estresse e, apesar da forte redução no teor de clorofila, transferir esta mais eficientemente. Isso sugere a existência de um mecanismo de adaptação dos fotossistemas de forma a compensar a redução na absorção de luz, indicando um valor importante deste mutante para explorar os mecanismos que controlam a plasticidade dos complexos protéicos fotoquímicos.

Le chlorométhane est le plus abondant des composés organo-halogénés dans l’atmosphère et il est impliqué dans la destruction de l’ozone dans la stratosphère. Les sources et les puits de chlorométhane restent mal évalués. Bien que synthétisé et utilisé de manière industrielle, il est principalement produit naturellement, avec comme sources majeures les émissions provenant des végétaux et plus particulièrement de la phyllosphère, qui correspond aux parties aériennes des plantes. Certaines bactéries épiphytes de la phyllosphère sont des méthylotrophes capables d’utiliser des composés organiques sans liaison carbone-carbone comme le méthanol et le chlorométhane comme unique source de carbone et d’énergie pour leur croissance. La plupart des bactéries chlorométhane-dégradantes isolées jusqu’à présent utilisent une voie métabolique pour leur croissance sur chlorométhane appelée voie cmu (pour chloromethane utilisation), caractérisée par l’équipe. L’objectif principal de cette thèse a été de déterminer si des bactéries de la phyllosphère peuvent jouer le rôle de filtre pour l’émission de chlorométhane par les plantes. Dans ce but, un modèle de laboratoire a été mis en place, constitué de la plante Arabidopsis thaliana connue pour produire du chlorométhane par une réaction impliquant le gène HOL1, et la bactérie Methylobacterium extorquens CM4, souche de référence pour l’étude du métabolisme de dégradation du chlorométhane, qui possède la voie cmu et dont le génome complet a été séquencé et analysé. Des variants d’A. thaliana avec différents niveaux d’expression du gène HOL1 (le type sauvage, le mutant homozygote « knock-out » hol1 et un variant HOL1-OX avec surexpression) ont été sélectionnés par PCR et qPCR. Des souches bactériennes chlorométhane-dégradantes ont été isolées à partir de la phyllosphère d’A. thaliana, dont il a été montré qu’elles possèdent la voie cmu. Un bio-rapporteur bactérien pour le chlorométhane a été construit à l’aide d’un plasmide exploitant la région promotrice du gène conservé de la déshalogénase (cmuA) de la souche M. extorquens CM4. Il présente une réponse fluorescente rapide, sensible, et spécifique aux méthyl-halogénés de manière concentration-dépendante. L’application du bio-rapporteur aux trois variants d’A. thaliana étudiés suggère des niveaux d’émissions de chlorométhane différents. L’analyse, par qPCR et qRT-PCR, de l’ADN métagénomique extrait de la surface des feuilles a montré une corrélation entre la proportion relative de bactéries portant le gène cmuA et l’exprimant dans cet environnement, et l’expression du gène HOL1. Ces résultats indiquent qu’une production de chlorométhane, même très modeste par rapport aux fortes émissions de méthanol par A. thaliana, confère un avantage sélectif pour les bactéries épiphytes chlorométhane-dégradantes. Ces dernières pourraient ainsi bien jouer un rôle de filtre pour les émissions de chlorométhane de la phyllosphère vers l’atmosphère. En perspective, de nouvelles expériences complémentaires, basées sur l’analyse par génomique comparative des souches chlorométhane-dégradantes également effectuée dans le cadre du projet et sur une analyse par séquençage à haut-débit initiée dans ce travail, sont proposées pour améliorer la compréhension des mécanismes d’adaptation des bactéries chlorométhane-dégradantes dans la phyllosphère. / Chloromethane is the most abundant halocarbon in the environment, and responsible for substantial ozone destruction in the stratosphere. Sources and sinks of chloromethane are still poorly constrained. Although synthesized and used industrially, chloromethane is mainly produced naturally, with major emissions from vegetation and especially the phyllosphere, i.e. the aerial parts of plants. Some phyllosphere epiphytes are methylotrophic bacteria which can use single carbon compounds such as methanol and chloromethane as the sole source of carbon and energy for growth. Most chloromethane-degrading strains isolated so far utilize the cmu pathway for growth with chloromethane which was characterized by the team. The main objective of this work was to investigate whether epiphytes may act as filters for plant emissions of chloromethane, by using a laboratory bipartite system consisting of the model plant Arabidopsis thaliana, known to produce chloromethane mainly by way of the HOL1 gene, and the reference chloromethane-degrading bacterial strain Methylobacterium extorquens CM4, possessing the cmu pathway and of known genome sequence. Three A. thaliana Col-0 variants with different levels of expression of HOL1, i.e. the wild-type strain, its homozygous HOL1 knockout mutant hol1 and an HOL1-OX HOL1 overexpressor, were selected using PCR and qRT-PCR. Chloromethane-degrading strains were isolated from the A. thaliana phyllosphere, and shown to contain the cmu pathway. A plasmid-based bacterial bioreporter for chloromethane was constructed which exploits the promoter region of the conserved chloromethane dehalogenase gene cmuA of strain CM4. It yields rapid, highly sensitive, specific and methyl halide concentration-dependent fluorescence. Application of the bioreporter to the three A. thaliana variants differing in expression of HOL1 investigated in this work suggested that they indeed synthesize different levels of chloromethane. Analysis by qPCR and qRT-PCR of metagenomic DNA from the leaf surface of these variants showed that the relative proportion and expression of cmuA in this environment paralleled HOL1 gene expression. Taken together, the results obtained indicate that even minor amounts of chloromethane produced by A. thaliana in the face of large emissions of methanol may provide a selective advantage for chloromethane-degrading methylotrophic bacteria in the phyllosphere environment. This suggests that chloromethane-degrading epiphytes may indeed act as filters for emissions of chloromethane from plants. Further experiments are envisaged to further assess the adaptation mechanisms of chloromethane-degrading bacteria in the phyllosphere, building upon the comparative genomic analysis of chloromethane-degrading strains which was also performed in this work, and on the preliminary investigations using high-throughput sequencing that were initiated.

Les gibbérellines (GA) sont des phytohormones qui régulent divers aspects du développement en réponse aux signaux endogènes et exogènes à la plante. Ainsi face à un stress, les niveaux de GA sont finement contrôlés, permettant une croissance adaptée aux contraintes environnementales. Au niveau moléculaire, les GA stimulent la croissance de la plante en s’opposant aux protéines DELLAs (DELLAs), facteurs nucléaires qui inhibent la croissance. Les DELLAs présentent plusieurs caractéristiques fonctionnelles notables, une activité transactivatrice et la capacité d’interagir avec d’autres protéines régulatrices, comme les répresseurs de la signalisation Jasmonate (JA), JA ZIM-domain (JAZ). Le génome d’Arabidopsis thaliana code pour cinq DELLAs possédant des fonctions redondantes et spécifiques. Le but de mon travail de thèse a été la caractérisation de la fonction biologique d’une DELLA, RGA-LIKE3 (RGL3). J’ai pu montrer que RGL3 modifie la défense de la plante face à des stresses biotiques. / The phytohormones gibberellins (GA) regulate major aspects of plant growth in response to endogenous and environmental signals. Upon the perception of stress, the levels of bioactive GA are adjusted, hence allowing a flexible growth response to environmental variability. At a molecular level, GA promote growth by stimulating the degradation of the growth repressing DELLA proteins. DELLAs are versatile nuclear proteins with several remarkable features, such as transactivation activity and protein–protein interaction capacities. Thus DELLAs interact with a series of highly divergent proteins, including different transcription factor families, but also the Jasmonate (JA) ZIM-domain (JAZ) proteins, repressors of JA signaling. The aim of this thesis work consisted in the characterization of the biological function of the DELLA RGA-LIKE3. I could show that RGL3 modulates plant defense responses against biotic stresses.