La méiose est la division cellulaire qui aboutit à la production de gamètes haploïdes. Lors de la méiose, un unique évènement de réplication est suivi de deux divisions afin de réduire la ploïdie. Lors de ces deux divisions, la cohésion entre chromatides sœurs est éliminée de façon séquentielle pour permettre la succession de deux ségrégations de chromosomes équilibrées. La progression du ''cycle méiotique'' est contrôlée par des régulateurs communs à la mitose et à la méiose mais également par des mécanismes nécessitant des protéines spécifiques à la méiose. L'objectif de de mon travail de thèse était de décrypter les mécanismes moléculaires permettant l'enchainement de deux divisions équilibrées pour la production de gamètes haploïdes. Nous avons pu montrer que la protéine OSD1 inhibait l'APC/C pour permettre la progression méiotique. Nous avons également mis en évidence un réseau fonctionnel, comprenant OSD1, CYCA1;2/TAM et TDM, indispensable à trois étapes clés de la progression méiotique chez Arabidopsis ; la transition prophase-méiose I, la transition méiose I-méiose II et la sortie de méiose. Ces travaux ont également permis de caractériser chez Arabidopsis les deux paralogues de Shugoshin, qui sont des protéines conservées et impliquées dans la protection de la cohésion centromérique. Nous avons également identifié Patronus comme un nouveau protecteur de la cohésion centromérique en méiose. Les résultats obtenus suggèrent que Patronus est un régulateur de l'APC/C qui permet d'empêcher l'élimination de la cohésion centromérique en interkinèse méiotique.

L'arsenic et l'antimoine bien que n'étant pas recensés parmi les polluants majeurs de l'environnement sont souvent retrouvés associés à d'autres contaminants. En France, et plus particulièrement dans la région Auvergne, de nombreux sites miniers où s'effectuait l'extraction de l'antimoine sont désormais à l'abandon. Pouvant présenter des risques pour les populations avoisinantes, leur réhabilitation est donc une mission d'intérêt public. L'idée de ce travail de doctorat est de tester l'effet d'un catalyseur : le ver de terre sur l'efficacité des processus de phytoremédiation. En tant qu'" ingénieurs du sol ", ils sont à la base des processus de pédogénèse et peuvent donc assurer la restructuration du sol. De plus, de nombreuses études ont montré leurs effets positifs sur la production de biomasse végétale. Cependant, les mécanismes moléculaires responsables de cette acroissement de production demeurent méconnus. Un système expérimental novateur, jamais utilisé en Ecologie des Sols et couplant la plante modèle Arabidopsis thaliana (L.) Heynh et Aporrectodea caliginosa (Savigny), un ver de terre endogé commun des régions tempérées, a été mis en place afin de 1) identifier les principales voies métaboliques modifiées en réponse aux vers de terre et pouvant expliquer leurs effets positifs sur la croissance et le développement des végétaux, 2) étudier la nutrition minérale en fer et en phosphate, notamment au niveau des variations d'expression des transporteurs de ces deux éléments, 3) tester ce système pour la phytoextraction de sédiments, issus d'un ancien site minier, contaminés à l'arsenic et à l'antimoine. Les résultats montrent que l'amélioration des processus de minéralisation est déterminante dans l'accroissement de la biomasse d'Arabidopsis thaliana qui se traduit aussi par une élévation des teneurs en azote dans les parties aériennes. Cependant, la présence de phytohormones, produites par des bactéries activées par leur transit dans le ver de terre semble également impliquée dans le renforcement de l'absorption d'azote. A l'échelle moléculaire, les vers entraînent une surexpression du gène HBT, impliqué dans la division cellulaire et semblent diminuer le stress oxydant puisque la quantité de transcrits SOD Cu/Zn diminue. Les résultats montrent de plus que les vers de terre augmentent de façon significative l'absorption et l'accumulation de fer, de phosphate et d'autres minéraux essentiels à la croissance du végétal. Moléculairement, l'augmentation de l'absorption des nutriments se traduit par une augmentation de la transcription de certains gènes codant des transporteurs tels que PHT1.3, qui est un transporteur de haute affinité pour le phosphate. Une augmentation de la transcription et également de l'activité de la protéine FRO2, qui est à l'origine de la chélation et de la réduction du fer a été observée. Dans les feuilles, les vers de terre induisent de manière systémique la surexpression d'un transporteur de phosphate localisé dans les chloroplastes, PHT2.1 et la surexpression de transporteurs du fer appartenant à la famille des NRAMPs, notamment NRAMP1,2 et 6. Dans le contexte d'une problématique de phytoremédiation, l'effet des vers de terre sur la capacité de phytoextraction d'Arabidopsis a été testé et, il ressort clairement de cette étude que les vers de terre permettent une meilleure absorption d'antimoine et d'arsenic. Cependant, ces deux métalloïdes tendent à rester dans les racines et ne sont que faiblement transferrés vers les parties aériennes. Cette formidable augmentation des concentrations en polluants dans les racines entraîne un retard de croissance considérable et affecte, dans une moindre mesure cependant, l'activité photosynthétique et les échanges gazeux d'Arabidopsis. Ainsi, ce travail de thèse a donc tout d'abord démontré la sensibilité aux vers de terre de la plante modèle Arabidopsis thaliana. Ce système expérimental novateur offre de nouvelles possibilités de recherches dans le domaine des études des interactions entre les vers de terre et les plantes, notamment en raison de la grande diversité de mutants d'Arabidopsis. De plus, ce travail a également permis de démontrer le rôle crucial de catalyseur que peuvent jouer les vers de terre en vue d'optimisation des processus de phytoextraction

L'expression du génome plastidial, un des trois génomes (nucléaire, mitochondrial et plastidial) qui coexistent dans les cellules végétales, est assurée par trois ARN polymérases. Deux NEP (Nuclear-Encoded RNA Polymerase) transcrivent la plupart des gènes de ménage tandis que la PEP (Plastid-Encoded RNA Polymerase) transcrit principalement les gènes liés à la fonction photosynthétique en s'associant à des facteurs de transcription d'origine nucléaire (facteurs sigma) importés dans le plaste. De précédents travaux dans l'équipe ont montré que, contrairement aux observations généralement admises, les trois ARN polymérases sont nécessaires pour assurer une germination efficace des graines d'Arabidopsis. L'objectif de notre travail est de comprendre comment ces enzymes ont été mises en place au cours de la formation de la graine. Pour cela, nous avons analysé l'expression de l'appareil transcriptionnel et du transcriptome plastidial durant les trois phases de formation de la graine d'Arabidopsis thaliana, c'est à dire l'embryogenèse, la maturation (phase photosynthétique) et la dessiccation. L'expression globale du transcriptome plastidial montre que les changements quantitatifs des transcrits sont les plus élevés pour les transcrits des gènes liés à la fonction photosynthétique. Ils sont très fortement exprimés pendant la phase de la maturation et diminuent ensuite, comme leurs protéines correspondantes. Nous observons également une forte accumulation des protéines codant les NEP et les sous unités de la PEP pendant la période de maturation des graines, suivie d'une forte diminution pendant la dessiccation. Cependant, les ARNm correspondants augmentent pendant la dessiccation. Le stockage de ces ARNm codant l'appareil transcriptionnel constitue une étape cruciale pour l'efficacité de la germination de la graine. La quantité de matériel biologique disponible pour ces études étant très limitée, nous avons développé une nouvelle technique de détection des ADNc sur lame de quartz, utilisant la microscopie TIRF. Cette méthode augmente la résolution (elle permet la détection de molécules uniques) et diminue considérablement la quantité de matériel nécessaire à l'hybridation. Finalement, nous avons analysé les conditions sous lesquelles se déroule la photosynthèse embryonnaire. Ces études ont montré que la photosynthèse dans l'embryon se déroule dans un environnement particulier, hypoxique, et sous un éclairement enrichi en longueurs d'onde vertes. Cependant, la structure et le fonctionnement de l'appareil photosynthétique sont semblables à ceux d'une feuille. Nous avons également montré que l'étape transitoire de la photosynthèse embryonnaire est indispensable à la vigueur germinative des graines. Les résultats obtenus lors de ce travail apportent de nouvelles informations sur le fonctionnement de la transcription plastidiale au cours de la formation de la graine. L'importance de l'accumulation d'ARNm, de certaines protéines ainsi que celle de la photosynthèse embryonnaire dans la vigueur germinative ont été soulignées. Ces données permettent de comprendre comment l'efficacité de la germination est conditionnée par la phase de formation de la graine.

Several mechanisms have been proposed to explain the process of vein pattern formation in plant tissues. The most widely accepted amongst biologists is the canalization hypothesis, derived from pea root and stem experiments. According to this hypothesis, a signal, thought to be the phytohormone auxin, is transported polarly from cell to cell from the shoot to the root and is canalized progressively into narrow channels of high auxin fluxes that later differentiate to become vascular tissue. In this project, we set out to test whether auxin canalization drives vein pattern formation, using Arabidopsis thaliana mutants with increased auxin transport (max4-1, max3-9, max2-1 and max1-1). We predicted that the mutants would have distinct vein patterns and especially different angles between the primary and secondary veins, compared to the wild type. First rosette leaves of 15 plants per genotype were harvested for analysis each day from 7 to 17 days after sowing, giving a total of eight hundred twenty-five leaf samples to analyze. Venation patterns were extracted and analyzed using custom-made software written with Matlab. Overall, compared with the wild type, mutants with the highest auxin transport (max4-1 and max3-9) had different vein patterns at early developmental stages, confirming a role for auxin transport in vein patterning. However, veins of mutants and wild type connected at similar angles, which is not consistent with the auxin canalization hypothesis, as originally formulated.

La recombinaison homologue est essentielle à la réparation des lésions de l'ADN ainsi qu'à la ségrégation correcte des chromosomes en méiose. Une étape importante de la recombinaison méiotique est la formation des crossovers (CO). Au cours de ma thèse, j'ai mis en évidence un nouveau mécanisme de régulation de la recombinaison méiotique. J'ai montré que les cycles d'activation et de désactivation des cullin-RING ligases (CRL) sont absolument nécessaires à la recombinaison méiotique. Les CRL sont activées par neddylation et désactivées par la deneddylation. De plus, elles peuvent aussi être inhibées par la séquestration via la protéine CAND1. Mon travail a démontré que ces trois niveaux de régulation des CRL jouent des rôles cruciaux dans la recombinaison homologue méiotique chez A. thaliana. J'ai montré qu'AXR1, un composant clé de la machinerie de neddylation, est nécessaire à la localisation correcte des CO méiotiques et à la recombinaison homologue somatique. J'ai aussi prouvé que le processus de deneddylation médié par CSN5A est nécessaire à la formation des CO. J'ai obtenu des données montrant que cette régulation de la localisation des CO agit à travers la régulation d'un complexe CRL4. Enfin, j'ai pu montrer que l'inhibiteur des CRL, CAND1, est requis pour la formation de plus de 90 % des CO. En utilisant des outils génétiques et cytologiques, j'ai montré que CAND1 agit probablement sur la régulation du biais inter-homologue. L'ensemble de ces données, met l'accent sur un nouveau mécanisme de la régulation de la recombinaison homologue, connectant pour la première fois la méiose et l'ubiquitination via les cullin-RING Ligases.

Objective: To establish stable transgenic non-toxic plants as a platform for plant-based vaccine production as well as potential oral delivery system of vaccine antigens for sexually transmitted infections (STIs). The concept is to immunize the mucosal immune system present in the gut-associated lymphoid tissues (GALT). HIV-1 p24 subtype C protein has been used as the main antigen model, in parallel with an engineered unique chimeric MOMP antigen from Chlamydia trachomatis serovar E. Methods: Chimeric MOMP and p24 vaccine antigens were successfully inserted into the nuclear genomes of Arabidopsis thaliana and Daucus carota via Agrobacterium-mediated gene transfer. The characteristics of the genetic inserts and corresponding mRNAs and recombinant proteins in planta were described using several methods, including northern, Southern, and western blotting, ELISA, and a commercial HIV Ag/Ab combination assay. Immunogenicity of the antigens was studied in mice models. Results: Transgenes of both plant species expressing p24 or chimeric MOMP were successfully generated. Additional HIV-1 vaccine antigen candidates were introduced and the genetic inserts have been confirmed in Arabidopsis thaliana. The Arabidopsis thaliana expressing p24 and chimeric MOMP were demonstrated to be stable over generations and antigenicity analyses showed that plant-derived HIV-1 p24 and chimeric MOMP retained immunological epitopes when they were expressed in planta. Oral administration of transgenic plant material generated a priming effect of the immune competent cells present in the GALT, shown by the presence of antigen-specific-IgG in mice sera after boosting. Mice immunized with plant-derived HIV-1 p24 antigen were also analyzed for antigen-specific faecal IgA as well as cellular immune responses. However, detectable levels of the two latter immune responses were not observed. The Chlamydia trachomatis chimeric MOMP antigen was further evaluated for its potential as a vaccine antigen candidate, with positive results indicating a more rapid clearance of the Chlamydia trachomatis infection post immunization. Conclusion: Stable non-toxic transgenic plants expressing either HIV-1 p24 or a novel  Chlamydia trachomatis chimeric MOMP antigens have successfully been developed. The two plant-produced STI vaccine antigens have in initial mice feeding studies provided important proof-of-concept for the oral vaccination approach. Now, immunization studies to expand, en-hance, and improve knowledge of the immune responses generated by the orally delivered transgenic plants are of high priority. / Kemi/biokemi

Diss. (sammanfattning) Uppsala : Sveriges lantbruksuniversitet, 2008. / Härtill 4 uppsatser.

Licentiatavhandling Uppsala : Sveriges lantbruksuniversitet, 2006. / Härtill 3 uppsatser.

Diss. (sammanfattning) Uppsala : Sveriges lantbruksuniv., 2008. / Härtill 4 uppsatser.

Thesis (Ph. D.)--State University of New York at Binghamton, Department of Biological Sciences, 2009. / Includes bibliographical references.