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Thèse confidentielle jusqu'au 19 janvier 2022.; This work is part of the continuation of work begun during previous theses of the laboratory on the design of low molecular weight gelling amphiphilic molecules, making it possible to obtain supramolecular gels. The first objective of this study corresponded to the synthesis of original derivatives associating 3 types of biosourced compounds, in this case glucose, lysine and fatty acids of variable chain length, all three of which are derived from plant biomass, with glucose from ligno-cellulosic biomass, lysine as a by-product of the sugar industry and fatty acids from vegetable oils. The proposed synthesis method is a direct method for each of the steps and avoids all protection/deprotection methods. The second objective was to highlight the gelling properties of these different compounds, by varying the solvent and concentration. Many gelling agents have shown ambidextrous properties, gelling water and organic solvents. The properties of the resulting supramolecular gels have been characterised by different techniques at the macroscopic level to determine the de-gelling temperatures, such as the inverted tube method or rheology, and at the microscopic level, such as microscopy. The interactions existing between the molecules and likely to be responsible for gel formation were highlighted by different spectroscopies (NMR, IR …), which led to the conclusion that the gelling process is governed by both hydrophobic interactions and hydrogen bonds.; Ce travail de thèse s’inscrit dans la poursuite de travaux débutés lors de thèses précédentes du laboratoire sur la conception de molécules amphiphiles gélifiantes de faible poids moléculaire, permettant d’obtenir des gels supramoléculaires. Le premier objectif de cette étude correspondait à la synthèse de dérivés originaux associant 3 types de composés biosourcés, en l’occurrence le glucose, de lysine et d’acide gras de longueur de chaîne variable, issus tous les trois de la biomasse végétale, avec le glucose issu de la biomasse ligno-cellulosique, la lysine en tant que sous-produit de l’industrie sucrière et les acides gras, des huiles végétales. La méthode de synthèse proposée est une méthode directe pour chacune des étapes et permet d’éviter toutes méthodes de protection/déprotection. Le deuxième objectif a été de mettre en évidence les propriétés gélifiantes de ces différents composés, en faisant varier le solvant et la concentration. De nombreux gélifiants ont montré des propriétés ambidextres, gélifiant l’eau et les solvants organiques. Les propriétés des gels supramoléculaires qui en découlent ont été caractérisées par différentes techniques au niveau macroscopique pour déterminer les températures de dé-gélification, telles que la méthode du tube inversé ou encore la rhéologie, et au niveau microscopique, telles que la microscopie. Les interactions existant entre les molécules et susceptibles d’être responsables de la formation du gel ont été mises en évidence par différentes spectroscopies (RMN, IR, …), ce qui a permis de conclure que le processus de gélification est gouverné à la fois par des interactions hydrophobes et des liaisons hydrogène.

Plants Secondary Cell Walls (SCW) represent most of the renewable biomass and participate in some plant physiological functions such as nutrient transport, stress resistance and stiffness. Sorghum is a C4 grass well adapted to nutrient and water limiting conditions. Improving knowledge SCW establishment in sorghum aims at contributing to the development of varieties adapted to biomass sector including animal feed, energy production and the development of bio-materials. The objectives of the thesis presented here are to contribute to the understanding of the molecular mechanisms of SCW regulation and biosynthesis by identifying genes networks involved in this process and validating their role using reverse genetics. As a first step, a phylogenetic analysis including 9 species, allowed us to identify homologies within families of NAC and MYB TF, which are the main regulators of SCW establishment in Arabidopsis and other species. We then built gene co-expression networks of sorghum developing internode and focused on NAC and MYB networks as well as on networks with enrichment in SCW related genes Then, genes identified by these approaches were compared to those located in the chromosomal regions impacting the variability of SCW composition. In a second step we have developed genetic transformation approaches to characterize the role of identified genes by reverse genetics.We have identified 6 modules of co-expressed genes enriched with genes and gene ontologies related to cell walls and in particular 2 modules whose genes are potentially involved in the establishment of SCW. In addition, 122 NAC and 135 MYB were identified in sorghum. Among them, 14 NAC and 25 MYB are involved in the 6 co-expression networks highly enriched in cell wall genes. Of these, 19 are homologues of genes already validated in other species for their role SCW establishment and 20 have no known role. The comparison of the genes belonging to the 6 modules involved in cell wall establishment and chromosomal regions associated with the composition of the biomass revealed an intersect of 70 genes and some structural genes involved in the biosynthesis of the walls but little convergence concerning NAC and MYB TF.Although the optimization of stable genetic transformation protocols was unsuccessful, an efficient protoplast-based transient transformation protocol was optimized. This tool will be mobilized to test the roles of identified TF in networks enriched with cell wall genes.; Les parois secondaires (PS) des plantes représentent la majorité de la biomasse renouvelable et participent à des fonctions physiologiques des plantes comme le transport des nutriments, la résistance à la verse et aux stress. Le sorgho est une graminée en C4 bien adaptée aux conditions limitantes en nutriments et en eau. L’amélioration des connaissances relatives à la mise en place des PS chez le sorgho a pour objectif de contribuer au développement de variétés adaptées aux filières de valorisation de la biomasse incluant l’alimentation animale, la production énergétique et le développement de bio-matériaux. Les objectifs de la thèse présentée ici sont de contribuer à la compréhension des mécanismes moléculaires de la mise en place des PS par l’identification des réseaux de gènes impliqués et la validation de leur rôle par génétique inverse. Dans un premier temps, une analyse phylogénétique comprenant 9 espèces, nous a permis d’identifier les liens d’homologies au sein des familles de facteurs de transcription (FT) NAC et MYB, qui sont les principaux régulateurs de la mise en place des PS chez Arabidopsis et d’autres espèces. Nous avons ensuite construit les réseaux de co-expression géniques impliqués dans la mise en place des entre-nœuds en développement du sorgho et nous nous sommes plus particulièrement intéressés aux réseaux comprenant des NAC et des MYB ainsi qu’à ceux présentant des enrichissements en gènes liés aux PS. Puis les gènes identifiés par ces approches ont été comparés à ceux situés dans les zones chromosomiques impactant la variabilité de la composition des PS. Dans un deuxième temps, nous avons développé des approches de transformation génétique afin de caractériser le rôle des gènes mis en évidence par génétique inverse.Nous avons identifié 6 modules de gènes co-exprimés enrichis en gènes et en ontologies géniques liés aux parois et en particulier 2 modules dont les gènes sont potentiellement impliqués dans la mise en place des PS. En outre, 122 NAC et 135 MYB ont été identifiés chez le sorgho. Parmi eux, 14 NAC et 25 MYB sont impliqués dans les 6 réseaux de co-expression de gènes fortement enrichis en gènes de paroi. Dix-neuf sont des homologues de gènes déjà validés chez d’autres espèces pour leur rôle dans la mise en place des PS et 20 n’ont pas de rôle connu. La comparaison des gènes faisant partie des 6 modules impliqués dans la mise en place des parois et des régions chromosomiques associées à la composition de la biomasse a mis en évidence 70 gènes en commun et quelques gènes de structure impliqués dans la biosynthèse des parois mais peu de convergence concernant les FT NAC et MYB.Bien que l’optimisation des protocoles de transformation génétique stable n’ait pas abouti, un protocole efficace de transformation transitoire basée sur des protoplastes a été optimisé. Cet outil sera notamment mobilisé pour tester les rôles des FT identifiés dans les réseaux enrichis en gènes de parois.

Plants Secondary Cell Walls (SCW) represent most of the renewable biomass and participate in some plant physiological functions such as nutrient transport, stress resistance and stiffness. Sorghum is a C4 grass well adapted to nutrient and water limiting conditions. Improving knowledge SCW establishment in sorghum aims at contributing to the development of varieties adapted to biomass sector including animal feed, energy production and the development of bio-materials. The objectives of the thesis presented here are to contribute to the understanding of the molecular mechanisms of SCW regulation and biosynthesis by identifying genes networks involved in this process and validating their role using reverse genetics. As a first step, a phylogenetic analysis including 9 species, allowed us to identify homologies within families of NAC and MYB TF, which are the main regulators of SCW establishment in Arabidopsis and other species. We then built gene co-expression networks of sorghum developing internode and focused on NAC and MYB networks as well as on networks with enrichment in SCW related genes Then, genes identified by these approaches were compared to those located in the chromosomal regions impacting the variability of SCW composition. In a second step we have developed genetic transformation approaches to characterize the role of identified genes by reverse genetics.We have identified 6 modules of co-expressed genes enriched with genes and gene ontologies related to cell walls and in particular 2 modules whose genes are potentially involved in the establishment of SCW. In addition, 122 NAC and 135 MYB were identified in sorghum. Among them, 14 NAC and 25 MYB are involved in the 6 co-expression networks highly enriched in cell wall genes. Of these, 19 are homologues of genes already validated in other species for their role SCW establishment and 20 have no known role. The comparison of the genes belonging to the 6 modules involved in cell wall establishment and chromosomal regions associated with the composition of the biomass revealed an intersect of 70 genes and some structural genes involved in the biosynthesis of the walls but little convergence concerning NAC and MYB TF.Although the optimization of stable genetic transformation protocols was unsuccessful, an efficient protoplast-based transient transformation protocol was optimized. This tool will be mobilized to test the roles of identified TF in networks enriched with cell wall genes.; Les parois secondaires (PS) des plantes représentent la majorité de la biomasse renouvelable et participent à des fonctions physiologiques des plantes comme le transport des nutriments, la résistance à la verse et aux stress. Le sorgho est une graminée en C4 bien adaptée aux conditions limitantes en nutriments et en eau. L’amélioration des connaissances relatives à la mise en place des PS chez le sorgho a pour objectif de contribuer au développement de variétés adaptées aux filières de valorisation de la biomasse incluant l’alimentation animale, la production énergétique et le développement de bio-matériaux. Les objectifs de la thèse présentée ici sont de contribuer à la compréhension des mécanismes moléculaires de la mise en place des PS par l’identification des réseaux de gènes impliqués et la validation de leur rôle par génétique inverse. Dans un premier temps, une analyse phylogénétique comprenant 9 espèces, nous a permis d’identifier les liens d’homologies au sein des familles de facteurs de transcription (FT) NAC et MYB, qui sont les principaux régulateurs de la mise en place des PS chez Arabidopsis et d’autres espèces. Nous avons ensuite construit les réseaux de co-expression géniques impliqués dans la mise en place des entre-nœuds en développement du sorgho et nous nous sommes plus particulièrement intéressés aux réseaux comprenant des NAC et des MYB ainsi qu’à ceux présentant des enrichissements en gènes liés aux PS. Puis les gènes identifiés par ces approches ont été comparés à ceux situés dans les zones chromosomiques impactant la variabilité de la composition des PS. Dans un deuxième temps, nous avons développé des approches de transformation génétique afin de caractériser le rôle des gènes mis en évidence par génétique inverse.Nous avons identifié 6 modules de gènes co-exprimés enrichis en gènes et en ontologies géniques liés aux parois et en particulier 2 modules dont les gènes sont potentiellement impliqués dans la mise en place des PS. En outre, 122 NAC et 135 MYB ont été identifiés chez le sorgho. Parmi eux, 14 NAC et 25 MYB sont impliqués dans les 6 réseaux de co-expression de gènes fortement enrichis en gènes de paroi. Dix-neuf sont des homologues de gènes déjà validés chez d’autres espèces pour leur rôle dans la mise en place des PS et 20 n’ont pas de rôle connu. La comparaison des gènes faisant partie des 6 modules impliqués dans la mise en place des parois et des régions chromosomiques associées à la composition de la biomasse a mis en évidence 70 gènes en commun et quelques gènes de structure impliqués dans la biosynthèse des parois mais peu de convergence concernant les FT NAC et MYB.Bien que l’optimisation des protocoles de transformation génétique stable n’ait pas abouti, un protocole efficace de transformation transitoire basée sur des protoplastes a été optimisé. Cet outil sera notamment mobilisé pour tester les rôles des FT identifiés dans les réseaux enrichis en gènes de parois.

In the context of the energy transition, the use of ligno-cellulosic biomass for producing ‘bio-sourced’ energy and product is one of the major alternatives to oil. Sorghum bicolor is with this respect more and more studied, particularly for water limited cropping environments. Its genetic diversity is a huge opportunity for creating varieties with a high production of stem biomass, with a biochemical composition adapted to diverse end-uses and for water-limited environments. This PhD thesis takes place in the context of two projects dedicated to biomass sorghum improvement: Biomass For the Future (ANR) and BioSorg (Fondation Agropolis-Cariplo). Its objective is to understand the morphological and histochemical traits and their interactions, underlying at organ (internode) level, stem biomass production in sorghum, its genotypic variability and its plasticity in response to climatic environment, in particular water availability. For this purpose, an approach combining field experiments and eco-physiological modeling was adopted. Three experimental seasons were organized in the field (DIAPHEN platform, Mauguio, France), in order to compare genotypes under contrasted water situations (irrigated, water deficit during stem elongation). Two biomass sorghum hybrids were studied (2013-2014) to point out the traits contributing to the regulation by water availability of stem biomass accumulation. First, a common dynamics of internode development for a given genotype was highlighted for studied histochemical traits. This result will enable to use all internodes of different ages on a given plant to set up such a dynamic in a phenotyping context. Accordingly, the traits set up progressively along internode development were those with the highest drought sensitivity. Stem biomass production was reduced by drought and its biochemical composition modified. This could be explained by a reduced number of expanded internodes with a reduced length and ligno-cellulosic content. A contrario, their soluble sugar content was increased. The internodes developed after re-watering observed a remarkable recovery whereas those developed under stress did not recover. At final harvest, water deficit effect on stem biomass production was thus strongly attenuated. The same traits were studied on 8 genotypes more contrasted for stem morphology and biochemistry (2014-2015). The results confirmed those on two hybrids and showed a high genotypic variability for drought sensitivity and recovery capacity. The response to water availability of traits related to internode or stem growth and to their biochemical composition was only partially correlated. The weak correlation between biochemical and histological traits suggests that the vartiability of stem biomass quality among genotypes and environments is explained at tissue level. The stability of stem biomass production is thus a highly complex process involving trade-off among morphological and histochemical traits that may differ depending on drought pattern, targeted end-use and cycle duration.These results were used for adapting and testing the ecophysiological model Ecomeristem in its capacity to capture the traits underlying phenotypic variability in biomass sorghum, in a first time under non-limiting water conditions. Model validation was satisfying but pointed out remaining limitation in the way the model captures tillering and accordingly biomass partitioning among them. A sensitivity analysis was performed showing that the simulated genotypes with the highest stem biomass production resulted from variable trait combinations (model parameters) depending on plant density in the field. The trade-off between tillering propensity and the capacity to accumulate biomass in the individual internode was particularly influencing and the balance between these traits should be further considered in a phenotyping and ideotyping context, with respect to fluctuating environmental conditions.; Face à l’enjeu de la transition énergétique, l’utilisation de la biomasse végétale ligno-cellulosique pour produire des énergies et matériaux ‘bio-sourcés’, est l’une des alternatives au pétrole ciblées. Le sorgho (Sorghum bicolor) est à ce titre de plus en plus étudié. Sa diversité génétique est une richesse considérable pour concevoir des variétés à forte production de biomasse de tige, de composition biochimique adaptée à divers usages et adaptées à des agroenvironnements limités en eau. Cette thèse s’inscrit dans deux projets d’amélioration variétale du sorgho biomasse, Biomass For the Future (ANR) et BioSorg (Agropolis-Cariplo). Son objectif est de comprendre les traits phénotypiques, de nature morphologique, biochimique, histologique, et leurs interactions, expliquant à l’échelle de l’organe (entrenœud) la production de biomasse de tige du sorgho, sa variabilité génotypique et en réponse à l’environnement climatique notamment hydrique. Pour cela une approche combinant expérimentations et modélisation écophysiologique a été adoptée.Trois saisons d’expérimentation ont été organisées au champ (plateforme DIAPHEN, Mauguio, France), afin de comparer des génotypes sous condition irriguée et déficitaire en eau durant la phase d’allongement des tiges. Deux hybrides de sorgho biomasse ont été étudiés (2013-2014) pour mettre en évidence les traits contribuant à la régulation par la disponibilité en eau de l’accumulation de la biomasse de tige. Une dynamique de développement commune à tous les entrenœuds d’un génotype a été mise en évidence pour les traits histochimiques étudiés ; les entrenœuds d’âge différent sur la tige d’une même plante peuvent donc être utilisés pour le phénotypage de cette dynamique. Ainsi, les traits fixés progressivement durant le développement de l’entrenœud s’avèrent les plus sensibles au déficit hydrique. La quantité de biomasse de tige produite a été réduite par le déficit hydrique et sa composition biochimique modifiée. Ceci s’explique par une réduction du nombre d’entrenœuds allongés, de leur longueur et teneur en ligno-cellulose, mais une augmentation de leur teneur en sucre soluble. Les entrenœuds développés après ré-irrigation ont montré une récupération remarquable à l’inverse des entrenœuds développés durant la période de stress. Ainsi, à la récolte, l’effet du déficit hydrique sur la production de la biomasse de tige était très atténué. Ces mêmes traits ont été étudiés sur 8 génotypes de morphologie et biochimie de tige contrastées (2014-2015). Les résultats ont montré une forte variabilité génotypique de sensibilité au déficit hydrique et de capacité de récupération. Les traits de croissance et histochimie de l’entrenœud ont montré des réponses au statut hydrique partiellement corrélées. La faible corrélation entre traits biochimiques et histologiques suggère que la variabilité de la qualité de tige entre génotypes et environnements s’explique au niveau tissulaire. La stabilité de la production de biomasse de tige est donc contrôlée par ces traits de façon complexe et fonction du pattern de disponibilité en eau.Ces résultats ont été utilisés pour adapter et tester la capacité du modèle écophysiologique Ecomeristem à capturer les traits expliquant la variabilité des phénotypes de sorgho biomasse sous conditions hydriques non limitantes. La validation du modèle s’est avérée satisfaisante avec quelques limites dans sa capacité à capturer les cinétiques de vie des talles et, de fait, la répartition de la biomasse entre talles. L’analyse de sensibilité du modèle a montré que les génotypes simulés produisant le plus de biomasse de tige résultent de combinaisons de traits différentes en fonction de la densité de peuplement. Le trade-off entre propension au tallage et à accumuler plus de biomasse au niveau de l’entrenœud individuel s’avère déterminante. La balance entre ces traits devrait être davantage considérée dans la démarche de phénotypage et d’idéotypage et sous des environnements contrastés.