par De Caluwe, Joelle 
Président du jury Verbruggen, Nathalie
Promoteur Gonze, Didier
Co-Promoteur Leloup, Jean-Christophe
Publication Non publié, 2017-05-16
Président du jury Verbruggen, Nathalie
Promoteur Gonze, Didier
Co-Promoteur Leloup, Jean-Christophe
Publication Non publié, 2017-05-16
Thèse de doctorat
| Résumé : | Le travail présenté dans cette thèse consiste en la création et l'étude des propriétés d'un nouveau modèle computationnel de l'horloge circadienne végétale et de certains processus physiologiques qui en dépendent.L'horloge circadienne est un rythme endogène d'une période d'environ 24 heures que possèdent la plupart des êtres vivants. Il est généré au niveau moléculaire par des boucles de rétroaction transcriptionnelles, traductionnelles et/ou post-traductionnelles. L'horloge permet aux organismes de s'a- dapter à leur environnement. L'horloge des plantes se distingue par un nombre important de composants (gènes et protéines) dont la majorité sont régulés par la lumière.Dans un premier temps, un nouveau modèle computationnel qui combine une structure complexe et hautement interconnectée avec un nombre réduit d'équations et de paramètres est construit. Ce modèle reproduit correctement les profils d'expression des gènes de l'horloge du type sauvage ainsi que les altérations provoquées par une perte de fonction de chacun de ces gènes. Plusieurs extensions modélisant des processus physiologiques dépendant de l'horloge, à savoir la croissance de l'hypocotyle et la régulation de la floraison, sont également testées.Ensuite, la réponse particulièrement complexe de l'horloge végétale à la lumière est explorée en détail afin de déterminer l'utilité de multiples récepteurs lumineux. Pour ce faire, l'entraînement de l'oscillateur par des cycles jour-nuit de durée différente de 24 heures est mesuré et les différents comportements observés (entraînement périodique, quasipériodicité, chaos) sont caractérisés. Les simulations suggèrent que les multiples senseurs lumineux permettent d'allier une grande flexibilité et une résistance aux effets des fluctuations rapides de luminosité, améliorant ainsi l'adaptation des plantes à l'environnement.Enfin, plusieurs hypothèses permettant de rendre compte des différences observées entre l'horloge des racines et celle des feuilles sont explorées, et différents mécanismes de synchronisation entre ces deux oscillateurs sont testés. |
| The circadian clock is an endogenous timekeeper with a period of around 24 hours, found in most living beings, which helps organisms adapt to their environment by anticipating daily and seasonal variations. It originates at the molecular level, from transcriptional-translational feedback loops between a small number of genes.In this thesis, a computational model of the plant circadian oscillator is built based on current knowledge of the underlying genetic network. This network is highly complex and interconnected, but the new model needs only a small number of equations and parameters to accurately predict the expression profiles of the main clock genes in various light conditions, as well as the defects associated with a loss of function in those genes. Clock-regulated processes such as hypocotyl growth and flowering are also reproduced with good accuracy. One of the particularities of the plant clock is a large number of light-sensitive components. A study of the role of those multiple light sensors on the entrainment properties of the clock is presented. It uses the newly built model to subject the clock to a very large range of conditions and generate theoretical light-insensitive mutants. The combination of an intricate oscillator and a multiplicity of light sensors makes the plant clock highly flexible, able to adapt to a wide range of conditions but resistant to the disrupting effects of random fluctuations.Preliminary steps towards a more realistic depiction of the plant clock as multiple interacting oscillators are taken. These include modeling a heterogeneous population by changing parameter values, modifying the model to account for known differences between the clocks of the roots and shoots, and testing possible synchronizing mechanisms between those two organs. |
