Search

Lepidium latifolium, a plant belonging to the Brassicaceae family, has been used in traditional medicine for many years. Indeed, various herbal medicine books dating from the 18th century evoke the use of this plant to relieve various ailments. However, current records for this plant only report an invasive and unwanted plant. Yet several decades ago, the monks of the abbey of Maylis, in the Landes, chose to cultivate it for its benefits. This thesis allows for an in-depth study of the botany of Lepidium latifolium. In addition, we looked at their working methods of the monks, which are artisanal. By putting it in touch with the botanical study, we were able to offer them areas for improving their methods, in order to preserve the quality of the plant as much as possible. This thesis also studies the different compounds present in the plant, as well as their properties, in order to establish a link between the activity of the compounds and the traditional uses of Lepidium latifolium. The predominantly present compounds are glucosinolates. Biologically inactive, they will be transformed into isothiocyanates, which will have effects on the health of the consumer.; Le Lepidium latifolium, plante faisant partie de la famille des Brassicacées, est utilisé en médecine traditionnelle depuis de très nombreuses années. En effet, différents ouvrages de phytothérapie datant du XVIIIe siècle évoquent l’utilisation de cette plante pour soulager différents maux. Néanmoins, les documents actuels relatifs à cette plante ne font état que d’une plante envahissante et indésirable. Pourtant il y a plusieurs décennies, les moines de l’abbaye de Maylis, dans les Landes, ont choisi de la cultiver pour ses bienfaits. Cette thèse permet de faire une étude approfondie de la botanique du Lepidium latifolium. De plus, nous nous sommes penchés sur les méthodes de travail des moines, qui sont artisanales. En le mettant en relation avec l’étude botanique, nous avons pu leur proposer des axes d’amélioration de leurs méthodes, afin de préserver au mieux la qualité de la plante. Cette thèse étudie également les différents composés présents dans la plante, ainsi que leurs propriétés, afin d’établir un lien entre l’activité des composés et les utilisations traditionnelles du Lepidium latifolium. Les composés majoritairement présents sont les glucosinolates. Biologiquement inactifs, ils seront transformés en isothiocyanates, qui auront des effets sur la santé du consommateur.

This thesis is specifically dedicated to the valorization of B. juncea (brown mustard) as catch-crops in order to develop innovative ways of valorization for the different components of mustard seeds (oil, meal, glucosinolates) for industrial and/or food applications according to the principles of biorefinery and in a sustainable development concept. The rich-erucic acid mustard oil could be valorized in oleochemistry for many applications (cosmetics, lubricants, biofuels etc.), the defatted cake could be an alternative and new source of high quality proteins for animal food and the extracted glucosinolates (sinigrin and gluconapin) could be very suitable for the development of a natural bio-pesticide instead of chemical pesticides. Applications of different pretreatments were firstly applied on seeds in order to perform the intern inactivation of myrosinase, an enzyme that degrades glucosinolates by hydrolysis: conventional heating in bath-water, micro-waves (MW) and supercritical CO2 (SC-CO2). Heating seeds at 80°C for 70 min allowed efficient myrosinase inactivation (98%) without impact on other molecules (glucosinolates, proteins). The treatment resulted also in better oil expression performances. Oil expression from treated seeds was then performed by carring out two successive pressing (80 bar, 60 min) with an hydraulic press to express 84% of oil and obtain a rich in proteins (35.8-40.8%) and intact glucosinolates (144-158 µmol/g) defatted cake. Intensification of the extraction of glucosinolates was investigated meaning different pretreaments and processes: grinding, high-voltage electric discharges (HVED) and ultrasounds (US). Only green solvents were used for the extraction (water, ethanol). Preliminar optimization of chemical extraction resulted in selective extraction of 90% of GSL using an aqueous ethanol solution (40% v:v) at 40°C without affecting protein content from residual cake (36-40%). These conditions could be claimed as an effective alternative to the conventionel extraction protocol (75% methanol, 75°C). The assisted-extraction of GSL by HVED (U = 40 kV, tDEHT = 3.5 ms) has performed the recovery of 98% of intact GSL in milder conditions (T = 30°C, water, QDEHT = 233 kJ/kg) by minimizing the co-extraction of proteins from meal. Purification of crude juice was investigated meaning two different techniques: ion-exchange chromatography (IEC) and ultrafiltration (UF). GSL purification by IEC was preliminarly optimized in batch and proteins and GSL were separated meaning a strong basic resin (PA312LOH). 72.9% of sinigrine recovery was performed bu eluting with a NaCl solution (1.0 M, 30°C, 300 rpm, 40 mL/g resin) with a juice purity of 79.6%. Dynamic experiments allowed recovery of 28% of gluconapin (2.6 BV/h, pH 4.0). Membrane process (UF) showed better performances with the recovery of 98% and 60% of sinigrin and gluconapin respectively with a permeate purity of 90% by using PES membranes of 10 kDa (5 bars, 500 rpm). The purified juice (90%) rich in sinigrin (3.36 mg/ml) and gluconapin (0.16 mg/ml) could be used to develop a phytosanitory product for crop protection. The residual detoxified (, Ce travail de thèse est dédié à la mise en place d’une stratégie de valorisation optimale et raisonnée des cultures intermédiaires piège à nitrates de B. juncea (moutarde brune) dans un concept de bioraffinerie et de développement durable. Les graines de moutarde sont riches en huile (>35%) mais également en glucosinolates (≈ 120 µmol/g), facteurs antinutritionnels produisant de ce fait des tourteaux impropres à l’alimentation du bétail alors qu’ils sont riches en protéines de qualité. Ce travail de thèse a pour ambition de lever ce verrou en extrayant ces facteurs antinutritionnels de la graine pour exploiter leur activité biologique comme agent de contrôle des ennemis de cultures. Le schéma de bioraffinage proposé intègre les acteurs en amont et en aval de la chaîne de transformation. La première partie de travail a porté sur l’inactivation de la myrosinase, enzyme endogène responsable de l’hydrolyse des glucosinolates (sinigrine and gluconapine). Trois procédés d’inactivation ont été testés : (1) le chauffage conventionnel (2) le chauffage micro-ondes (MO) et (3) l’inactivation par CO2 supercritique (SC-CO2). Les trois procédés se sont montrés efficaces. Un chauffage à 80°C pendant 70 min a été retenu pour inactiver l’enzyme (98%) sans dégrader les composés d’intérêt (glucosinolates, protéines) tout en améliorant l’extractibilité de l’huile. Les graines ont ensuite subi un double pressage à 80 bars pendant 60 min à l’aide d’une presse hydraulique du laboratoire pour en extraire 84% d’huile et obtenir un tourteau enrichi en protéines (35.8-40.8%) et en glucosinolates intacts (144-158 µmol/g). La récupération des GSL a été entreprise en couplant une extraction hydro-alcoolique avec différents prétraitements (broyage, décharges électriques de haute tension, ultrasons) pour intensifier l’extraction des GSL tout en limitant la co-extraction des protéines. Une optimisation préliminaire d’extraction chimique a montré que 90% des GSL pouvaient être récupérés via une solution hydro-alcoolique d’éthanol (40% v:v) à 40°C sans altérer la qualité protéique du tourteau résiduel (36-40% protéines). Ces conditions viennent ainsi contrebalancer le procédé classique d’extraction/élimination des GSL par méthanol à haute température (75°C), contestable sur le plan environnemental, énergétique et sanitaire. L’extraction assistée par DEHT (U = 40 kV, tDEHT = 3.5 ms) a permis d’extraire dans des conditions douces (T = 30°C, eau et à faible coût énergétique (233 kJ/kg)) la quasi-totalité des GSL (98 %) dans leur état intact tout en minimisant la co-extraction des protéines qui sont préservées dans le résidu solide. Enfin, la purification du jus riche en GSL a été étudiée selon deux voies : chromatographie d’échange d’ions (IEC) et ultrafiltration (UF). La récupération des glucosinolates par IEC a été optimisée en batch via l’utilisation d’une résine fortement basique (PA312LOH) qui a permis de séparer les GSL des protéines. 72.9% de la sinigrine a été récupérée après élution avec une solution de NaCl (1.0 M, 30°C, 300 rpm, 40 mL/g résine) avec une pureté 79.6%. Les expériences réalisées en dynamique (purification sur colonne) ont permis la récupération de 28% de la gluconapine (2.6 BV/h, pH 4.0). Le procédé membranaire (UF) a présenté de meilleures performances avec 98% et 60% de sinigrine et gluconapine récupérés respectivement dans un perméat à 90% de pureté (membrane PES 10 kDa, 5 bars, 500 rpm). L’extrait purifié obtenu par UF (90 %) riche en sinigrine (3.36 mg/ml) et en gluconapine (0.16 mg/ml) sera utilisée pour développer une formule phytobiotique qui sera utilisée en biofumigation. Le résidu solide détoxifié (

This thesis is specifically dedicated to the valorization of B. juncea (brown mustard) as catch-crops in order to develop innovative ways of valorization for the different components of mustard seeds (oil, meal, glucosinolates) for industrial and/or food applications according to the principles of biorefinery and in a sustainable development concept. The rich-erucic acid mustard oil could be valorized in oleochemistry for many applications (cosmetics, lubricants, biofuels etc.), the defatted cake could be an alternative and new source of high quality proteins for animal food and the extracted glucosinolates (sinigrin and gluconapin) could be very suitable for the development of a natural bio-pesticide instead of chemical pesticides. Applications of different pretreatments were firstly applied on seeds in order to perform the intern inactivation of myrosinase, an enzyme that degrades glucosinolates by hydrolysis: conventional heating in bath-water, micro-waves (MW) and supercritical CO2 (SC-CO2). Heating seeds at 80°C for 70 min allowed efficient myrosinase inactivation (98%) without impact on other molecules (glucosinolates, proteins). The treatment resulted also in better oil expression performances. Oil expression from treated seeds was then performed by carring out two successive pressing (80 bar, 60 min) with an hydraulic press to express 84% of oil and obtain a rich in proteins (35.8-40.8%) and intact glucosinolates (144-158 µmol/g) defatted cake. Intensification of the extraction of glucosinolates was investigated meaning different pretreaments and processes: grinding, high-voltage electric discharges (HVED) and ultrasounds (US). Only green solvents were used for the extraction (water, ethanol). Preliminar optimization of chemical extraction resulted in selective extraction of 90% of GSL using an aqueous ethanol solution (40% v:v) at 40°C without affecting protein content from residual cake (36-40%). These conditions could be claimed as an effective alternative to the conventionel extraction protocol (75% methanol, 75°C). The assisted-extraction of GSL by HVED (U = 40 kV, tDEHT = 3.5 ms) has performed the recovery of 98% of intact GSL in milder conditions (T = 30°C, water, QDEHT = 233 kJ/kg) by minimizing the co-extraction of proteins from meal. Purification of crude juice was investigated meaning two different techniques: ion-exchange chromatography (IEC) and ultrafiltration (UF). GSL purification by IEC was preliminarly optimized in batch and proteins and GSL were separated meaning a strong basic resin (PA312LOH). 72.9% of sinigrine recovery was performed bu eluting with a NaCl solution (1.0 M, 30°C, 300 rpm, 40 mL/g resin) with a juice purity of 79.6%. Dynamic experiments allowed recovery of 28% of gluconapin (2.6 BV/h, pH 4.0). Membrane process (UF) showed better performances with the recovery of 98% and 60% of sinigrin and gluconapin respectively with a permeate purity of 90% by using PES membranes of 10 kDa (5 bars, 500 rpm). The purified juice (90%) rich in sinigrin (3.36 mg/ml) and gluconapin (0.16 mg/ml) could be used to develop a phytosanitory product for crop protection. The residual detoxified (35%) mais également en glucosinolates (≈ 120 µmol/g), facteurs antinutritionnels produisant de ce fait des tourteaux impropres à l’alimentation du bétail alors qu’ils sont riches en protéines de qualité. Ce travail de thèse a pour ambition de lever ce verrou en extrayant ces facteurs antinutritionnels de la graine pour exploiter leur activité biologique comme agent de contrôle des ennemis de cultures. Le schéma de bioraffinage proposé intègre les acteurs en amont et en aval de la chaîne de transformation. La première partie de travail a porté sur l’inactivation de la myrosinase, enzyme endogène responsable de l’hydrolyse des glucosinolates (sinigrine and gluconapine). Trois procédés d’inactivation ont été testés : (1) le chauffage conventionnel (2) le chauffage micro-ondes (MO) et (3) l’inactivation par CO2 supercritique (SC-CO2). Les trois procédés se sont montrés efficaces. Un chauffage à 80°C pendant 70 min a été retenu pour inactiver l’enzyme (98%) sans dégrader les composés d’intérêt (glucosinolates, protéines) tout en améliorant l’extractibilité de l’huile. Les graines ont ensuite subi un double pressage à 80 bars pendant 60 min à l’aide d’une presse hydraulique du laboratoire pour en extraire 84% d’huile et obtenir un tourteau enrichi en protéines (35.8-40.8%) et en glucosinolates intacts (144-158 µmol/g). La récupération des GSL a été entreprise en couplant une extraction hydro-alcoolique avec différents prétraitements (broyage, décharges électriques de haute tension, ultrasons) pour intensifier l’extraction des GSL tout en limitant la co-extraction des protéines. Une optimisation préliminaire d’extraction chimique a montré que 90% des GSL pouvaient être récupérés via une solution hydro-alcoolique d’éthanol (40% v:v) à 40°C sans altérer la qualité protéique du tourteau résiduel (36-40% protéines). Ces conditions viennent ainsi contrebalancer le procédé classique d’extraction/élimination des GSL par méthanol à haute température (75°C), contestable sur le plan environnemental, énergétique et sanitaire. L’extraction assistée par DEHT (U = 40 kV, tDEHT = 3.5 ms) a permis d’extraire dans des conditions douces (T = 30°C, eau et à faible coût énergétique (233 kJ/kg)) la quasi-totalité des GSL (98 %) dans leur état intact tout en minimisant la co-extraction des protéines qui sont préservées dans le résidu solide. Enfin, la purification du jus riche en GSL a été étudiée selon deux voies : chromatographie d’échange d’ions (IEC) et ultrafiltration (UF). La récupération des glucosinolates par IEC a été optimisée en batch via l’utilisation d’une résine fortement basique (PA312LOH) qui a permis de séparer les GSL des protéines. 72.9% de la sinigrine a été récupérée après élution avec une solution de NaCl (1.0 M, 30°C, 300 rpm, 40 mL/g résine) avec une pureté 79.6%. Les expériences réalisées en dynamique (purification sur colonne) ont permis la récupération de 28% de la gluconapine (2.6 BV/h, pH 4.0). Le procédé membranaire (UF) a présenté de meilleures performances avec 98% et 60% de sinigrine et gluconapine récupérés respectivement dans un perméat à 90% de pureté (membrane PES 10 kDa, 5 bars, 500 rpm). L’extrait purifié obtenu par UF (90 %) riche en sinigrine (3.36 mg/ml) et en gluconapine (0.16 mg/ml) sera utilisée pour développer une formule phytobiotique qui sera utilisée en biofumigation. Le résidu solide détoxifié (

Since many decades, Isothiocyanate (ITCs) reagents are widely used in bioconjugation approaches to create a stable bond onto the lysin and cysteine residues of proteins and peptides. Thanks to this click reaction it is possible to achieve a selective ligation or a high functionalization of proteins. On the others hand, isothiocyanates are not easy to prepare, to isolate, to store and most of the time insoluble in water.The aim of this work is to explore the myrosinase-glucosinolate (MG) enzymatic tandem as a ligation system, in order to release ITCs in-situ. The MG tandem is a well-known mechanism of defense in plants of the order Brassicales. In this biochemical system, myrosinase acts as a thioglucosidase, hydrolyzing glucosinolates (GLs) to liberate transient species that spontaneously form ITCs. The advantage of this enzymatic tandem is to generate ITCs from a stable non-toxic GLs precursor, soluble in water, using mild conditions.In order to develop this enzymatic tool, two kind of unnatural GLs were synthetized. Due to the important role of the mannoside-lectins interaction in the bacterial adhesion mechanism, at first, we designed a small library of GL bearing mannosides, in order to target and study the bacterial lectin FimH. The second kind of GL possess a chemical function allowing to study orthogonal reactions. After, the ability of the myrosinase to hydrolyze those unnatural GLs was investigated, as well their chemical reactivity.Then, the performances of the MG system was studied in different approaches of bioconjugation, such as: the synthesis of neoglycoproteins (NGPs), the site selective labeling of a lectin and the functionalization of gold nanoparticles. The feasibility of these strategies confirmed that the MG system can be used as an enzymatic tool in some bioconjugation approaches., Depuis longtemps les réactifs isothiocyanates (ITCs) sont largement utilisés dans le domaine de la bioconjugaison. Ces électrophiles forts réagissent avec les cystéines et les lysines des protéines pour former une liaison stable. Cette réactivité click permet de réaliser des marquages sélectifs ainsi que des fonctionnalisations de protéines. Cependant, les ITCs ne sont pas faciles à synthétiser et à isoler et leur stabilité ne permet pas une conservation optimale.Le but de ce projet est de développer le système enzymatique myrosinase-glucosinolate (MG) comme outil de conjugaison capable de former un ITC in situ. Le tandem MG est un mécanisme de défense des plantes de l’ordre des Brassicales bien connu. Dans ce système biochimique, la myrosinase opère comme thioglucosidase, en hydrolysant les glucosinolates (GLs), pour générer des ITCs. L’avantage de ce tandem enzymatique est de produire les ITCs à partir de précurseurs solubles dans l’eau, non toxiques, sous conditions douces.Afin d’explorer cet outil enzymatique, deux types de GLs non naturels ont été conçus. En raison de l’importance de l’interaction lectine-mannose dans les mécanismes d’adhésion bactérienne, nous avons conçu une petite librairie de GLs intégrant un mannoside. De cette façon il est possible d’étudier des lectines bactérienne (FimH). Le second type de glucosinolate est caractérisé par une deuxième fonction chimique, permettant de réaliser des réactions orthogonales.Le système MG a été évalué dans plusieurs approches de bioconjugaison telles que le marquage sélectif d’une lectine, la synthèse de néoglycoprotéines et la fonctionnalisation de nanoparticules.

Indole glucosinolates are plant secondary metabolites derived from the amino acid tryptophan. They are part of a large group of sulfur-containing molecules almost exclusively found among Brassicales, which include the mustard family (Brassicaceae) with many edible plant species of major nutritional importance. These compounds mediate numerous interactions between these plants and their natural enemies and are therefore of major biological and economical interest. This literature review aims at taking stock of recent advances of our knowledge about the biosynthetic pathways of indole glucosinolates, but also about the defense strategies and ecological processes involving these metabolites.

Since many decades, Isothiocyanate (ITCs) reagents are widely used in bioconjugation approaches to create a stable bond onto the lysin and cysteine residues of proteins and peptides. Thanks to this click reaction it is possible to achieve a selective ligation or a high functionalization of proteins. On the others hand, isothiocyanates are not easy to prepare, to isolate, to store and most of the time insoluble in water.The aim of this work is to explore the myrosinase-glucosinolate (MG) enzymatic tandem as a ligation system, in order to release ITCs in-situ. The MG tandem is a well-known mechanism of defense in plants of the order Brassicales. In this biochemical system, myrosinase acts as a thioglucosidase, hydrolyzing glucosinolates (GLs) to liberate transient species that spontaneously form ITCs. The advantage of this enzymatic tandem is to generate ITCs from a stable non-toxic GLs precursor, soluble in water, using mild conditions.In order to develop this enzymatic tool, two kind of unnatural GLs were synthetized. Due to the important role of the mannoside-lectins interaction in the bacterial adhesion mechanism, at first, we designed a small library of GL bearing mannosides, in order to target and study the bacterial lectin FimH. The second kind of GL possess a chemical function allowing to study orthogonal reactions. After, the ability of the myrosinase to hydrolyze those unnatural GLs was investigated, as well their chemical reactivity.Then, the performances of the MG system was studied in different approaches of bioconjugation, such as: the synthesis of neoglycoproteins (NGPs), the site selective labeling of a lectin and the functionalization of gold nanoparticles. The feasibility of these strategies confirmed that the MG system can be used as an enzymatic tool in some bioconjugation approaches., Depuis longtemps les réactifs isothiocyanates (ITCs) sont largement utilisés dans le domaine de la bioconjugaison. Ces électrophiles forts réagissent avec les cystéines et les lysines des protéines pour former une liaison stable. Cette réactivité click permet de réaliser des marquages sélectifs ainsi que des fonctionnalisations de protéines. Cependant, les ITCs ne sont pas faciles à synthétiser et à isoler et leur stabilité ne permet pas une conservation optimale.Le but de ce projet est de développer le système enzymatique myrosinase-glucosinolate (MG) comme outil de conjugaison capable de former un ITC in situ. Le tandem MG est un mécanisme de défense des plantes de l’ordre des Brassicales bien connu. Dans ce système biochimique, la myrosinase opère comme thioglucosidase, en hydrolysant les glucosinolates (GLs), pour générer des ITCs. L’avantage de ce tandem enzymatique est de produire les ITCs à partir de précurseurs solubles dans l’eau, non toxiques, sous conditions douces.Afin d’explorer cet outil enzymatique, deux types de GLs non naturels ont été conçus. En raison de l’importance de l’interaction lectine-mannose dans les mécanismes d’adhésion bactérienne, nous avons conçu une petite librairie de GLs intégrant un mannoside. De cette façon il est possible d’étudier des lectines bactérienne (FimH). Le second type de glucosinolate est caractérisé par une deuxième fonction chimique, permettant de réaliser des réactions orthogonales.Le système MG a été évalué dans plusieurs approches de bioconjugaison telles que le marquage sélectif d’une lectine, la synthèse de néoglycoprotéines et la fonctionnalisation de nanoparticules.

Ce numéro est constitué d’articles issus du colloque CIMS : Des Cultures Intermédiaires Multi-Services pour une production agroécologique performante, organisé le 4 octobre 2017 à Auzeville.; Crucifers cover crops have a strong potential for pathogen control (fungi, bacterias, nematodes,weeds, …) thanks to the production of secondary metabolites called glucosinolates. These allelopathiceffects can occur during the crop growing period and can be increased at cover crop termination when alarge quantity of glucosinolates is degraded into the soil (biofumigation principle). Beyond theirpathogen control services these molecules could engender negative effects on beneficials fungi andbacterias. It corresponds to disservices that have to be taken into account according to the specificitiesof the considered agroecosystem. A high variability of allelopathic effects efficiency is sometimesobserved among different studies and can be explained by the influence of both environment andagronomic practices on the glucosinolate production and fate in the soil. Furthermore other factorsinherent of the cover crop use as organic matter incorporation, or host/non-host cover crops effects areinvolved on pest management. Causes of pathogen control (allelopathy or not) are still to be determinefor numerous pathosystems in order to consequently adapt species choices and agronomic practices.; Les cultures intermédiaires de crucifères présentent un fort potentiel de gestion des bioagresseurs(champignons, bactéries, nématodes, adventices, …) via la production de métabolites secondaires àeffet biocide, les glucosinolates. Ces effets allélopathiques peuvent avoir lieu lors de la période deculture mais ils sont accentués lors de la destruction des couverts lorsqu’une grande quantité deglucosinolates est dégradée dans le sol (principe de biofumigation). Au-delà des services de régulationdes bioagresseurs ces molécules peuvent engendrer des effets négatifs sur les champignons etbactéries antagonistes, ce qui correspond à des dis-services qu’il convient de prendre en compte enfonction des problématiques du système de culture considéré. Une forte variabilité d’efficacité desprocessus allélopathiques est parfois observée entre les études et s’explique par l’influence nonnégligeable de l’environnement et de la conduite de culture sur la production de glucosinolates et surleur devenir dans le sol. De plus d’autres facteurs inhérents à l’utilisation de cultures intermédiaires sontimpliqués dans la gestion des bioagresseurs comme notamment l’incorporation de matière organique etles effets hôte/non hôte des couverts. Les causes du contrôle des bioagresseurs (allélopathique ounon) restent à déterminer pour de nombreux patho-systèmes dans le but d’adapter en conséquence lechoix des espèces de couverts et les pratiques culturales.

De nombreuses cultures subissent chaque année des attaques de larves de taupins qui occasionnent des pertes de rendement ou une dégradation de la qualité des produits. La protection des cultures est réalisée préventivement grâce à l’application de produits phytopharmaceutiques. En absence de références récentes concernant la répartition des principales espèces présentes en France et le manque de connaissance concernant leur biologie, il n’est pas possible de prévoir les risques d’attaques de taupins. Plus de 700 enquêtes parcellaires ont été réalisées dans le but de cartographier les espèces de taupins puis d’identifier et hiérarchiser les facteurs susceptibles d’influencer l’abondance de larves de taupins et l’intensité des attaques occasionnées aux plantes cultivées. L’analyse des données a été réalisée sur des parcelles de maïs. Les caractéristiques de sol (pH, taux de matière organique, texture du sol) et la pluviométrie estivale sont des facteurs qui influencent l’abondance de larves de taupins dans le sol. Les conditions météorologiques subies avant et après le semis, le type de rotation – avec notamment la présence d’une prairie dans la parcelle ou dans son environnement proche – sont des facteurs qui modifient le risque d’attaques sur la culture. Ces enseignements permettent d’appréhender les risques mais il demeure difficile de caractériser un risque à l’échelle de la parcelle avec précision. En parallèle, des expérimentations réalisées au champ ont permis d’évaluer l’intérêt de champignons entomopathogènes Metarhizium anisopliae pour la protection de différentes cultures. D’autres essais ont démontré l’efficacité de glucosinolates avec une diminution des attaques de taupins de l’ordre de 50%. Des travaux en conditions contrôlées ont également mis en évidence la pertinence de stratégies innovantes basées sur l’usage de macroorganismes (nématodes entomopathogènes) ou de semiochimiques., Many crops are annually attacked by wireworms which cause yield losses or degradation of product quality. Crop protection is carried out preventively through the application of plant protection products. In the absence of recent references concerning the distribution of the main species present in France and the lack of knowledge concerning their biology, it is not possible to predict the risks of attacks by wireworms. Over 700 fields were investigated in order to map wireworm species in France and to identify the main factors involved in the abundance of wireworms and intensity of damage on crops. Data analysis was carried out on maize fields. Soil characteristics (pH, organic matter content, soil texture) and the summer rainfall are factors that influence abundance of wireworms in the soil. Weather conditions encountered before and after planting, rotation type - including the presence of a meadow in the plot or in its immediate environment - are factors that influence the level of damage on maize. These knowledges allow comprehend the risks, but it remains difficult to characterize it precisely for each field. Experiments led in the fields have assessed the pathogenic fungus Metarhizium anisopliae interest for the protection of several crops. Other trials demonstrated effectiveness of glucosinolates provoking a 50% reduction of wireworms attack. Works under controlled conditions highlighted relevance of innovative strategies using macroorganisms (entomopathogenic nematode) or semiochemicals.

Camelina sativa est une plante oléagineuse de la famille des Brassicacées possédant de nombreuses caractéristiques agronomiques qui en font une culture alternative attrayante. Elle suscite en effet un intérêt en raison d'une demande croissante pour des cultures oléagineuses à bas niveaux d’intrants, aptes à permettre l'exploitation de leurs produits dérivés dans l'alimentation animale et humaine. Ses propriétés en tant que biocarburant mais également dans le domaine de la nutraceutique sont depuis peu de plus en plus étudiées et développées, grâce à son potentiel économique avantageux ainsi qu’à sa composition phytochimique. La teneur importante en acides gras oméga-3 de l’huile, ainsi que les propriétés biologiques des différents composants de la graine sont particulièrement intéressantes. Cette étude a permis de caractériser plus finement son contenu phytochimique et plus spécifiquement sa composition en flavonoïdes et glucosinolates. Des composés connus ont ainsi été retrouvés, tels le rutoside et la glucocamelinine, majoritaires, mais également d’autres composés minoritaires peu décrits jusqu’à présent à l’aide de méthodes d’analyses par LC-MS et RMN.

Phytoviruses invade systemically their host plant through the phloem. As this viral step remains poorly understood, the aim of this work was to identify, using a transcriptomic approach, genes specifically deregulated in companion cell (CC) during infection with the Polerovirus Turnip yellows virus (TuYV) and the Potyvirus Lettuce mosaic virus (LMV). CC protoplasts were prepared and sorted by FACS technology. Extracted RNA were further analyzed by RNAseq andCATMA microarrays. Although considerable variations between the experiments were observed,we were able to identify common biological processes affected by viral infections: sulfate assimilation and systemic acquired resistance (SAR) mechanism for LMV and glucosinolate biosynthesis for TuYV. To complete this study on systemic viral movement, a CC-specific cDNA library was constructed and screened using the TuYV RT C-terminal domain as a bait. An interaction with the AtCIPK7 protein was retrieved, a protein kinase interacting with calcineurin Blike proteins. The potential role of this interaction in the viral cycle in planta was further investigated in planta.; Les phytovirus empruntent les vaisseaux du phloème pour envahir leur plante hôte de manière systémique. Ce mouvement étant très mal connu, l’objectif de cette étude était d’identifier par une approche transcriptomique, des gènes spécifiquement dérégulés dans les cellules compagnes (CC) suite à l’infection virale par un Polerovirus, le Turnip yellows virus (TuYV) ou par un Potyvirus, le Lettuce mosaic virus (LMV). Pour ce faire, des protoplastes de CC ont été préparés et triés par la technologie de FACS. Les ARN extraits ont ensuite été traités par RNAseq et hybridation sur puces CATMA. Malgré d’importantes variations entre les expériences, nous avons identifié des processus biologiques communs affectés par les infections virales : la voie d’assimilation du soufre et le mécanisme de résistance systémique acquise (SAR) pour le LMV, et la voie de biosynthèse des glucosinolates pour le TuYV. Pour compléter cette étude, une banque d’ADNc spécifique des CC a été construite et criblée en utilisant le domaine C-terminal de la protéine RT du TuYV. Une interaction avec la protéine CIPK7 a été détectée et le rôle potentiel de cette interaction dans le cycle viral a été étudié in planta.

article présenté lors du colloque 'Phytomicronutriments' qui s’est tenu à Avignon le 16 décembre 2014.; National audience; Epidemiological data, experimental animal studies and clinical trials suggested that a greater consumption of plant-derived products is associated with a reduced risk of several diseases (diabetes, cardiovascular diseases, some cancers). Fibers, vitamins, minerals are part of the components having a role in the prevention. But plants also contain a variety of compounds from their secondary metabolism that may have also a preventive health effect. These compounds belong to different families: polyphenols, carotenoids (non provitaminic A) as lycopene or lutein, sulfur compounds (glucosinolates and allyl sulfides). Because of their possible role on human health and their occurrence in the diet, it is assumed by the scientific community to name them phytomicronutrients, although it has not yet demonstrated their essentiality. Indeed, no recommended dietary allowance (RDA) has been established. However, some phytomicronutrients have been already integrated in health claims (EFSA, 2012). Furthermore, new biological functions of these substances are currently explored, such as their effect on gut microflora, with a promising future in human health.; Des données épidémiologiques, ainsi que des travaux expérimentaux chez l’animal et chez l’homme, indiquent qu’une plus grande consommation de produits végétaux est associée à la réduction du risque de plusieurs pathologies (diabète, maladies cardiovasculaires, certains cancers). Des fibres, des vitamines, des minéraux font partie des constituants susceptibles d’avoir un rôle dans cette prévention. Mais les végétaux renferment aussi une grande variété de composés, issus de leur métabolisme secondaire, dont beaucoup de travaux établissent qu’ils pourraient avoir également un effet préventif sur notre santé. Ces composés appartiennent à différentes familles : les polyphénols, les caroténoïdes (en dehors des caroténoïdes provitaminiques A) comme le lycopène ou la lutéine, les composés soufrés (glucosinolates et sulfures d’allyle). Compte tenu du rôle possible de ces substances des végétaux sur la santé humaine et du fait de leur présence dans l'alimentation, il est admis par la communauté scientifique de les nommer phytomicronutriments, même si on n’a pas encore démontré leur essentialité. En effet, aucun apport nutritionnel conseillé (ANC) n’a été établi. Cependant, certains phytomicronutriments font déjà l’objet d’allégations (EFSA, 2012). Par ailleurs, de nouvelles fonctions de ces substances sont actuellement explorées, notamment au niveau du microbiote, avec un avenir prometteur en santé humaine.

article présenté lors du colloque 'Phytomicronutriments' qui s’est tenu à Avignon le 16 décembre 2014.; National audience; Epidemiological data, experimental animal studies and clinical trials suggested that a greater consumption of plant-derived products is associated with a reduced risk of several diseases (diabetes, cardiovascular diseases, some cancers). Fibers, vitamins, minerals are part of the components having a role in the prevention. But plants also contain a variety of compounds from their secondary metabolism that may have also a preventive health effect. These compounds belong to different families: polyphenols, carotenoids (non provitaminic A) as lycopene or lutein, sulfur compounds (glucosinolates and allyl sulfides). Because of their possible role on human health and their occurrence in the diet, it is assumed by the scientific community to name them phytomicronutrients, although it has not yet demonstrated their essentiality. Indeed, no recommended dietary allowance (RDA) has been established. However, some phytomicronutrients have been already integrated in health claims (EFSA, 2012). Furthermore, new biological functions of these substances are currently explored, such as their effect on gut microflora, with a promising future in human health.; Des données épidémiologiques, ainsi que des travaux expérimentaux chez l’animal et chez l’homme, indiquent qu’une plus grande consommation de produits végétaux est associée à la réduction du risque de plusieurs pathologies (diabète, maladies cardiovasculaires, certains cancers). Des fibres, des vitamines, des minéraux font partie des constituants susceptibles d’avoir un rôle dans cette prévention. Mais les végétaux renferment aussi une grande variété de composés, issus de leur métabolisme secondaire, dont beaucoup de travaux établissent qu’ils pourraient avoir également un effet préventif sur notre santé. Ces composés appartiennent à différentes familles : les polyphénols, les caroténoïdes (en dehors des caroténoïdes provitaminiques A) comme le lycopène ou la lutéine, les composés soufrés (glucosinolates et sulfures d’allyle). Compte tenu du rôle possible de ces substances des végétaux sur la santé humaine et du fait de leur présence dans l'alimentation, il est admis par la communauté scientifique de les nommer phytomicronutriments, même si on n’a pas encore démontré leur essentialité. En effet, aucun apport nutritionnel conseillé (ANC) n’a été établi. Cependant, certains phytomicronutriments font déjà l’objet d’allégations (EFSA, 2012). Par ailleurs, de nouvelles fonctions de ces substances sont actuellement explorées, notamment au niveau du microbiote, avec un avenir prometteur en santé humaine.

Terrestrial organisms are exposed to low doses of ionising radiation from natural or anthropogenic sources. The major effects of the radiations are due to DNA deterioration and water radiolysis which generates an oxidative stress by free radical production. Plants constitute good models to study the effects of ionising radiations and the search of antioxidant molecules because of their important secondary metabolism. Thus this thesis, funded by the Brittany region, characterized the physiological and molecular response of the model plant Arabidopsis thaliana to low (10 Gy) and moderate (40 Gy) doses of ionising radiation, and was therefore interested in glucosinolates, characteristic compounds of the Brassicaceae family. The global proteomic and transcriptomic studies carried out on this model revealed (1) a common response for both doses dealing with the activation of DNA repair mechanisms, cell cycle regulation and protection of cellular structures ; (2) an adjustment of the energetic metabolism and an activation of secondary compounds biosynthesis (i.e. glucosinolates and flavonoids) after the 10 Gy dose ; (3) an induction of enzymatic control of ROS, the regulation of cellular components recycling and of programmed cell death after the 40 Gy dose. The potential antioxidative role of glucosinolates was then explored. The in vitro antioxidative power of some glucosinolates and their derivative products were demonstrated. Their modulating effects against irradiation-induced damages were then tested in vivo by simple experimental approaches. The importance of the glucosinolate level to give a positive or negative effect was demonstrated., Les organismes terrestres sont exposés à des faibles doses de radiations ionisantes d'origine naturelle ou anthropique. Les effets majeurs de ces rayonnements sont dus aux dommages sur l'ADN et à la radiolyse de l'eau qui génère un stress oxydant via la production de radicaux libres. De part leur métabolisme secondaire développé, les végétaux sont utilisés pour l'étude des effets des radiations ionisantes et pour la recherche de molécules antioxydantes. Cette thèse financée par la région Bretagne a donc caractérisé la réponse physiologique et moléculaire de la plante modèle Arabidopsis thaliana à des doses faibles (10 Gy) à modérées (40 Gy) de radiations ionisantes, ainsi que le rôle des glucosinolates, composés caractéristiques de la famille des Brassicaceae. Deux études globales en protéomique et en transcriptomique ont révélée : (1) une réponse commune aux deux doses concernant les mécanismes de réparation de l'ADN, la régulation du cycle cellulaire et la protection des structures cellulaires ; (2) Un ajustement du métabolisme énergétique et une activation des voies métaboliques secondaires (i.e. glucosinolates et flavonoïdes) après la dose 10 Gy ; (3) une induction du contrôle enzymatique des ROS, du recyclage des composés cellulaires et de la mort cellulaire programmée après la dose 40 Gy. Le rôle protecteur des glucosinolates a ensuite été exploré. La capacité antioxydante in vitro de certains d'entre eux et de leurs dérivés a été montrée. Leurs effets modulateurs par rapport à l'irradiation ont été testés in vivo sur des marqueurs physiologiques de croissance. L'importance de la teneur en glucosinolates pour avoir un effet positif ou négatif a été mise en évidence.

Glucosinolates are anionic thiosaccharidic compounds mainly found in plants of the family Cruciferacea, which may be hydrolysed by myrosinase (thioglucoside glucohydrolase E.C. 3.2.3.1.). Myrosinase-glucosinolate system is a pair enzyme-substrate that we have sought to better understand and develop. Also the inefficiency of traditional methods for certain heteroaromatic molecules and the limited amount of research on this topic encouraged us to try to develop new synthetic pathways for glucosinolates. The new analogs of glucosinolates with a modified aglycone were synthesized.One heteroaromatic analogue submitted to the test was recognized and hydrolyzed by myrosinase. In this way, a mechanism of recognition by myrosinase independent of aglycon size has been demonstrated. Some new analogues with modified aglycon, obtained by replacing thioglucose by a thioethyl moiety showed very good inhibitory activity against myrosinase. The main products of enzymatic degradation of glucosinolates obtained previously - isothiocyanates and their corresponding thioadducts were synthesized. The tests against Plasmodium falciparum, the parasite causing malaria, showed antimalarial activity of these isothiocyanates of the same rank as drugs currently in wide use. A method for the synthesis of glucosinolates completely new, efficient and simple has been developed. That opens new possibilities for the synthesis of glucosinolates sensitive to usual conditions of the synthesis. This new method was also applied to the synthesis of N-oxides thioimidate - promising and little-known compounds. Also, a new way to approach glucosinolates with an external thiofunction has been successfully developed., Les glucosinolates sont des composés thio-b-D-glucopyranosiques anioniques de structure originale présentsdans de nombreux végétaux, essentiellement dans la famille des crucifères. Les glucosinolates sont hydrolysés parune enzyme appelée myrosinase (thioglucoside glucohydrolase E.C. 3.2.3.147.) Le système myrosinase-glucosinolate est un couple enzyme-substrat que nous avons cherché à mieux comprendre et développer. Aussi l’inefficacité des méthodes classiques envers certaines molécules hétéroaromatiques et la quantité restreinte de recherches effectuées sur ce sujet nous a encouragé à vouloir développer de nouvelles voies de synthèse de glucosinolates. Les nouveaux analogues de glucosinolates avec un aglycone modifié ont été synthétisés. Un analogue hétéroaromatique soumis en test a été reconnu et hydrolysé par la myrosinase. En cette façon, une indépendance du mécanisme de reconnaissance par la myrosinase de la taille d’aglycone a été démontrée. Certains de nouveaux analogues avec un aglycone modifié, obtenus en remplaçant le thioglucose par un groupement thioéthyle, ont montré très bonne activité inhibitrice envers myrosinase. Les produits principaux de la dégradation enzymatique - des isothiocyanates et leurs thioadduits correspondants au glucosinolates obtenus auparavant ont été synthétisés. Les tests contre Plasmodium falciparum, le parasite causant le paludisme, ont montré une activité antipaludéenne de ces isothiocyanates du même rang qu’un des médicaments actuellement très largement utilisées. Une méthode de la synthèse des glucosinolates complètement nouvelle, efficace et simple a été mise au point. Cella ouvre de nouvelles possibilités pour la synthèse des glucosinolates sensibles aux conditions habituelles de la synthèse. Cette nouvelle méthode a été aussi appliquée à la synthèse des promettants et très peu étudiés. Egalement, une nouvelle voie d’approche aux glucosinolates thiofunctionalisés a été développée avec succès.

L’hypothèse selon laquelle l’accumulation des métaux lourds par les plantes a évolué comme mécanisme de défense contre les herbivores a été testée avec l’hyperaccumulatrice de zinc Thlaspi caerulescens (Brassicaceae). En utilisant l’écotype métallicole (poussant sur sols métallifères) et l’écotype non métallicole (sols normaux) de T. caerulescens, nos résultats ont conduit à rejeter l’hypothèse de défense par accumulation de métaux: les plantes ont été consommées indépendamment de leur concentration en Zn dans toutes les situations expérimentales examinées (conditions contrôlées, jardin expérimental, populations naturelles). Par contre, les herbivores ont montré une préférence systématique pour les plantes de l’écotype métallicole, quelle que soit leur concentration en Zn. Lorsque l’on mesure les concentrations en métabolites secondaires défensifs (glucosinolates) des écotypes métallicole et non métallicole de T. caerulescens, on constate que les individus d’origine métallicole produisent constitutivement moins de glucosinolates que les individus non métallicoles, tant dans les populations belges que dans les populations françaises. Par ailleurs, sur les sites métallifères où ont évolué les populations métallicoles, on constate à la fois une plus faible pression d’herbivorie sur les plantes (moins de dégâts) et une plus faible densité de gastéropodes que dans les sites normaux. La diminution des défenses chez l’écotype métallicole serait la conséquence d’un relâchement de la pression d’herbivorie sur les sites métallifères. En outre, nous avons montré que la chenille spécialiste d’Issoria lathonia (Nymphalidae) est capable de se développer sur les feuilles riches en Zn de l’accumulatrice de zinc Viola calaminaria (Violaceae) en excrétant efficacement le Zn dans leurs fèces. L’ensemble de nos résultats suggère donc que l’hyperaccumulation des métaux lourds n’a pas évolué en tant que mécanisme de défense contre les herbivores., Doctorat en sciences, Spécialisation biologie végétale, info:eu-repo/semantics/nonPublished

Epidemiological studies performed during the last 20 years support an inverse relationship between the individual intake of fruits and vegetables and the risk of cancer. In taking into account some recent conflicting data, a working group of the Nacre network, the French Network for Food and Cancer Research, has conduced a critical analysis of epidemiological and experimental studies, including the preliminary data from the Epic cohort, the European Prospective Investigation into Cancer and Nutrition, to clarify the role of fruits and vegetables to prevent cancer. To date, a high intake of fruits and vegetables (at least, 400 g per day) is appropriate to lower the risk of cancer. Fruits and vegetables provide numerous phytochemicals which, in part, may explain their beneficial effect. Thus, studies in animal models and in cell-culture systems have furnished a lot of information about the potential mechanism by which a diet high in fruits and vegetables may reduce the risk of cancer in humans. However, more investigation in the identification of the biologically active constituents, in the knowledge of their availability and the mechanism by which they contribute to lower the risk of cancer, will increase the scientific support of a public health policy.

The stimulatory effect of feeding sucrose and sinigrin was studied with Vth instar larvae of Schistocera gregaria (Orthoptera). The food consisted of filter paper impregnated with the phagostimulant dissolved at different concentrations in water. We studied the intake of filter paper and phagostimulant simultaneously and separately. The intake of sucrose or sinigrin-impregnated paper gradually increased up to a limit, depending on the concentration of the phagostimulant, then decreased. When the intakes of paper and of phagostimulant were studied separately, they evolved differently: phagostimulant intake remained constant at the highest concentrations as filter paper intake decreased. The stability of phagostimulant intake suggested regulatory processes whose nature has been discussed. The results with the two phagostimulants were comparable; however, they were obtained with lower amounts of sinigrin than of saccharose. There was no dissuasive or toxic effect even at every high concentrations.