The multifaceted chloroplast of plants. Interdisciplinary approaches. | Les multiples facettes du chloroplaste: approches interdisciplinaires

إنجليزي. The chloroplast is one of the organelles of plant cells, but it shares with the mitochondria the peculiarity of having its own genome. It occupies a central place in the physiology of plants as a site of photosynthesis and also because of its involvement in many metabolic pathways. To better understand how it works, I studied the chloroplast from several angles. First, the study of the evolution of chloroplast genomes and of the gene content linked to the loss of photosynthesis in several species of orchids (in particular Rhizanthella gardneri) makes it possible to identify the non-photosynthetic functions of plants. . Transcriptomic and metabolomic analyzes on these same plants indicate that the partial or total loss of photosynthetic activity is accompanied by major metabolic changes without requiring new metabolic functions. Then, the functional characterization of genes coding in particular for pentatricopeptide repeat proteins in Arabidopsis thaliana allowed me to better understand the mechanisms controlling the genetic expression of the plastid during development or during stress responses. For this I have developed approaches to transcriptome analysis at the molecular, bioinformatics and statistical levels. Under stress conditions, the activity of the chloroplast seems to be systematically affected. This impression was confirmed by a meta-analysis of transcriptomic data that I co-piloted. The network of co-regulated genes obtained represents the common response to multiple stresses and we observe the preponderant place of activities associated with the chloroplast. The characterization of a few genes of unknown function in this network confirms its strong predictive power. It therefore constitutes a solid basis for my future work on the role of the chloroplast in the response to single and multiple stresses. Given my experience working at the interface and the fact that the chloroplast is a crossroads of plant physiology, these projects will necessarily be interdisciplinary.

فرنسي. le chloroplaste est un des organites des cellules végétales mais il partage avec les mitochondries la particularité d’avoir son propre génome. Il occupe une place centrale dans la physiologie des plantes en tant que lieu de la photosynthèse et également en raison de son implication dans de nombreuses voies métaboliques. Pour mieux en comprendre le fonctionnement, j’ai étudié le chloroplaste sous plusieurs angles. Tout d’abord, l’étude de l’évolution des génomes chloroplastiques et du contenu en gènes en lien avec la perte de la photosynthèse chez plusieurs espèces d’orchidées (notamment Rhizanthella gardneri) permet d’identifier les fonctions non- photosynthétiques des plantes. Des analyses transcriptomiques et métabolomiques sur ces même plantes indiquent que la perte partielle ou totale de l’activité photosynthétique s’accompagne de changements métaboliques majeurs sans pour autant nécessiter de nouvelles fonctions métaboliques. Ensuite, la caractérisation fonctionnelle de gènes codant notamment pour les protéines à domaines pentatricopeptides répétés chez Arabidopsis thaliana m’ont permis de mieux comprendre les mécanismes contrôlant l’expression génétique du plaste lors du développement ou lors des réponses aux stress. Pour cela j’ai développé des approches d’analyse du transcriptome au niveau moléculaire, bio-informatique et statistique. En condition de stress, l’activité du chloroplaste semble systématiquement impactée. Cette impression a été confirmée par une méta-analyse de données transcriptomiques que j’ai co-pilotée. Le réseau de gènes corégulés obtenu représente la réponse commune à de multiples stress et nous y observons la place prépondérante des activités associées au chloroplaste. La caractérisation de quelques gènes de fonction inconnue dans ce réseau confirme son fort pouvoir prédictif. Il constitue donc une base solide pour mes futurs travaux sur le rôle du chloroplaste dans la réponse aux stress simples et multiples. Compte-tenu de mon expérience dans le travail à l’interface et du fait que le chloroplaste est un carrefour de la physiologie végétale, ces projets seront nécessairement interdisciplinaires.