Thèse de doctorat Guillaume LEBAS - Université de Picardie Jules

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Thèse de doctorat
Biologie cellulaire et moléculaire spécialité biotechnologies végétales
présentée à
par
Guillaume LEBAS
Pour obtenir le grade de Docteur de l’Université de Picardie Jules Verne
Soutenue le 28/09/2012, après avis des rapporteurs, devant le jury d’examen :
M. B. Hirel, Directeur de Recherches Rapporteur
M. J. Le Gouis, Directeur de Recherches Rapporteur
M. G. Decocq, Professeur Examinateur
Mme. M. Brancourt, Chargée de Recherches Co-directrice de thèse
M. F. Dubois, Professeur Directeur de thèse
Etude du métabolisme carboné et azoté de
Miscanthus x giganteus

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REMERCIEMENTS
Dans un premier temps je souhaite remercier les membres du jury d’avoir accepté de
participer à celui-ci, et en particulier Bertrand Hirel et Jacques Le Gouis pour y tenir le rôle de
rapporteur de mon manuscrit ainsi que Guillaume Decocq pour son rôle d’examinateur. Je
remercie également la région Picardie pour son financement du projet MISCAZOTE dans
lequel s’inscrit ma thèse et le FEDER pour le financement de la thèse.
Je tiens à remercier Frédéric pour son encadrement tout au long de ces quatre années
de thèse et notamment durant la rédaction épineuse de ce manuscrit, sans jamais perdre son
sens de l’humour ni sa patience. Je pense qu’il me faudra encore méditer quelques années afin
de maitriser entièrement ton précepte « du-donc-auquel » qui, il faut le dire, reste encore
obscur pour certains initiés bien plus sages que moi. Un grand merci à Maryse, notamment
pour ses encouragements et les corrections lors de la dernière ligne droite de cette rédaction.
Je voudrai remercier également les autres membres de l’équipe AEB avec qui j’ai eu la
chance de travailler quotidiennement. Manuella, qui m’a accueilli dans son bureau durant
deux années et m’a beaucoup aidé pour les analyses IRMS et les enseignements. Anthony,
pour les nombreuses heures passées en tête à tête avec le broyeur à billes à ma place. Thomas,
pour les longues discussions, et ses recommandations pour la thèse et l’après. David, Jérôme,
Thierry, M. et Mme Sangwan pour leurs mots d’encouragement, et Vivien, Benjamin, Gérard
et N’Diaga pour les moments passés à « tchopèrer » devant le hall entre deux manips. Je
n’oublie pas les stagiaires qui ont contribué à la réalisation de ce projet : Arthur, Romain,
Baptiste, Matthieu et Cindy. Certains continuant dans cette voix, j’aime à croire que je n’ai
pas dû être un si mauvais maître de stage…
Je tiens également à remercier l’ensemble des personnes avec qui j’ai collaboré sur le
projet MISCAZOTE aussi bien lors la mise en place des expérimentations que lors des
prélèvements aux champs ou des parties de baby-foot durant la pause du midi à Estrées-Mons.
Je n’oublie pas Jean-Xavier, ancien thésard de l’équipe, avec qui j’ai collaboré sur les
analyses par RMN. Karine et Sophie, elles aussi ex-membres de l’équipe, avec qui j’ai
toujours pu discuter recherche et de milliers d’autres choses parfois surprenantes. Je remercie
également les autres membres du laboratoire avec qui j’ai partagé les salles de manip, les

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pauses café et déjeuner et beaucoup de bons moments pendant ces quatre années. Une pensée
particulière aux thésards et post-doc partis du laboratoire et qui ont contribué à faire de ces
années un souvenir inoubliable : Roro, Jojo, Jéjé, M. Ndong et Linda. Il en va de même pour
Fabien et Christopher qui ont en plus dû supporter la vision apocalyptique de mon bureau
durant ces deux dernières années et qui seront les prochains à vivre l’expérience de la
rédaction (courage les gars!!!).
J’aimerai remercier à présent les membres de ma famille. Tout d’abord mes parents
qui m’ont fait confiance et m’ont permis de reprendre mes études même si ça ne semblait pas
gagné. Hélène, Mathieu, Sébastien, Tatiana, Marion et Justine pour leur soutien et pour
l’intérêt qu’ils portent à mon travail. Ma belle-famille picarde et vosgienne qui a toujours cru
en moi et m’a toujours encouragé.
Un grand merci aux amis que j’ai la chance de connaitre depuis la maternelle pour
certains, ou depuis le lycée ou l’université pour les autres : Bubub, Aurélie et Carla, Lapin,
Pauline et Clémentine, Bourriquet, Jenny et Maxou, Dave, Camille et Elioth, Cyril et Diana et
Oliv et Maïté. Qui aurait parié il y quelques années qu’on allait faire de moi un docteur? Vous
avez été une véritable bouffée d’oxygène lors de chaque moment passé ensemble depuis le
début de la rédaction même si ces derniers sont devenus trop rares.
Mes dernières pensées vont vers Laëtitia. Tu m’as pris la main il y a huit ans et n’as
cessé chaque jour de me guider et de me soutenir. Tu m’as permis d’arriver jusqu’ici
aujourd’hui et de m’envoler vers le Danemark demain… Sans toi je ne serai jamais allé aussi
loin. Merci pour ton aide précieuse jusqu’aux dernières lignes du manuscrit et d’avoir
supporté le rythme étrange qui a accompagné cette longue période de rédaction.

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SOMMAIRE
LISTE DES FIGURES 9
LISTE DES TABLEAUX 12
ABREVIATIONS 13
INTRODUCTION GENERALE 15
SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE 17
I- Le miscanthus 17
I-1 Origine 17
I-2 Physiologie de la plante 19
I-3 Culture du miscanthus 21
I-3-1 Implantation 21
I-3-2 Récolte 21
I-3-3 Fertilisation 22
I-3-4 Irrigation et traitement 23
II- Synthèse des principaux glucides non structuraux 24
II-1 Fixation du CO2 24
II-1-1 Différents types de photosynthèse 24
II-1-2 Métabolisme photosynthétique de miscanthus 25
II-1-3 Avantages du métabolisme des plantes C4 à enzyme malique NADP
dépendante chloroplastique 27
II-2 Synthèse des glucides dans les feuilles en C4 28
II-2-1 Saccharose 28
II-2-2 Amidon 30
II-3 Synthèse des glucides de réserve 32
II-3-1 Amidon 32
II-3-2 Fructanes 33
II-3-3 Glucomannanes 35
III- Synthèse des molécules azotées 36
III- 37
III-1-1 Absorption du nitrate 37
III-1-2 Réduction du nitrate en ammonium 38
III-1-2-1 Nitrate Réductase (NR) 38
III-1-2-2 Nitrite Réductase (NiR) 39
III-1-3 Absorption de l’ammonium 39
III- 39
III-2-1 Cycle GS/GOGAT 40

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III-2-1-1 Glutamine synthétase (GS) 41
III-2-1-1-1 GS2 41
III-2-1-1-2 GS1 42
III-2-1-1-3 Régulation de l’expression de la GS 44
III-2-1-2 Glutamate synthase (GOGAT) 44
III-2-2 Glutamate déshydrogénase (GDH) 45
III-2-3 Asparagine synthétase (AS) 46
III-3 Synthèse des acides aminés et des protéines 48
III-3-1 Synthèse des acides aminés 48
III-3-2 Synthèse des protéines 50
IV- Transport et remobilisation des molécules carbonées et azotées 52
IV-1 Transport 52
IV-1-1 Transport des molécules carbonées 52
IV-1-2 Transport des molécules azotées 53
IV-2 Remobilisation 54
IV-2-1 Remobilisation des molécules carbonées 54
IV-2-2 Remobilisation des molécules azotées 56
 59
MATERIELS ET METHODES 60
I- Matériel végétal 60
I-1 Dispositif 1 60
I-2 Dispositif 2 61
I-3 Dispositif 3 62
I-4 Dispositif 4 62
II-  64
II-1 Analyses élémentaires 64
II-2 Analyse des métabolites 67
II-2-1 Analyse des ions 67
II-2-2 Analyse des acides aminés libres 68
II-2-3 Dosage des glucides non structuraux 69
II-3 Analyse des protéines 74
II-3-1 Dosage des protéines solubles 74
II-3-2 Dosage des activités enzymatiques 74
II-3-3 Western-blots 79
II-4 Analyse RMN 81
II-5 Analyses cytologiques 83
II-6 Analyses statistiques 84