Academic literature on the topic 'Métabolome spécialisé'

Résumé. La fatigue chronique est un symptôme peu spécifique, fréquent en consultation ambulatoire de l’adulte. Une fatigue physique persistante, d’étiologie indéterminée après élimination des causes courantes, doit faire évoquer des maladies rares telles que les erreurs innées du métabolisme (EIM). La principale caractéristique de la fatigue chronique dans les EIM est son caractère dynamique, aggravée par les situations entrainant une augmentation du métabolisme telles que l’effort physique, le froid, le jeûne ou un stress biologique. Devant de tels indices cliniques, il est important d’entreprendre une démarche diagnostique orientée permettant d’identifier les patients susceptibles d’avoir une EIM afin de les orienter vers un centre spécialisé. Les EIM entrainant une fatigue chronique sont les myopathies métaboliques, notamment les glycogénoses musculaires, les troubles de la béta-oxydation des acides gras et les maladies mitochondriales. Des analyses biochimiques et/ou moléculaires spécifiques permettent de poser le diagnostic et de mettre en place une prise en charge pluridisciplinaire.

La connaissance, actuellement très limitée, du métabolisme des bactéries acétogènes intervenant dans la biodégradation anaérobie de l'acide butyrique et d'un de ses sous-produits, l'acide crotonique, est à l'origine de cette étude. Après avoir mis au point un réacteur anaérobie à biomasse fixée, cette dernière a, dans un premier temps, été adaptée à la biodégradation exclusive du butyrate. La dégradation du crotonate a ensuite été étudiée, selon différents protocoles expérimentaux (pulses de crotonate en alimentation continue avec du butyrate puis alimentation continue avec du crotonate). Des injections de crotonate ont également été effectuées en circuit fermé, avec une biomasse adaptée dans un premier temps à la dégradation d'un mélange d'AGV, le réacteur étant ensuite alimenté avec du propionate puis du butyrate seuls. Contrairement à ce que laissait penser la bibliographie, il a été constaté que les bactéries adaptées à la dégradation exclusive du butyrate sons très rapidement à même de dégrader le crotonate. Les résultats obtenus permettent d'approcher les spécificités bactériennes, la voie catabolique suivie par le crotonate, son mode de régulation enzymatique et les équilibres qui la gouvernent. C'est ainsi qu'il est possible de proposer un modèle explicatif relativement simple du mécanisme de biodégradation du crotonate.

Henri Laborit, neurochirurgien spécialiste du stress organique et membre du Groupe des Dix, est l’auteur d’une expérience pédagogique et scientifique interdisciplinaire à l’université de Paris-Vincennes, auprès d’urbanistes. Son ouvrage L’homme et la ville (1971) présente la ville comme un écosystème complexe dans lequel l’homme exerce des relations de domination dans l’histoire (rapports de classes, de races, de nations, etc.) et ce sous la commande d’un cerveau archaïque. Mais la ville peut-elle être comparée à un organisme vivant ? À un cerveau ? À une machine ? L’approche systémique et la théorie cybernétique, partagées par d’autres membres du Groupe des Dix, permet une analyse des systèmes complexes, des sociétés cellulaires aux sociétés humaines (Edgar Morin), du microscope au macroscope (Joël de Rosnay). Mais le système ville reste une « production » humaine, un anthropo-écosystème, alors que son évolution dite « en tendance » compromet les équilibres sociaux, économiques et écologiques. Quels modèles d’organisation peuvent réguler un métabolisme urbain durable ?

Le muscle, tissu d’importance économique majeure chez les animaux producteurs de viande, est un tissu composite comprenant en majeure partie des fibres musculaires qui constituent une population très hétérogène aux caractéristiques contractiles et métaboliques variées. Les relations entre type contractile des fibres et fonctionnement mitochondrial, un composant essentiel du métabolisme énergétique musculaire, restent mal connues. Leur compréhension est pourtant essentielle pour espérer mieux maîtriser l’impact du type de fibres sur les diverses composantes de la qualité de la viande. Une analyse fine de la composante mitochondriale du fonctionnement énergétique des fi-bres a donc été entreprise en relation avec leurs caractéristiques contractiles. Les résultats indiquent que, contrairement aux fibres rapides de types IIX et IIB, la régulation mitochondriale dans les fibres lentes de type I et, dans une moindre mesure, de type rapide IIA est hautement spécialisée avec une optimisation de l’efficacité des mitochondries (couplage entre oxydation et phosphorylation, capacité oxydative maximale), une restriction de leur perméabilité à l’ADP et un couplage fonctionnel entre les kinases mitochondriales et la production d’ATP, permettant un transfert efficace de l’énergie vers les myosines. De plus, la régulation mitochondriale et les transferts énergétiques sont modulés par l’activation calcium-dépendante des ATPases portées par les myosines.

Dans les élevages de lapins spécialisés, la production d’une femelle est de l’ordre de 45 lapereaux abattus par an, soit 60 kg de viande. Généralement de format adulte moyen (4 kg) ces lapereaux fournissent en 10-11 semaines une carcasse de 1,3 kg dont les morceaux nobles (83 % de la carcasse), comestibles à 85 %, sont particulièrement maigres (moins de 3 % de tissu gras). L’espèce cunicole est riche en races de formats très différents. Celles-ci représentent un potentiel important de diversification qualitative de la viande. En particulier, les races géantes sont intéressantes dans la mesure où la découpe et la transformation se développent. Les principales caractéristiques bouchères des carcasses : le rendement à l’abattage, le rapport muscle/os et éventuellement l’adiposité peuvent être modifiées par sélection en race pure. L’amélioration de la vitesse de croissance par sélection ou par augmentation de la teneur en protéines de l’aliment, qui favorise la voie glycolytique du métabolisme énergétique musculaire, peut entraîner une dégradation de la qualité de la viande. Lorsque la vitesse de croissance des lapereaux est accrue, soit par un meilleur équilibre des nutriments (protéines/ énergie, notamment), soit par un apport alimentaire élevé (nourriture à volonté, teneur en lest minimum), les caractéristiques corporelles sont modifiées. Les proportions des tissus précoces (tractus digestif, squelette et éventuellement peau) sont réduites, celles des tissus tardifs (tissu musculaire et surtout tissu adipeux) sont augmentées ; par conséquent, le rendement à l’abattage, le rapport muscle/os et l’adiposité sont favorisés. Chez le lapin, herbivore monogastrique, la supplémentation en lipides de l’aliment, destinée à élever le niveau énergétique de la ration sans abaisser celui des glucides indigestibles, peut intervenir sur la stabilité thermique et chimique des graisses corporelles.

En zones difficiles, la pérennité des systèmes d’élevage repose sur la capacité des animaux à survivre, se reproduire et maintenir un niveau de production en situation de fortes contraintes. Les principales contraintes auxquelles les animaux doivent faire face en régions chaudes, sont le climat (température et humidité), la sous-nutrition et les pathologies. Chez les monogastriques comme chez les ruminants, les caractéristiques anatomiques et le comportement alimentaire constituent les principaux facteurs de régulation des échanges thermiques. L’élément clé de l’adaptation comportementale des ruminants à la sous-alimentation est leur capacité à choisir leur alimentation. L’adaptation physiologique porte sur la réduction du métabolisme basal, l’efficience digestive, la valorisation de fourrages grossiers, la mobilisation des réserves corporelles, le recyclage des nutriments et la valorisation efficiente de l’eau. Les travaux les plus significatifs sur la résistance génétique aux maladies portent sur la trypanotolérance, la résistance aux maladies transmises par les tiques et les strongyloses gastro-intestinales. Dans l’élevage moderne, la gestion de ces contraintes environnementales doit se concevoir de façon intégrée. Différentes techniques d’alimentation, de prophylaxie, de gestion d’ambiance des bâtiments d’élevage doivent être combinées pour garantir durablement la pérennité des systèmes d’élevage. Cependant, l’efficacité de cette approche intégrée repose également sur le potentiel adaptatif des animaux pour répondre aux pratiques mises en œuvre. Le développement des productions animales en régions chaudes ne pourra être garanti sans l’utilisation de l’adaptation naturelle des populations animales ou pour le moins, sans inclure les caractères d’adaptation dans les objectifs de sélection des races locales ou spécialisées.

Les métabolites spécialisés (MS) jouent un rôle crucial dans l'interaction des plantes et des graines avec leur environnement. De plus, les modifications des MS contribuent largement à leur(s) diversité et activités. Malgré leur importance pour la qualité des graines, l'étude des effets de l'environnement sur la production et l'accumulation de ces MS a été négligée. Les graines accumulent à la fois des MS bénéfiques et toxiques, qui jouent divers rôles biologiques et écologiques, et sont importants dans la nutrition animale et humaine et pour d'autres usages industriels. Ainsi, l'étude de la composition et distribution des MS dans les graines sous l'influence de stress environnementaux est d'une importance majeure, particulièrement dans le contexte actuel de changement climatique. Les Brassicacées incluent des espèces modèles et cultivées largement répandues et utilisées à de fins multiples. Leurs graines présentent une grande diversité de composition en MS, ce qui en fait des modèles d'étude intéressants. Ce projet de thèse visait à caractériser la diversité et la plasticité du métabolome spécialisé des graines de Brassicacées sous l'influence de stress environnementaux, en utilisant des approches multi-omiques, de biologie moléculaire et de génétique inverse. Dans une première étude, la diversité et la plasticité des MS des graines de plusieurs génotypes de Camelina sativa cultivés en plein champ plusieurs années consécutives ont été évaluées. Les résultats obtenus montrent que l'accumulation des MS des graines de Camelina est plus impactée par les conditions environnementales que par le génotype, et que la plasticité des MS est plus élevée que celle des principaux composés de réserve des graines. Une deuxième étude avait pour but d'évaluer l'effet de conditions de stress sur les MS pendant le développement de la graine de l'espèce modèle Arabidopsis thaliana. Dans une étude préliminaire, il a été observé que le stress thermique (ST) induit des différences plus marquées dans le métabolome spécialisé des graines que le stress hydrique ou le chlorure de cuivre (induisant un stress oxydatif et mimant les effets de stress biotiques). Ainsi, l'étude s'est focalisée sur l'effet du ST sur le métabolome spécialisé au cours du développement des graines d'Arabidopsis en utilisant des analyses multi-omiques (analyses métabolomiques et transcriptomiques). Un large panel de MS et de gènes a été affecté par le ST pendant le développement des graines. Plusieurs glucosinolates (GSL) associés à l'hydroxylase ALKENYL HYDROXALKYL PRODUCING 3 (AOP3) étaient fortement induits par le ST. De plus, divers GSL sinapoylés et benzoylés au niveau du thioglucose ont été décrits pour la première fois. Des analyses métabolomiques et physiologiques ont été réalisées sur plusieurs mutants de la biosynthèse des GSL et le génotype sauvage d'Arabidopsis afin de comprendre la régulation de la synthèse, des modifications et les fonctions de ces GSL acylés au thioglucose. Les résultats obtenus montrent que les enzymes SERINE CARBOXYPEPTIDASE LIKE 17 (SCPL17) et BENZOYLGLUCOSINOLATE 1 (BZO1) sont impliquées dans la sinapoylation et/ou la benzoylation du thioglucose des GSL et que ces GSL acylés sont impliqués dans la réponse au ST chez Arabidopsis. Enfin, des analyses multi-omiques ont été réalisées sur les embryons (E) et téguments et albumens (TA) des graines de C. sativa pendant leur développement et germination. Les données obtenues concernant la distribution des GSL dans les graines de C. sativa, A. thaliana et Brassica napus apportent des informations complémentaires aux travaux précédemment décrits sur les fonctions et activités des GSL. Parmi ces espèces de Brassicacées, les GSL dérivés de la méthionine à courte chaîne (<8C) sont accumulés dans les E tandis que les GSL dérivés de la méthionine à longue chaîne (>7C) sont accumulés dans les TA. Les produits de dégradation des GSL présentent des profils d'accumulation divers entre les trois espèces
Specialized metabolites (SMs) play crucial roles in the interaction of plants and seeds with their environment. SM modifications greatly contribute to SM diversity and activities. Despite their importance for seed quality, the study of the impact of the environment on the synthesis, modification and accumulation of SMs in seeds has been neglected. Seeds accumulate both beneficial and antinutritional SMs with a large range of biological and ecological roles and significant importance for human and animal nutrition, and other industrial uses. Hence, study the diversity, distribution and regulation of SMs in seeds upon environmental stresses is of major relevance, especially in the current context of climate change. This is particularly true for seeds of Brassicaceae species, which include both model and crop species that are widely cultivated across the world and used/consumed as vegetables, fodder, or oilseeds. These species show diverse SM composition and distribution, which makes them valuable models to study the impacts of environmental stresses on seed SMs. This Ph.D. project aimed at characterizing the diversity and plasticity of seed specialized metabolites in Brassicaceae species under environmental stresses by using multi-omic, molecular biology and reverse genetic approaches. In a first study, the diversity and plasticity of seed SMs from several Camelina sativa genotypes cultivated in open field for several consecutive years were assessed. The results obtained showed that the accumulation of SMs in Camelina seeds was more impacted by the environmental conditions rather than the genotype, and that the plasticity of SMs was higher compared to those of major seed storage compounds, including oil, proteins, and other primary metabolites. A second study aimed to evaluate the impact of stress conditions on developing seeds of the model species Arabidopsis thaliana. Heat stress (HS) was found to induce the strongest changes in seed specialized metabolome, compared to drought stress and copper chloride stress (inducing oxidative stress and mimicking biotic stress effects). Hence, the study has been focused on studying the effect of HS on specialized metabolome during Arabidopsis seed development by using multi-omic analyses (untargeted metabolomic and transcriptomic analyses). A wide range of SMs and genes were affected by HS during seed development. Among them, glucosinolates (GSLs) related to ALKENYL HYDROXALKYL PRODUCING 3 (AOP3) GSL hydroxylase enzyme were strongly induced by HS. Besides, several thioglucose sinapoylated and benzoylated GSLs were identified and reported for the first time. Untargeted metabolomic and physiological analyses were performed with several Arabidopsis mutants for GSL-related genes and wild-type genotype, in order to elucidate the synthesis, modifications, regulation and functions of those thioglucose acylated GSLs. The obtained results showed that the acyltransferase SERINE CARBOXYPEPTIDASE LIKE 17 (SCPL17) and BENZOYLGLUCOSINOLATE 1 (BZO1) are involved in the sinapoylation and/or benzoylation of GSL thioglucose moieties and that thioglucose benzoylated and sinapoylated GSLs are involved in Arabidopsis HS responses in seeds. Finally, to study and characterize seed SM distribution, multi-omic analyses have been performed on C. sativa seed embryo (SE) and seed coat and endosperm (SCE) tissues from developing and germinating seeds. The data obtained revealed some specific accumulation pattern of GSLs and related degradation products in the different seed tissues of C. sativa, A. thaliana and Brassica napus species that provide valuable complementary information to the previously described work about GSL functions and activities. In particular, the short methionine derived (Met-de) GSLs (<8C) accumulated in SE, while longer Met-de GSLs (>7C) accumulated in SC. Differently, GSL degradation products accumulation showed diverse accumulation patterns in the three Brassicaceae species

Le nombre des génomes bactériens séquencés disponibles dans les bases des données ne cesse d’augmenter. Grâce au développement d’outils bio informatiques, l’exploration de ces données génomiques est devenue beaucoup plus aisée. Ces analyses génomiques révèlent qu’un important réservoir de gènes du métabolisme spécialisé, et potentiellement de métabolites bioactifs, reste encore à explorer. J’ai étudié le métabolisme spécialisé d’une souche de Streptomyces appelée Streptomyces sp.TN58, isolée à partir d’un échantillon de sol tunisien et retenue pour son spectre d’activité biologique assez large. Son génome a été séquencé dans le cadre de ce travail. Je me suis particulièrement intéressée à la biosynthèse de deux familles de métabolites spécialisés, les acyl alpha-L-rhamnopyranosides et les dicétopipérazines.Les acyl alpha-L-rhamnopyranosides sont des composés qui possèdent un groupement rhamnose lié à un groupement acyle. Ils présentent plusieurs activités d’intérêt médical (antitumorale, antifongique, antibactérienne…). Leur biosynthèse par des Streptomyces a déjà été décrite, mais aucune étude de leur voie de biosynthèse n’est disponible dans la littérature. La souche Streptomyces sp.TN58 était connue pour produire deux molécules de cette famille. J’ai montré qu’elle en produisait une troisième et j’ai recherché quels gènes dirigeaient leur biosynthèse. J’ai pu identifier les gènes impliqués dans la biosynthèse du précurseur rhamnose et montrer qu’ils sont impliqués dans la biosynthèse des acyl alpha-L-rhamnopyranosides. Les gènes localisés au voisinage de ceux qui dirigent la biosynthèse du rhamnose ne sont pas impliqués dans la biosynthèse des acyl alpha-L-rhamnopyranoides. Cette organisation est originale, car tous les gènes impliqués dans la biosynthèse d’un métabolite spécialisé ne sont pas groupés, contrairement à ce qui est classiquement trouvé chez les Streptomyces et plus généralement chez les microorganismes. L’analyse du génome de Streptomyces sp. TN58 a permis l’identification d’autres gènes candidats, mais l’inactivation de certains de ces gènes n’abolit pas la biosynthèse des trois molécules d’acyl alpha-L-rhamnopyranoside. Ceci peut suggérer plusieurs enzymes promiscuitaires pourraient être impliquées dans la biosynthèse des acyl alpha-L-rhamnopyranosides.Les dicétopipérazines sont des dérivés de dipeptides cycliques et constituent une classe de produits naturels possédant des activités biologiques diverses, mais leur rôle physiologique chez l’organisme producteur reste peu connu. Elles peuvent être synthétisées par des mégacomplexes enzymatiques, les synthétases de peptides non ribosomiques (NRPS), ou par des cyclodipeptides synthases (CDPS). Ces dernières sont des enzymes de petite taille utilisant des ARN de transfert amino-acylés comme substrat. Les cyclodipeptides synthétisés peuvent subir différentes modifications, ce qui explique la diversité de leur structure chimique. L’analyse du génome de Streptomyces sp.TN58 a permis d’identifier un cluster de deux gènes (codant une CDPS et un cytochrome P450) homologues à des gènes impliqués dans la biosynthèse d’une dicétopipérazine (la mycocyclosine) chez Mycobacterium tuberculosis. J’ai identifié les produits dont la biosynthèse est dirigée par ces gènes. J’ai construit des souches mutées pour tester l’hypothèse d’un rôle de ces produits dans la signalisation pour la différenciation morphologique et la production d’antibiotiques chez Streptomyces sp.TN58. Les premiers résultats obtenus semblent en accord avec cette hypothèse
The number of sequenced bacterial genomes available in databases is steadily increasing. With the development of bioinformatics tools, the exploration of these genomic data has become much easier. These genomic analyzes reveal that an important reservoir of genes for specialized metabolism, and potentially bioactive metabolites, remains to be explored. The vast majority of bacterial specialized metabolism was therefore ignored. I studied the specialized metabolism of a Streptomyces strain called Streptomyces sp.TN58, isolated from a Tunisian soil sample and retained for its broad spectrum of biological activity. Its genome has been sequenced in the frame of this work. I was particularly interested in the biosynthesis of two families of specialized metabolites, acyl alpha-L-rhamnopyranosides and diketopiperazines (DKPs).Acyl alpha-L-rhamnopyranosides are compounds having a rhamnose group linked to an acyl group. They possess a variety of biological activities of medical interest (anti-tumor, antifungal, antibacterial…). Their production by Streptomyces sp. has been described previously but no study of their biosynthetic pathway is available in literature. Streptomyces sp.TN58 strain was known to produce two molecules of this family. I showed that it produced a third one and I looked for the genes directing their biosynthesis. I have identified the genes involved in the biosynthesis of the rhamnose precursor and shown that their inactivation abolished the biosynthesis of acyl alpha-L-rhamnopyranosides. However, the genes located in the vicinity of the rhamnose biosynthetic genes are not involved in acyl alpha-L-rhamnopyranoside biosynthesis. This organization is unusual because all the genes directing the biosynthesis of a specialized metabolite are not clustered, contrarily to what is usually found in Streptomyces and more generally in microorganisms. A genome-mining approach allowed the identification of candidate genes, but the inactivation of some of these genes did not abolish the biosynthesis of the three acyl alpha-L-rhamnopyranoside molecules. This suggests that several rather promiscuous enzymes might be involved in the biosynthesis of acyl alpha-L-rhamnopyranosides.DKPs are cyclic dipeptide derivatives. This class of natural products possesses a wide variety of biological activities, but their physiological role in the producing organism remains often unknown. DKPs can be synthesized by non-ribosomal peptide synthases (NRPSs) or by cyclodipetide synthases (CDPSs). Contrarily to NRPSs which are enzymatic megacomplexes using amino acids as substrate, CDPSs are small enzymes using amino-acylated tRNAs as a substrate. The synthesized cyclodipeptides can undergo various modifications, which explains the diversity of DKP chemical structures. Mining the genome of Streptomyces sp. TN58 allowed the identification of a cluster of two genes (encoding a CDPS and a cytochrome P450) homologous to genes involved in the biosynthesis of a DKP (mycocyclosin) in Mycobacterium tuberculosis. I managed to identify the DKP synthesized. I constructed mutant strains to test the hypothesis that these DKPs could play a role as signaling molecules for morphological differentiation and antibiotic production in Streptomyces sp.TN58. Preliminary results seem to support this hypothesis

Un des mécanismes importants dans la protection et la défense des plantes face aux contraintes de l’environnement est la production de composés chimiques appelés métabolites “spécialisés”. Au sein des espèces, on observe une grande variabilité de production des métabolites spécialisés entre les individus. Cette variation peut être une réponse des individus à des stress biotiques ou abiotiques, mais elle peut aussi avoir pour origine des différences génétiques entre individus. En effet, la variation naturelle de la production de métabolites spécialisés, qu’elle soit constitutive ou induite en réponse à l'environnement, est souvent contrôlée par des différences génétiques entre individus, variétés ou populations. Dans le cadre de ma thèse nous étudierons la variation du métabolisme spécialisé déterminée par des différences génétiques entre les individus au sein de deux espèces: le chêne sessile (Quercus petraea) et le blé tendre (Triticum aestivum). Le premier chapitre vise à étudier la variation des métabolites spécialisés foliaires et d’identifier les bases génétiques sous-jacentes à cette variation au sein de populations de chêne sessile, espèce pérenne, dont les populations présentent une grande diversité génétique. En caractérisant la variation naturelle et ses bases génétiques, nous explorons les patrons de diversité génétique des gènes associés avec le métabolisme spécialisé entre et au sein des populations. Nous montrons que la grande majorité des métabolites spécialisés que nous avons mesurés ne présentent pas de différenciation entre les populations. Pour autant nous avons détecté des bases génétiques, suggérant qu’une variation génétique existe au sein des populations pour de nombreux métabolites spécialisés. L'analyse des annotations des molécules et des gènes candidats nous permet d’émettre des hypothèses quant aux processus sélectifs susceptibles de maintenir cette diversité. Le second chapitre s’intéresse quant à lui aux différences d’expression des gènes homéologues du métabolisme spécialisé entre variétés modernes de blé tendre en réponse à l’infection par un pathogène. L’objectif est d’étudier si la sélection artificielle, ainsi que la polyploïdie de cette espèce hexaploïde, a eu un effet sur la capacité de différentes variétés de blé à induire l’expression de gènes du métabolisme spécialisé en réponse à un stress. En étudiant la variation d’expression entre gènes homéologues, appelés biais d’expression, nous explorons le rôle de la polyploïdie sur l’induction de l’expression des gènes du métabolisme spécialisé en réponse à l’infection par un pathogène. Nous explorons si des variétés aux cultures sélectives différentes présentent des différences de relation d’expression entre gènes homéologues. Nous montrons que les gènes homéologues du métabolisme spécialisé présentent des changements de biais d’expression en réponse à l’infection par le pathogène contrastés entre variétés qui peuvent être contrôlés par des variants génomiques ou des modifications épigénétiques entre les variétés. Dans l’ensemble, les résultats de ma thèse montrent que la variation intraspécifique du métabolisme spécialisé chez ces deux espèces a un déterminisme génétique fort. En étudiant deux espèces, nous mettons en évidence l’importance de différents mécanismes sous-jacents à la variation de production du métabolisme spécialisé. Chez le chêne, une espèce diploïde avec une diversité génétique importante, les polymorphismes entre gènes dupliqués associés au métabolisme spécialisé semblent être une source de diversité génétique et fonctionnelle importante de la variation naturelle constitutive du métabolisme spécialisé. A contrario, chez le blé, espèce cultivée fortement sélectionnée présentant une diversité génétique plus faible, la contribution relative des gènes homéologues à la transcription des gènes du métabolisme spécialisé semble être une source de la variation de l’induction du métabolisme spécialisé en réponse à un stress biotique
Chemical compounds also called “specialized metabolites” play a key role in protection and defense of plants against environmental stresses. Many specialized metabolites are involved in defenses against herbivores or contribute to resistance to oxidative stresses. Within species, specialized metabolites production varied extensively between individuals. This variation may be a response of individuals to biotic and abiotic stresses, but also originated from genetic differences among individuals. Thus, specialized metabolites natural variation, whether constitutive or induced in response to the environment, is controlled by genetic differences between individuals, cultivars or populations. During my PhD, we studied the variation of specialized metabolism determined by genetic differences between individuals within two species, sessile oak (Quercus petraea) and bread wheat (Triticum aestivum). In the first chapter, we investigate the natural variation of leaf specialized metabolites and identify the genetic basis underlying the variation within sessile oak populations, a long-lived species displaying high genetic diversity among populations. While studying the natural variation and the underlying genetic basis, we explored the genetic diversity patterns associated with specialized metabolism within and among populations. We showed that a majority of specialized metabolites we investigated don’t display differentiation among populations. Interestingly, we detected genetic polymorphisms with large effects on specialized metabolites suggesting that variation of specialized metabolites within populations has a large genetic component. While studying specialized metabolites annotations and candidate genes we discuss hypotheses that may explain the maintenance of genetic diversity. In the second chapter, we explore the differentiated expression of specialized metabolism-related genes of bread wheat cultivars in response to the infection by a pathogen. Here, we study the potential role of artificial selection, as well as polyploidy, on the capacity of cultivars to induce differentiated gene expression responses of genes related to the specialized metabolism. By studying relative gene expression among copies of homoeologous genes, termed as expression bias, we explored the role of polyploidy on the gene expression response to the infection by a pathogen. Specifically, we explored whether cultivars, with different genetic backgrounds shaped through breeding programs, displayed differentiated expression bias and changes in expression bias in response to the infection. We showed that specialized metabolism homoeologous genes displayed contrasting changes of homoeolog expression biases in response to the infection among cultivars. Identifying the genetic or epigenetic variation among cultivars influencing the plastic response of expression bias improves our understanding of how the selective history of the cultivars modified how the three wheat subgenomes interact. Overall, the results of this work show that the intraspecific variation of specialized metabolite production within these two species is strongly influenced by genetics and that structural genetic variation is an important component of the genetic bases of these traits. Specifically we highlighted the importance of two types of structural variation shaping the variation of specialized metabolites production. In oaks, a diploid species with high genetic diversity, polymorphisms between duplicated genes associated with specialized metabolism appear to be a major source of functional and genetic diversity of the natural variation of specialized metabolism. On the other hand, in wheat, a highly selected species with lower genetic diversity, the relative contribution of homoeologous genes to the transcription of specialized metabolism related genes appears to be a source of variation in the induction of specialized metabolism in response to biotic stresses

Le @but de notre étude est d'analyser l'effet de l'entraînement sur la locomotion humaine. Pour cela, des sujets ayant subi des entraînements différents marchent et courent sur tapis roulant à des allures imposées. Pendant l'effort, les paramètres physiologiques et cinématiques sont mesurés. Les résultats montrent qu'il est difficile de dissocier les différents groupes en analysant les paramètres mécaniques. Du point de vue énergétique, les sujets non entraînés ont des énergies cinétiques de rotation significativement supérieures à celles des sujets entraînés. Il semble qu'une limite soit atteinte dans les paramètres mécaniques pour des marches à vitesse élevée. Nous avons donc étudié les vitesses de transition marche-course calculées de manière théorique,à partir de l'intersection des courbes d'énergie métabolique et de travail des forces internes, en fonction de la vitesse de marche et de course
The @purpose of our study is to analyze the training effect on human locomotion. Subjects of different training specificities walk and run on a treadmill at given speeds. During exercise, physiological and 3D kinematic parameters are measured. Results show that it is difficult to dissociate the different groups by analyzing mechanical parameters. Moreover, untrained subjects had significantly higher rotational kinetic energy than trained ones. It seems that a limit is reached in mechanical parameters for high speed walking. We studied the theoretical transition speeds between walking and running: by calculating the crossover points between metabolic energy and internal work, in relation with walking and running speeds

Depuis plus de 80 ans, le métabolisme spécialisé nous fournit de nombreuses molécules utilisées en médecine, en particulier comme anti-infectieux. Aujourd’hui, avec l’augmentation mondiale de la résistance aux antimicrobiens, de nouveaux antibiotiques sont indispensables. Une des réponses à cette pénurie grave pourrait provenir de la biologie synthétique. Dans le domaine du métabolisme spécialisé, la biologie synthétique est utilisée en particulier pour la biosynthèse de métabolites non naturels. Parmi les métabolites spécialisés, les peptides non ribosomiques constituent une cible attrayante, car ils nous ont déjà fourni des molécules à haute valeur clinique (ex. les antibiotiques vancomycine et daptomycine). De plus, la plupart sont synthétisés par des enzymes multimodulaires appelées synthétases de peptides non ribosomiques (NRPS), et sont diversifiés davantage par des enzymes de décoration. Ainsi, ces voies de biosynthèse se prêtent particulièrement à la biosynthèse combinatoire, consistant à combiner des gènes de biosynthèse provenant de divers groupes de gènes ou, dans le cas des NRPS, à combiner des modules ou domaines pour créer de nouvelles enzymes. Cependant, si plusieurs études ont établi la faisabilité de telles approches, de nombreux obstacles subsistent avant que les approches combinatoires de biosynthèse soient totalement efficaces pour la synthèse de nouveaux métabolites. Les travaux présentés ici s’inscrivent dans le cadre d’un projet visant à comprendre les facteurs limitant les approches de biosynthèse combinatoire basées sur les NRPS, en utilisant une approche de biologie synthétique. Nous avons choisi de travailler avec les NRPS responsables de la biosynthèse des pyrrolamides. En effet, ces NRPS sont constitués uniquement de modules et de domaines autonomes, et donc particulièrement adaptés aux manipulations génétiques et biochimiques. La caractérisation du groupe de gènes de biosynthèse du pyrrolamide anthelvencine constitue la première partie de cette thèse et nous a fourni de nouveaux gènes pour notre étude. La deuxième partie a consisté à construire de vecteurs intégratifs modulaires, outils essentiels pour la construction et l’assemblage de cassettes génétiques. La dernière partie présente la reconstruction du groupe de gènes du pyrrolamide congocidine, basée sur la construction et l’assemblage de cassettes de gènes synthétiques. Dans l’ensemble, ces travaux ouvrent la voie à de futures expériences de biosynthèse combinatoire, expériences qui devraient contribuer à une meilleure compréhension du fonctionnement précis des NRPS
For more than 80 years, specialized metabolism has provided us with many molecules used in medicine, especially as anti-infectives. Yet today, with the rise of antimicrobial resistance worldwide, new antibiotics are crucially needed. One of the answers to this serious shortage could arise from synthetic biology. In the field of specialized metabolism, synthetic biology is used in particular to biosynthesize unnatural metabolites. Among specialized metabolites, non-ribosomal peptides constitute an attractive target as they have already provided us with clinically valuable molecules (e.g. the vancomycin and daptomycin antibiotics). In addition, most are synthesized by multimodular enzymes called non-ribosomal peptide synthetases (NRPS) and further diversified by tailoring enzymes. Thus, such biosynthetic pathways are particularly amenable to combinatorial biosynthesis, which consists in combining biosynthetic genes coming from various gene clusters or, in the case of NRPSs, combining modules or domains to create a new enzyme. Yet, if several studies have established the feasibility of such approaches, many obstacles remain before combinatorial biosynthesis approaches are fully effective for the synthesis of new metabolites. The work presented here is part of a project aiming at understanding the limiting factors impeding NRPS-based combinatorial biosynthesis approaches, using a synthetic biology approach. We chose to work with the NRPSs involved in the biosynthesis of pyrrolamides. Indeed, these NRPS are solely constituted of stand-alone modules and domains, and thus, particularly amenable to genetic and biochemical manipulations. The characterization of the biosynthetic gene cluster of the pyrrolamide anthelvencin constitutes the first part of this thesis, and provided us with new genes for our study. The second part involved the construction of modular integrative vectors, essential tools for the construction and assembly of gene cassettes. The final part presents the successful refactoring of the congocidine pyrrolamide gene cluster, based on the construction and assembly of synthetic gene cassettes. Altogether, this work paves the way for future combinatorial biosynthesis experiments that should help deciphering the detailed functioning of NRPSs

Ce travail prote d'une part sur l'étude des facteurs mécaniques et physiologiques qui influencent la performance au cours du sprint. D'autre part, une analyse de l'aptitude à échanger et à éliminer le lactate a été réalisée afin de pourvoir établir une comparaison entre les coureurs de 100 m et ceux spécialistes de 400, 800 et 1500 m. Les courbes d'évolution de la concentration sanguine de lactate, lors de la récupération peuvent précisément être décrites par l'équation proposée par Freund et Gendry (1978) : [La](t) = [La](0) + A1(1-e-γ1t) + A2(1-e-γ2t) où γ1 donne des informations sur l'aptitude à échanger le lactate des muscle précédemment actifs vers le sang, et γ2 renseigne sur l'aptitude à éliminer le lactate de l'organisme. Enfin, nous avons exploré une éventuelle différence concernant le métabolisme du lactate dans deux populations de coureurs de 400 m d'origine ethniques différente : caucasiens et africains. L'étude 1 montre que la force maximale développée par les membres inférieurs est reliée à la vitesse moyenne soutenue sur les trois phases, constituant chronologiquement le 100 m. La raideur musculo-tendineuse est significativement corrélée à la vitesse moyenne de la seconde phase. La relation entre la vitesse moyenne sur 100 m et la concentration sanguine de lactate, obtenue dans l'étude 2, démontre que la production d'énergie, via la glycolyse anaérobie, est un facteur déterminant de la performance. De plus, il est démontré que la plus grande partie de l'énergie métabolique, nécessaire pour effectuer 100 m, provient de la glycose anaérobie. Les résultats d'une troisième étude montrent que les coureurs de demi-fonds (800 et 1500 m) possèdent une aptitude à échanger le lactate supérieure à celle des coureurs de sprint court et long (100 et 400 m), lors d'un exercice de 1 mn à 25,2 km. H-1. Dans le cadre de l'étude 4; les coureurs de 400 m caucasiens semblent obtenir une meilleure aptitude à échanger et à éliminer le lactate que leurs homologues africains.

Le genre Pelargonium fait partie de la famille des Geraniaceae et réunit plus de 280 espèces, ainsi que de nombreux hybrides et variétés sélectionnés depuis le 18e siècle. Ces accessions regroupent notamment de pélargoniums commercialisés en tant que plantes ornementales (comme les P. x hortorum) mais également des pélargoniums odorants (comme les P. x hybridum cv rosat) qui sont cultivés pour leur huile essentielle (HE). L’HE de P. rosat est stockée dans des structures glandulaires (trichomes glandulaires) présentes sur les feuilles et se compose principalement de mono- et sesqui-terpénoïdes. Ces composés organiques volatils sont à l’origine du parfum « géranium », prisé des parfumeurs pour son profil olfactif complexe et rappelant l’odeur de rose. L’objectif de cette thèse était de mieux comprendre la diversité de terpénoïdes présents dans l’HE de pélargonium, de décrypter les mécanismes sous-jacents à la biosynthèse de ces nombreux composés odorants et plus particulièrement d’analyser les enzymes impliquées dans leur production. Afin de répondre à cet objectif, des études biochimiques et transcriptomiques ont été menées. Celles-ci ont permis de mettre en place une approche multi-omique afin d’étudier le terpénome de dix accessions de pélargoniums odorants, de caractériser structurellement et fonctionnellement des enzymes impliquées dans la biosynthèse de ce terpénome et d’analyser l’effet d’un stress climatique sur celui-ci
The Pelargonium genus belongs to the Geraniaceae family and includes more than 280 species as well as multiple hybrids and varieties, which have been selected by botanists since the 18th century. Among these accessions, several can be found on the market as ornemental plant (e.g. P. x hortorum) whereas some are cultivated for essential oil (EO) production (e.g. P. x hybridum cv rosat). P. rosat EO is stored in glandular trichomes from leaves and is mainly composed of mono- and sesqui-terpenoids. The resulting volatile organic compound mixture offers a characteristic “geranium” scent. Due to its sophisticated odour reminding of the rose scent, this scent is highly pursued by perfumers and fragrance industries. The purpose of this thesis was to improve our understanding of the terpenoid diversity in pelargonium EO and decipher mechanims underlying their biosynthesis, in particular by characterising enzymes responsible for their production. To this aim, biochemical and transcriptomic studies have been performed. Therefore, a multi-omic approach has been implemented to analyse the terpenome from ten scented-pelargoniums. Moreover, structural and functional analysis of several enzymes involved in terpenoid biosynthesis have been performed and the effect of a climatic stress on the EO composition has been studied

Une étude statistique de l'organisation mondiale de la santé a révélé qu'un adulte sur six est concerné par des problèmes d'infertilité. Ce sujet majeur de nos sociétés est complexe, multifactoriel avec une évolution à l'échelle mondiale qui est difficile à évaluer. Il est donc essentiel de mener davantage de recherche pour mieux comprendre l'évolution de l'infertilité, mais aussi les mécanismes cellulaires et moléculaires conduisant à une bonne fertilité.Fortuitement, un crible génétique des enzymes responsables de la synthèse des acides gras dans des cellules spécialisées de la drosophile a déclenché un phénotype de stérilité. Ces cellules spécialisées que l'on nomme oenocytes sont essentielles aux métabolismes des acides gras et impliquées dans de nombreux processus tels que l'homéostasie lipidique, la protection contre la dessication et la communication phéromonale.Mes travaux montrent que la synthèse d'un ou plusieurs acides gras à très longue chaîne dans les oenocytes est indispensable à la fertilité des femelles et que le défaut de cette synthèse provoque une rétention des spermatozoïdes dans les organes de stockage, spermathèques et réceptacle séminal. J'ai montré que le phénotype de stérilité n'est pas lié à un défaut d'activité des spermatozoïdes et qu'ils fertilisent efficacement les ovocytes matures. En revanche mes résultats indiquent que les oeufs présentent un défaut d'activation empêchant leur développement.Chez les insectes l'activation de l'ovocyte mature qui permet le développement embryonnaire ne dépend pas de l'entrée du spermatozoïde comme chez les mammifères. Cette activation est déclenchée par un signal calcique lors du passage dans les voies génitales femelles. L'ensemble de mes résultats montrent pour la première fois qu'un signal lipidique extra-génital provoque l'activation des ovocytes matures permettant ainsi l'induction du développement embryonnaire
A statistical study by the World Health Organization revealed that one adult over six is affected by infertility problems. This major social issue is complex and multifactorial, with worldwide trends that are difficult to assess. It is therefore essential to carry out more research to better understand not only the evolution of infertility, but also the cellular and molecular mechanisms leading to efficient fertility.Serendipitously, we discovered that a genetic screen to enzymes responsible for fatty acid synthesis in specialized Drosophila cells provoked a sterile phenotype. These specialized cells, called as oenocytes, are essential for fatty acid metabolism, and are involved in numerous processes, including lipid homeostasis, protection against desiccation and pheromonal communication.My work shows that the synthesis of one or more very long-chain fatty acids in oenocytes is essential for female fertility, and that a defect in this synthesis causes spermatozoa to be retaintion in the storage organs, spermathecae and seminal receptacle. I have shown that the sterility phenotype is not linked to a defect in sperm activity, and that sperm fertilize mature oocytes efficiently. On the other hand, my results indicate that the eggs show an activation defect preventing their development.In insects, activation of the mature oocyte, which leads to embryonic development, is not dependent on sperm entry as in mammals. This activation is triggered by a calcium signal while the oocyte moves through the female genital tract. Taken together, my results show for the first time that an extra-genital lipid-signal triggers the activation of mature oocytes, thus enabling the induction of embryonic development

Face à la résistance accrue aux antibiotiques menaçant la santé publique, la prospection de nouvelles molécules biologiquement actives est pressante. Les champignons filamenteux se distinguent par leur capacité à synthétiser une large gamme de produits naturels, sous l’influence de clusters de gènes biosynthétiques (BGC) qui orchestrent la production de métabolites spécialisés. Toutefois, de nombreux produits issus de ces BGCs n’ont pas encore été caractérisés et leur chimiodiversité demeure sous-explorée en raison de l’incapacité à activer l’ensemble de leur potentiel en laboratoire. L’approche OSMAC (One Strain Many Compound) permet de solliciter ce potentiel en variant les conditions de culture. Cependant, cette méthode reste complexe et coûteuse en raison de son caractère aléatoire et du grand nombre d’expérimentations nécessaires. L’optimisation de ces processus nécessite l’intégration de stratégies plus rationnelles et efficaces. A l’aide d’approches systémiques liées à la biologie des systèmes, les réseaux métaboliques à l’échelle du génome (GSMN) offrent une modélisation détaillée des voies métaboliques, des enzymes impliquées et des gènes associés, fournissant un aperçu précis du métabolisme. Dans ce cadre, nous proposons une stratégie alternative: l’OSMAC in silico. En reconstruisant un GSMN actualisé pour Penicillium rubens, nous avons pu étudier les réponses de son métabolisme sous divers scénarios nutritionnels. Cette modélisation a permis d’évaluer l’influence de différentes sources de carbone et d’azote sur sa croissance et la production de métabolites spécialisés, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives pour optimiser la production de produits naturels
Given the pressing issue of increasing antibiotic resistance threatening public health, new biologically active molecule research is urgent. Filamentous fungi are charcterised by their ability to synthesise a wide range of natural products, driven by biosynthetic gene clusters (BGCs) that orchestrate the production of specialised metabolites. However, many products derived from these BGCs remain uncharacterised, and their chemodiversity is underexplored due to the inability to activate their full potential in laboratory settings. The OSMAC (One Strain Many Compounds) approach seeks to harness this potential through culture condition variations. Nevertheless, this method remains complex and costly due to its randomness and vast number of experiments required. Therefore, optimising these processes needs the integration of more rational and efficient strategies. Using systems biology approaches, genome-scale metabolic networks (GSMNs) provide detailed modeling of metabolic pathways, involved enzymes, and associated genes, offering a precise overview of metabolism. In this context, we propose an alternative strategiy: in silico OSMAC. By reconstructing an updated GSMN for Penicillium rubens , we studied its metabolic responses under various nutritional scenarios. This modelling enabled us to assess the influence of different carbon and nitrogen sources on growth and the production of specialised metabolites, thereby opening new prospects for optimising the production of natural products

Le sclaréol est un diterpène produit par les organes floraux de la sauge sclarée (Salvia sclarea, Lamiaceae). Il est utilisé en parfumerie pour l’hémisynthèse de l’ambroxide, une substance caractérisée par une odeur ambrée et une grande capacité de fixation des parfums. L’augmentation de la demande mondiale en sclaréol stimule actuellement les tentatives d’accroître le rendement de la production de sclaréol à partir de la sauge sclarée. L’objectif du travail présenté dans ce manuscrit était d’améliorer notre compréhension de la biosynthèse du sclaréol et de sa régulation chez la sauge sclarée, afin de mettre en évidence des stratégies d’augmentation du contenu en sclaréol de la sauge sclarée. L'analyse de la surface des calices de sauge sclarée par imagerie par spectrométrie de masse suggère que le sclaréol est principalement sécrété par des structures épidermiques spécialisées appelées trichomes glandulaires. De plus, nous avons mis en évidence les contributions respectives des deux voies de biosynthèse des terpènes présentes chez les plantes, les voies MVA et MEP, à la biosynthèse de trois terpènes de la sauge sclarée. Des expériences de marquage au ¹³C indiquent que le sclaréol et l’acétate de linalyle sont tous deux issus de la voie MEP, alors que le β-caryophyllène semble être d’origine mixte. Nous avons également étudié le rôle potentiel d’une phytohormone, le méthyljasmonate, dans la régulation de la production de sclaréol chez la sauge sclarée. Enfin, nous avons exploré la diversité génétique et phénotypique de populations croates de sauge sclarée sauvage, et montrons que ces populations représentent une ressource génétique distincte par rapport aux populations de référence. L’ensemble de ces résultats met en évidence des pistes prometteuses pour l'amélioration génétique ciblée des performances de la sauge sclarée
Sclareol is a diterpene produced by floral organs of clary sage (Salvia sclarea, Lamiaceae). It is used in perfume industry for the hemisynthesis of ambroxide, a high-valued perfume component characterized by an amber scent and a high perfume fixation capacity. The global demand for sclareol currently rises, prompting attempts at increasing the yield of sclareol production from clary sage. The purpose of the work presented in this manuscript was to improve knowledge on sclareol biosynthesis and its regulation in clary sage, in order to highlight strategies aiming at enhancing clary sage sclareol content. The analysis of the surface of clary sage calyces by mass spectrometry imaging suggests that sclareol is mainly secreted by specialized epidermal structures called glandular trichomes. Moreover, we have highlighted the respective contributions of the two terpenoid biosynthesis pathways present in plants, MVA and MEP pathways, to the biosynthesis of three terpenoids of clary sage. ¹³C-labeling experiments indicate that sclareol and linalyl acetate both originate from the MEP pathway, whereas β-caryophyllene seems to be of mixed origin. We have also investigated the potential role of a phytohormone, methyljasmonate, in the regulation of sclareol production in clary sage. Finally, we have explored the genetic and phenotypic diversity of Croatian wild clary sage populations and show that these populations represent a distinct genetic resource compared to reference populations. Taken together, these results highlight promising avenues for targeted genetic enhancement of clary sage performances