La morphogenèse des plantes repose sur deux mécanismes cellulaires : la division et l'élongation. Par ailleurs, la croissance est source de contraintes mécaniques qui affectent les cellules et guident la morphogenèse. Si les contraintes mécaniques influencent l'orientation du plan de division dans les cellules animales, rien n'est prouvé pour les cellules végétales. À l'heure actuelle, la forme de la cellule est proposée comme le facteur principal gouvernant l'orientation du plan dans les divisions symétriques : les cellules se divisent selon un des plans les plus courts. Cette règle géométrique a été validée dans des tissus à croissance ou courbure isotropes, mais les mécanismes moléculaires sous-jacents demeurent inconnus. Dans cette thèse, un pipeline a été mis au point pour analyser les divisions cellulaires dans les différents domaines du méristème apical caulinaire d'Arabidopsis thaliana et questionner l'application de la règle géométrique dans ce tissu. La zone frontière du méristème présente une proportion anormalement basse de plans de division très courts. Des simulations de tissus en croissance, dans lesquelles une règle de division mécanique a été implémentée, ont montrées le même biais sur les orientation des plans, comparé à la règle géométrique. Des ablations laser de quelques cellules de l'épiderme ont également été effectuées afin de perturber localement le patron de contraintes mécaniques. Les résultats montrent que l'orientation du plan des divisions postérieures à cette perturbation suit le nouveau patron de contraintes. Enfin, une nouvelle méthode quantitative, basée sur l'utilisation d'un micro-indenteur, a été mise au point pour quantifier la réponse du cytosquelette, et en particulier des microtubules, aux contraintes mécaniques. Le protocole de compression a été testé et validé sur les mutants katanin et spiral2, dans lesquels la réponse aux contraintes est respectivement faible ou amplifiée. / Morphogenesis during primary plant growth is driven by cell division and elongation. In turn, growth generates mechanical stress, which impacts cellular events and channels morphogenesis. Mechanical stress impacts the orientation of division plane in single animal cells; this remains to be fully demonstrated in plants. Currently, cell geometry is proposed to be the main factor determining plane orientation in symmetric divisions: cell divide along one the shortest paths. This geometrical rule was tested on tissues with rather isotropic shapes or growth and the corresponding molecular mechanism remains unknown, although it could involve tension within the cytoskeleton. To address these shortcomings, we developed a pipeline to analyze cell divisions in the different domains of the shoot apical meristem of Arabidopsis thaliana. We computed the probability of each possible planes according to cell geometry and compared the output to observed orientations. A quarter of the cells did not follow the geometrical rule. Boundary domain was enriched in long planes aligned with supracellular maximal tension lines. Computer simulations of a growing tissue following a division rule that relies on tension gave the most realistic outputs. Mechanical perturbations of local stress pattern, by laser ablations, further confirmed the importance of mechanical stress in cell division. To explore the role of microtubules in this process, we developed a microindenter-based protocol to quantify the cytoskeletal response to mechanical stress. This protocol was tested and validated in the katanin and spiral2 mutants, in which the response to stress is delayed or promoted respectively.

Pequenos peptídeos são importantes sinalizadores celulares e estão envolvidos na comunicação célula-a-célula em diversos aspectos do desenvolvimento da planta. Durante a reprodução sexual, moléculas sinalizadoras atuam na interação entre o gametófito feminino e o masculino, controlando processos como germinação do grão de pólen, alongamento do tubo polínico e liberação das células espermáticas, entre outros. RALF é um peptídeo de sinalização codificado por genes de expressão ubíqua ou tecido-especifica e que regulam negativamente a expansão celular. Em arabidopsis, peptídeos AtRALFs podem ser agrupados em uma família de 39 membros e, interessantemente, os maiores níveis de expressão gênica dessa família são encontrados nos AtRALFs expressos em tecidos reprodutivos. / Small peptides are important cell signaling involved in several aspects of plant development. During sexual reproduction, signaling molecules act in the interaction between female and male gametophyte, controlling processes such as pollen grains germination, pollen tube elongation and sperm cells release. RALF is a signaling peptide ubiquitous or tissuespecific that negatively regulates cell growth. In arabidopsis, AtRALFs peptides can be grouped into a family of 39 members and, interestingly, the highest levels of gene expression of this family are found in AtRALFs expressed in reproductive tissues.

TOOTH/MIR160A regulates leaf margin outgrowth in Arabidopsis thaliana Unlike animals, a striking aspect of the plant development is that they have evolved a flexible pattern of post embryonic development. This exposes them to the challenges of many biotic and abiotic signals throughout their life. So, plants have to evolve/regulate various mechanisms to modulate their growth and development for accomplishing a successful life cycle in the prevailing environmental conditions. Auxin is involved in the initiation of lateral organs at the meristem and serration development along the leaf margin (Bilsborough et al., 2011, Hay et al., 2006). These two developmental mechanisms share common molecular players. For example, CUC2 is required for the boundary formation at the SAM and also is shown to be essential for serration formation at the leaf margin. Similarly, tth shows increased leaf serration phenotype as well as defects in the positioning of flowers at the meristem. This demonstrates the functional significance of TTH-regulated ARFs in controlling auxin mediated developmental pathways. Leaves originate as small lumps of undifferentiated cells at the flanks of the shoot apical meristem which undergo several rounds division and expansion to generate the mature leaf with characteristic size, shape and leaf margin. Both, endogenous as well as environmental factors modulate the growth and development of a leaf. This is evident from the plasticity in leaf form, observed during the life time of a single plant, as well as from the diversity among closely related species living in different habitats. It is well known that pathways controlling leaf form are subjected to the effects of selection and adaptation. Leaf margin is a key feature of the final leaf shape and it contributes to the abundant diversity in leaf form. Leaf margin architecture varies quite significantly from smooth or entire margin to margins with large outgrowths (lobed margins). The evolution and ecological advantages of this diversity is a subject of intense investigation. It also provides a wonderful system to study the mechanistic details of iterative generation of repeated units, which is a common feature in producing many biological shapes. Recent advances in molecular technologies and the availability of genomic resources ushered the identification of new factors involved in leaf margin development. Our current knowledge of this developmental programme is that CUC2 establishes auxin maxima at the leaf margin by reorienting an auxin efflux carrier PIN1 which ultimately results in serration outgrowth (Bilsborough et al., 2011, Hay et al., 2006). A few missing links in this pathway are the mechanistic details of CUC2 function in reorienting PIN1 and the molecular details of auxin mediated serration outgrowth. Forward genetic screens have been valuable in characterizing a genetic pathway even in the post genomic era. An EMS mutagenesis screen was performed in this context to identify novel factors that can improve our understanding of this intricate mechanism. tooth was identified in the M2 population based on its increased leaf serration phenotype. Genetic analysis showed that tth phenotype is due to a monogenic recessive mutation. Along with increased leaf serration, tth also shows various developmental defects such as aberrant phyllotaxy, narrower cotyledons and narrower leaves. Positional cloning and sequencing analysis showed a G to A transition at the AT2G39175 locus which codes for MIR160A. The mutation is at the 7th base position of the mature miRNA sequence. Functional characterization of miRNAs by isolating mutations is hampered by their small genomic sizes. Till now, only a few miRNAs have been characterized by mutational analysis in plants (Allen et al., 2007, Baker et al., 2005, Cartolano et al., 2007, Chuck et al., 2007, Knauer et al., 2013, Nag et al., 2009, Nikovics et al., 2006). miR160-ARF10 regulatory module is shown to be required for leaf blade out growth and serration, but not leaf complexity in tomato (Hendelman et al., 2012). miR160 is coded by 3 loci in Arabidopsis, MIR160A, B and C. All three loci encode identical mature miRNA that targets 3 Auxin response factors, ARF10, 16 and 17. ARFs are the effector molecules of auxin mediated developmental programmes. Genetic analysis showed that enhanced serration outgrowth in tth is due to the up-regulation of its target genes. Here, we have identified a miRNA that negatively regulates serration outgrowth by repressing ARF10, 16 and 17 whose functional significance in regulating leaf margin development was not known previously. Extensive genetic interaction studies have shown that TTH acts in parallel to SAW-BP and MIR164-CUC pathways in regulating leaf margin development. We have also shown that CUC2 and PIN1 are absolutely essential for serration development in tth. CUC2 establishes a pattern required for the expression of ARF10 at the leaf margin. In the absence of CUC2, downstream effector molecules such as ARFs can not perform their function. arf10-2 arf16-2 could reduce, but not suppress serration outgrowth in various mutants suggesting their functional redundancy with other ARF family members. CUC2 establishes auxin maxima at the leaf margin that triggers the degradation of AUX/IAA repressors thereby relieving ARF proteins which mediate serration outgrowth. Whereas, TTH acts at the post transcriptional level for maintaining normal ARF transcript levels Role of SPYINDLY in Arabidopsis leaf margin development SPYNDLY encodes an O-linked N-acetyl glucosamine transferase that acts as a negative regulator of GA response. Consistent with its role in GA response, spy mutants show several GA dependent phenotypes such as early flowering and hyper branched trichomes. spy mutants also show several GA independent phenotypes such as aberrant phyllotaxy and smooth leaf margin. We have studied its role in regulating Arabidopsis leaf serration development. Reporter analysis of ARF10::GUS and CUC2::GUS in spy-3 revealed that SPY is not involved in establishing serration pattern. The spy-3 leaves did not show any defects during the early stages of serration development, but the mature leaves display smooth leaf margin indicating that SPY function is required for serration outgrowth. As shown in the present study, TTH regulated ARFs are also involved in serration outgrowth. Analysis of leaf margin phenotype in tth spy-3 showed that SPY activity is not required for ARF mediated serration outgrowth. Similar genetic interaction studies with SAW-BP pathway mutants showed that leaf margin out growth mediated by meristematic genes is not dependent on SPY function. Genetic interaction studies with MIR164-CUC pathway genes showed that SPY is required for serration outgrowth in these mutants. Interestingly, the cuc2-3 mutant is defective at both patterning and outgrowth of serration. The spy-3 could suppress serration out growth in cuc2-D suggesting that CUC2 mediated serration out growth is dependent on SPY activity. Protein-protein interaction studies between SPY and CUC2 are in progress to demonstrate whether SPY directly interacts with CUC2 or CUC2 derived signal to regulate serration out outgrowth. It is interesting to examine how mutations at SPY locus can abolish serration out growth mediated by CUC2, but does not affect the serration pattern, even though CUC2 is reported to be essential for both the patterning and outgrowth of serration.

Dans la nature, les plantes sont constamment exposées à des modifications de leur environnement générant un stress oxydant auquel elles doivent s’adapter du fait de leur immobilité. Les végétaux ont donc développé un grand nombre de mécanismes antioxydants permettant de protéger leurs fonctions vitales. L’étude d’une enzyme de type peroxyrédoxine (PRX) localisée dans le chloroplaste montre que son activité antioxydante est importante pour la croissance et la tolérance des végétaux aux contraintes environnementales. De plus, cette PRX pourrait interagir avec d’autres protéines impliquées notamment dans des mécanismes antioxydants et dans le métabolisme du carbone. Parmi elles, une protéine de type fibrilline participant à la protection des structures photosynthétiques, pourrait avec la PRX protéger la photosynthèse, fonction propre aux végétaux et essentielle pour la vie sur terre. / In nature, plants are constantly exposed to environmental changes leading to oxidative stress, to which they must adapt due to their immobility. Plants have developed many antioxidant systems allowing them to maintain their vital functions. The study of a peroxiredoxin, enzyme (PRX) localized in chloroplasts, shows that its direct antioxidant activity is essential for growth and tolerance of plants to environmental constraints. In addition, this PRX could interact with other proteins especially involved in antioxidant mechanisms and carbon metabolism. Among them, fibrillin proteins, which participate in the protection of the photosynthetic structures, could preserve with the PRX the plant photosynthesis, which is essential for the life on earth.

: Les plantes ont développé au cours de leur évolution un système d’immunité innée constitué de barrières préformées et de réponses de défense induites contre les agents pathogènes. Ce travail s’inscrit dans l’étude des résistances induites chez Arabidopsis thaliana soit naturellement contre les agents pathogènes racinaires Fusarium oxysporum spp. (Fo), ou après application de phosphite (Phi), contre le parasite foliaire Hyaloperonospora arabidopsidis (Hpa). Dans la première partie du travail, les rôles des métabolites secondaires (MS) et des formes réactives de l’oxygène (ROS) dans les résistances racinaires basale et non-hôte, respectivement aux formes spéciales conglutinans (Foco) et melonis (Fom) de Fo, ont été analysés. Nous avons démontré la participation de la camalexine, une phytoalexine indolique, dans la résistance basale d’Arabidopsis à Foco. En revanche, la scopolétine, une phytoalexine phénolique, et les ROS jouent des rôles essentiels dans la résistance non-hôte à Fom. Ces données soulignent le rôle clé des MS et des ROS dans les résistances hôte et non-hôte d’Arabidopsis. Dans une deuxième partie de ce travail, le mode d’action du Phi, un oxyanion de l’acide phosphoreux (H3PO3) protégeant Arabidopsis contre l’isolat Noco2 de Hpa, a été étudié. L’effet de faibles doses de Phi est aboli chez des mutants d’Arabidopsis affectés dans la voie de transduction du signal acide salicylique (SA) indiquant que l’induction de résistance à Hpa est médiée par des mécanismes dépendants du SA. Le Phi potentialise les réponses de défense contre Hpa Noco2 via EDS1-PAD4, deux composants essentiels de la résistance basale, NPR1 et la protéine de défense PR1. L’expression de la MAP kinase MPK4, un régulateur négatif de la résistance à Hpa, est diminuée par le Phi, lors de l’inoculation par Hpa Noco2. Nos résultats démontrent que la potentialisation des réponses de défense par le Phi est associée à la régulation négative de MPK4. / Plants have developed during their evolution an innate immunity system consisting of preformed barriers and induced defence responses against pathogens. This work studies resistances in Arabidopsis thaliana induced either naturally against the root pathogen Fusarium oxysporum spp. (Fo), or after application of phosphite (Phi) against the leaf pathogen Hyaloperonospora arabidopsidis (Hpa). In a first part, roles of secondary metabolites (SM) and reactive oxygen species (ROS) in basal and non-host resistances of roots to the special forms conglutinans (Foco) and melonis (Fom) of Fo, respectively, were analyzed. We demonstrated the involvement of the indolic phytoalexin camalexin, in basal resistance of Arabidopsis to Foco. In contrast, the phenolic phytoalexin, scopoletin, and ROS play essential roles in non-host resistance to Fom. These data underscore the key role of MS and ROS in basal and non-host resistances of Arabidopsis. In a second part, the mode of action of Phi, an oxyanion of phosphorous acid (H3PO3) protecting Arabidopsis against the Hpa isolate Noco2 was studied. Effect of low doses of Phi is abolished in Arabidopsis mutants affected in salicylic acid (SA) signalling, indicating that induced resistance to Hpa is mediated by SA-dependent mechanisms. Phi primes defence responses against Hpa Noco2 via EDS1-PAD4, two essential components of basal resistance, as well as NPR1 and PR1. Expression of the MAP kinase MPK4, a negative regulator of resistance to Hpa, is decreased by Phi after inoculation with Hpa Noco2. Our results demonstrate that priming of defence responses by Phi is associated with down-regulation of MPK4.

Chez les eucaryotes, le rétromère est un complexe protéique composé d’un sous complexe SNX (Sorting Nexin) et d’une sous unité VPS (Vacuolar Protein Sorting) également appelé « core » rétromère. Le rétromère a été décrit comme un complexe régulant le transport des protéines membranaires au niveau de l’endosome. Chez Arabidopsis thaliana, les travaux de notre équipe ont démontré que ce complexe est impliqué dans différents processus développementaux tels que le développement de l’embryon, la maturation des protéines de réserves de la graine et l’initiation des racines secondaires. Dans ce travail, nous avons caractérisé la fonction du rétromère dans le développement des graines et des jeunes plantules d’Arabidopsis thaliana. D’une part, nous avons montré que VPS29 est nécessaire à la mise en place des réserves lipidiques de la graine. Nous avons identifié un nouveau « cargo » du complexe rétromère ; LTP6 (Lipid Transfer Protein 6) dont la perte de fonction engendre des phénotypes liés au métabolisme lipidique similaires à ceux du mutant vps29. Compte tenu de la localisation de LTP6 au niveau d’une structure intracellulaire spongieuse caractéristique du réticulum endoplasmique, le site de synthèse des corps lipidiques, nous supposons que le rétromère participe à la biogenèse des réserves lipidiques via sa fonction dans le trafic de ce nouveau « cargo ». D’autre part, nous avons mis en évidence que le « core » rétromère indépendamment de la sous-unité SNX est impliqué dans la mobilisation des réserves lipidiques, une fonction indispensable pour le développement des jeunes plantules. Nous avons montré que VPS29 est nécessaire à la translocalisation de la triacylglycérol lipase SDP1 (Sugar-Dependent 1) du peroxysome aux corps lipidiques, le compartiment de stockage des réserves lipidiques. Ces résultats nous ont permis d’envisager que le « core » rétromère pourrait emprunter de nouvelles voies de trafics intracellulaires entre des compartiments autre que l’endosome. / In eukaryotes, the retromer is a complex composed of the SNX (Sorting Nexin) subcomplex and the VPS (Vacuolar Protein Sorting) subcomplex also called the core retromer. To date, the retromer is described as a key regulator of proteins trafficking around endosomal compartment. In Arabidopsis thaliana, our group has previously demonstrated that this complex is involved in several developmental pathways, as embryo development, seed storage protein maturation and lateral root emergence. In this work, we characterised the function of the retromer in seeds and seedling development in Arabidopsis thaliana. Firstly, we found that VPS29 is required for the formation of seeds storage lipid. We identified a new cargo of this complex; Lipid Transfer Protein 6 (LTP6). LTP6 lost of function induces similar phenotype than vps29 linked to lipid metabolism. Based on LTP6 localisation on an intracellular structure characteristic of endoplasmic reticulum, the site of OBs formation, we supposed that the retromer may act on oil bodies biogenesis by its function on LTP6 trafficking. Secondly, we demonstrated that the core retromer have a SNX-independent function in lipid reserves breakdown, which is essential for seedling establishment. We showed that VPS29 is required for translocation of the triacylglycerol lipase SDP1 (Sugar-Dependent-1) from the peroxisome to oil bodies, the lipid storage compartment. Altogether, these results allowed us to propose new intracellular route trafficking for VPS sub-complex between compartments other than the endosome.

La compréhension des mécanismes de défense mis en place lors de la résistance des plantes vis-à-vis d'agents pathogènes a pour objectif de proposer des alternatives à l'utilisation de produits phytosanitaires utilisés en agriculture. Dans une première partie, nous avons étudié les mécanismes moléculaires impliqués dans la résistance induite aux pathogènes par l'acide β-aminobutyrique (BABA) chez la vigne. En effet, cet acide aminé non protéique favorise un état physiologique particulier, appelé potentialisation, dans lequel la plante est capable de mobiliser plus rapidement et/ou plus intensément ses réactions de défense en réponse à un stress. Contrairement aux éliciteurs comme les oligogalacturonates (OG), nous avons montré que le BABA seul n’induisait pas les événements précoces de signalisation sur suspensions cellulaires de vigne, tels que les variations de la concentration en calcium cytosolique libre ([Ca2+]cyt), la production de monoxyde d’azote (NO), la production d’H2O2, la phosphorylation de MAPkinases, ni l’expression de gènes de défense. Seules la production d’H2O2 et l’expression plus intense du gène RbohD codant une NADPH oxydase sont potentialisées par le BABA dans les suspensions cellulaires élicitées par les OG. In planta, le BABA potentialise également une production d’H2O2 en réponse à l’infection par l’oomycète Plasmopara viticola. L’utilisation d’un inhibiteur de NADPH oxydase abolit complètement cette production d’H2O2 et bloque partiellement la résistance induite par le BABA. Nous montrons donc que la potentialisation de la production d’H2O2 dépendante d’une NADPH oxydase contribue à l’établissement de la résistance induite par le BABA chez la vigne. Une deuxième partie a permis d’appréhender les événements cellulaires impliqués dans la résistance des plantes en se focalisant sur le mutant pad2 (phytoalexin deficient) d’Arabidopsis thaliana. Ce mutant présente une sensibilité accrue à différents pathogènes et contient un taux de glutathion de l’ordre de 20 % par rapport à l’écotype sauvage. Nous avons tout d’abord montré que le faible taux de glutathion dépendait d’une quantité réduite de la première enzyme de sa biosynthèse, la glutamate-cystéine ligase. Le glutathion étant impliqué dans la mise en place des réactions de défense, nous avons tenté de définir le lien entre la déficience en glutathion et la sensibilité de pad2 aux pathogènes. Nous avons tout d’abord montré que pad2 possédait un état redox du glutathion plus oxydé que le sauvage. Une analyse transcriptomique à l’état basal a révélé que la plupart des gènes différentiellement exprimés étaient réprimés chez pad2. Parmi ces gènes, certains codent des protéines impliquées dans les flux d’ions qui pourraient déréguler la dépolarisation membranaire. Nous avons ainsi confirmé que la dépolarisation de la membrane plasmique est amoindrie chez pad2 en réponse aux OG. De plus, des événements en aval tels que la production d’H2O2 et la production de NO sont également plus faibles chez le mutant par rapport au sauvage. Cette absence de la production d’H2O2 a également été spécifiquement observée sur plantes pad2 infectées par l’oomycète Phytophthora brassicae. Il en résulte un développement accru du pathogène corrélé à une absence de réponse hypersensible, une mort cellulaire localisée normalement observée dans le cas du sauvage résistant. En réponse aux OG ou à l’infection par P. brassicae, les analyses transcriptomiques font ressortir un fort enrichissement de gènes relatifs à la dégradation des protéines chez pad2. De manière globale, nos résultats suggèrent que la déficience en glutathion chez pad2 pourrait profondément modifier le turn-over des protéines, perturbant ainsi la signalisation cellulaire et les réponses biologiques associées. / Alternative strategies are required to reduce pesticide input into the environment for effective and sustainable plant protection. One solution is the activation of plant basal resistance that relies on the application of resistance inducer molecules. In the first part of this study, we analyzed the mode of action of β-aminobutyric acid (BABA), a non-protein amino acid, in the grapevine induced resistance. BABA confers a physiological state, called priming, during which plants are able to mobilize better and/or more rapidly defense responses to biotic or abiotic stress. Unlike oligogalacturonides (OG), we showed that BABA did not induce early signaling events in grapevine cells such as variations of cytosolic free calcium concentration, H2O2 and nitric oxide production, MAPkinase phosphorylation, nor the expression of defense-related genes. Among them, only H2O2 production and the expression of RbohD gene, which encodes a NADPH oxidase, are primed by BABA in OG-treated cells. Moreover, BABA-treated plants display a stronger accumulation of H2O2 in response to the oomycete Plasmopara viticola. Application of an NADPH oxidase inhibitor completely abolishes this H2O2 production and leads to a reduction of BABA-induced resistance against P. viticola. These data suggest that the priming of an NADPH oxidase-dependent H2O2 production contributes to BABA-induced resistance in grapevine. The second part consisted to analyze molecular events involved in plant resistance by using the pad2 (phytoalexin deficient) mutant of Arabidopsis thaliana which is susceptible to a broad range of pathogens. We showed that the glutathione depletion depends on the low amount of glutamate-cysteine ligase protein, the first enzyme involved in its biosynthesis. We studied molecular events, which are involved in defense mechanisms, to understand the impact of the glutathione content on pad2 susceptibility. Our results show that the redox state of glutathione is more oxidized in pad2 than in wild type Col-0. Since cellular redox state change is known to regulate gene expression, a basal transcriptome analysis has been performed in pad2 and wild type plants. Interestingly, most of the identified genes in pad2 are down-regulated, some of them encoding proteins involved in ion fluxes. As expected, the plasma membrane depolarization and events downstream like H2O2 and NO production are impaired in pad2 in response to OG. During infection with Phytophthora brassicae, the lack of H2O2 production is concomitant with an absence of the hypersensitive response, a localize cell death observed in the resistant wild type. After OG treatment or P. brassicae infection, microarray analysis brings out genes related to protein machinery including degradation in pad2. Taken together, these data suggest that the depletion of glutathione has an impact on protein turn-over which disturbs cell signaling events and related biological responses.

Les plantes présentent une forme d’immunité innée face à des agents potentiellement pathogènes qui se traduit par l’induction de réponses de défense. Les réponses immunes des plantes sont induites après détection de motifs moléculaires associés à des pathogènes ou à des micro-organismes par des récepteurs reconnaissant spécifiquement ces motifs et/ou des molécules dérivées des agents pathogènes ou de la plante, appelés éliciteurs de réaction de défense. La cryptogéine (Cry) et les oligogalacturonates (OGs) sont des éliciteurs établis de réactions de défense et leur reconnaissance induit une signalisation Ca2+-dépendante : un influx calcique et une variation de la concentration cytosolique en Ca2+ libre ([Ca]cyt) sont des événements précoces induisant une voie de signalisation de défense. Nous avons démontré que chez le tabac, les éliciteurs induisent une signalisation calcique dans les mitochondries et les chloroplastes. Des études pharmacologiques indiquent que des canaux IP3-dépendants régulent la signalisation calcique induite par la Cry dans les mitochondries et les chloroplastes. La respiration mitochondriale et les mécanismes de dissipation de l’énergie dans les chloroplastes sont régulés en partie par la [Ca2+] dans ces organites. De plus, nous montrons par des approches pharmacologiques et génétiques, que des homologues aux récepteurs du glutamate (GLRs) participent à la signalisation calcique induite par les OGs dans Arabidopsis. Les GLRs contrôlent en partie la production d’oxyde nitrique (NO) et d’espèces réactives de l’oxygène (ROS), ainsi que l’expression de gènes de défense. Par ailleurs, les plantes traitées par des antagonistes des GLRs, présentent une moindre résistance au pathogène fongique nécrotrophique, Botrytis cinerea et à l’oomycète biotrophique, Hyaloperonospora arabidopsidis. L’analyse de mutants Atglr révèle l’importante contribution de AtGLR3.3 dans la résistance envers H. arabidopsidis. De plus, de frappantes similarités dans l’expression de gènes sont observées après traitement par les OGs ou après infection par H. arabidopsidis. Enfin, une analyse transcriptomique montre qu’environ 60 % des gènes modulés par les OGs ont une expression qui dépend de GLRs. Ces gènes dépendants de GLRs appartiennent à diverses familles fonctionnelles dont celle répondant aux stress biotiques. En conclusion, ces études montrent 1) que les mitochondries et les chloroplastes présentent aussi une signalisation calcique induite par des éliciteurs de réaction de défense chez le tabac et 2) l’implication de GLRs dans la signalisation calcique induite par des éliciteurs ou des agents pathogènes et la résistance envers des agents pathogènes chez Arabidopsis / Plants do not display an adaptive immune system but express an efficient innate immune system defending them by inducing sophisticated multilevel defense responses against different potential pathogens. Indeed, plant immune responses are triggered upon the detection of many common pathogen- or microbe-associated molecular patterns (PAMPs/MAMPs) through specific pattern-recognition receptors (PRRs) and/or pathogen- or plant-derived signal molecules called elicitors. Cryptogein (Cry) and oligogalacturonides (OGs) are well known elicitors of defense reactions and their recognition induce a Ca2+-dependent signaling pathway: Ca2+ influx and subsequent free cytosolic [Ca2+] ([Ca2+]cyt) variations are earliest steps to trigger downstream plant defense signaling. Here we have demonstrated that elicitor-induced Ca2+ signaling in tobacco also takes place in mitochondria and chloroplasts. Pharmacological studies indicated that IP3-channels play an important role in the regulation of Ca2+ signaling in mitochondria and chloroplasts. Mitochondrial respiration and energy dissipation mechanisms in chloroplasts are partly controlled by [Ca2+] in these organelles. Moreover, using pharmacological and genetic approaches, our data demonstrated that glutamate receptors homologs (GLRs) participate in OGs-mediated Ca2+ signaling in Arabidopsis. GLRs partly control OGs-induced nitric oxide (NO) production, reactive oxygen species (ROS) production and expression of defense-related genes. Importantly, plants treated with GLRs antagonists exhibited compromised resistance to necrotrophic fungal pathogen, Botrytis cinerea and biotrophic oomycete, Hyaloperonospora arabidopsidis. Analysis of Atglr single mutants revealed the important contribution of AtGLR3.3 in resistance against H. arabidopsidis. Moreover, striking similarities in gene expression levels were observed after OGs elicitation/H. arabidopsidis infection. Finally, transcriptomic analysis demonstrated that about 60 % of the total OGs-modulated genes modified their expression in GLRs-dependent manner. These GLRs-dependent genes belong to different functional categories including the category “responses to biotic stresses”. Taken together, these data provide strong evidences of 1) elicitor-induced Ca2+ signaling in mitochondria and chloroplasts in tobacco and 2) the regulation of elicitor/pathogen mediated plant defense signaling pathways through GLRs in Arabidopsis thaliana

Au cours de la reproduction sexuée chez les plantes supérieures, les grains de pollen adhérent aux stigmates, se réhydratent et produisent des tubes polliniques qui se développent à travers le tissu de transmission femelle afin d’assurer la fécondation. Les tubes polliniques sont des cellules dont la croissance est rapide et polarisée à l’apex du tube. Ils représentent de bons modèles pour étudier la dynamique de la croissance cellulaire. Les tubes polliniques sont aussi capables de percevoir des signaux de guidage et d’adhérer à la matrice extracellulaire du tissu femelle. Afin de comprendre le mécanisme cellulaire de la croissance et de l'adhésion du tube pollinique, deux approches différentes ont été utilisées. Premièrement, un criblage de 258 molécules a permis d’isoler deux composés qui perturbent in vitro la croissance des tubes polliniques de tabac, de tomate et d' Arabidopsis thaliana. Les effets d’un inhibiteur des monogalactosyldiacylglycérol synthases, la galvestine-1, ont également été étudiés sur la croissance des tubes. Nous avons montré que ces trois composés réduisent la longueur du tube pollinique et induisent des phénotypes anormaux de façon dose-dépendante. La germination du pollen était réduite avec les deux composés isolés du criblage. Ils ont également affecté la distribution des polymères de la paroi des tubes polliniques. Les composés ont perturbé la production de ROS, ont désorganisé la dynamique des filaments d'actine et de la protéine RIC4 suggérant qu'ils pourraient perturber le trafic de vésicules à l'extrémité du tube pollinique. Dans un second temps, nous avons mis au point une approche de déconstruction enzymatique d’une matrice enrichie en polysaccharides afin d’étudier les phénomènes d’adhésion in vitro des tubes polliniques. Ce test a été développé sur des plaques 96 puits pour les tubes polliniques d'A. thaliana, en utilisant différents extraits de parois cellulaires de fleurs et de feuilles d'A. thaliana comme matrice ou des pectines commerciales de citron avec différents degrés de méthylestérification. Les traitements avec une polygalacturonase et une endo-galactanase des pectines commerciales et de l'extrait de paroi cellulaire de feuilles ont totalement ou partiellement perturbé l'adhésion des tubes polliniques. Ces résultats montrent que les tubes polliniques d’A. thaliana sont capables d'adhérer à des pectines d'origines diverses (espèces et organes) et suggèrent que les chaînes d’homogalacturonanes, les chaînes latérales du rhamnogalacturonane-I, en particulier les galactanes, avec un poids moléculaire minimum seraient nécessaires à l'adhésion des tubes polliniques. / During plant sexual reproduction pollen grains land on the stigma, rehydrate and produce pollen tubes that grow through the female transmitting-tract tissue to assure a proper fertilization. Pollen tubes are fast tip-growing cells and represent a good model to study growth dynamics. Pollen tubes are able to perceive female guidance signals and to adhere to the extracellular matrix of the female transmitting tract. In order to improve our knowledge on the cell mechanisms implicated during pollen tube growth and adhesion, two different approaches have been used. First, 258 compounds were screened and two small compounds were isolated. They disrupted in vitro pollen tube growth of tobacco, tomato and Arabidopsis thaliana. The effects of an inhibitor of monogalactosyldiacylglycerol synthases, galvestine-1, on pollen tube growth were also studied. We showed that these 3 compounds reduced pollen tube length and induced abnormal phenotypes in a dose dependent manner. Pollen germination was significantly reduced with the two compounds isolated from the screen. They also affected cell wall material arrangement in pollen tube cell wall. The compounds modified ROS production and were able to disorganized actin filaments as well as the dynamic changes of the protein RIC4 suggesting that they might perturb vesicle trafficking at the pollen tube tip. Secondly, using a plant-made adhesion matrix in 96 –well plates, we studied the in vitro adhesion of A. thaliana pollen tubes. Different cell wall extracts from A. thaliana flowers and leaves or commercial lemon pectins with different degree of methylesterification were tested and the adhesive fractions were deconstructed by enzymatic treatments. Polygalacturonase or endo-galactanase treatments of commercial pectins and pectin-enriched cell wall extracts totally or partially disrupted pollen tube adhesion. Our results pointed out that A. thaliana pollen tubes are capable of adhering on pectins from diverse origins (species and organs) and suggested that homogalacturonan, the side chains of rhamnogalacturonana-I, especially galactans, as well as a minimum molecular weight may be necessary for pollen tube adhesion.

Verticillium longisporum ist ein bodenbürtiger, phytopathogener Pilz, der Pflanzen der Familie der Brassicaceen befällt. Er dringt durch die Wurzel ein und verbreitet sich in der Pflanze über das Xylem. In dieser Arbeit wurden die metabolischen Veränderungen in der Modellpflanze Arabidopsis thaliana während der Pflanzen-Pilz-Interaktion analysiert. Hierfür wurde die