Cell wall composition regulates cell shape and growth behaviour in pollen tubes

L’une des particularités fondamentales caractérisant les cellules végétales des cellules animales est la présence de la paroi cellulaire entourant le protoplaste. La paroi cellulaire joue un rôle primordial dans (1) la protection du protoplaste, (2) est impliquée dans les mécanismes de filtration et (3) est le lieu de maintes réactions biochimiques nécessaires à la régulation du métabolisme et des propriétés mécaniques de la cellule. Les propriétés locales d’élasticité, d’extensibilité, de plasticité et de dureté des composants pariétaux déterminent la géométrie et la forme des cellules lors des processus de différentiation et de morphogenèse. Le but de ma thèse est de comprendre les rôles que jouent les différents composants pariétaux dans le modelage de la géométrie et le contrôle de la croissance des cellules végétales. Pour atteindre cet objectif, le modèle cellulaire sur lequel je me suis basé est le tube pollinique ou gamétophyte mâle. Le tube pollinique est une protubérance cellulaire qui se forme à partir du grain de pollen à la suite de son contact avec le stigmate. Sa fonction est la livraison des cellules spermatiques à l’ovaire pour effectuer la double fécondation. Le tube pollinique est une cellule à croissance apicale, caractérisée par la simple composition de sa paroi et par sa vitesse de croissance qui est la plus rapide du règne végétal. Ces propriétés uniques font du tube pollinique le modèle idéal pour l’étude des effets à courts termes du stress sur la croissance et le métabolisme cellulaire ainsi que sur les propriétés mécaniques de la paroi. La paroi du tube pollinique est composée de trois composantes polysaccharidiques : pectines, cellulose et callose et d’une multitude de protéines. Pour comprendre les effets que jouent ces différents composants dans la régulation de la croissance du tube pollinique, j’ai étudié les effets de mutations, de traitements enzymatiques, de l’hyper-gravité et de la gravité omni-directionnelle sur la paroi du tube pollinique. En utilisant des méthodes de modélisation mathématiques combinées à de la biologie moléculaire et de la microscopie à fluorescence et électronique à haute résolution, j’ai montré que (1) la régulation de la chimie des pectines est primordiale pour le contrôle du taux de croissance et de la forme du tube et que (2) la cellulose détermine le diamètre du tube pollinique en partie sub-apicale. De plus, j’ai examiné le rôle d’un groupe d’enzymes digestives de pectines exprimées durant le développement du tube pollinique : les pectate lyases. J’ai montré que ces enzymes sont requises lors de l’initiation de la germination du pollen. J’ai notamment directement prouvé que les pectate lyases sont sécrétées par le tube pollinique dans le but de faciliter sa pénétration au travers du style.

The roles of TL1A and Pno1 in the pathogenesis of rheumatoid arthritis

La polyarthrite rhumatoïde (PR) est une maladie auto-immune chronique. Elle est caractérisée par une inflammation persistante touchant de multiples petites articulations, causant douleurs, rougeurs, gonflements et déformations. Des études menées auprès de patients et d’animaux ont démontré que certains auto-anticorps, cytokines et enzymes tissue-déstructives sont des médiateurs importants dans le développement de la PR. Au cours des deux dernières décennies, les traitements de fond (DMARDs en anglais) ont été démontrés très efficaces pour traiter la PR. D'autre part, des effets secondaires ont été rapportés pour ces traitements, par exemple l'augmentation du risque d'infections opportunistes. L’objectif de ce travail est d’acquérir des connaissances sur le rôle du TL1A (TNF-like molécule 1 A; TNFSF15) et son partenaire Nob1 (Pno1 ; YOR145c) dans la pathogenèse de la PR afin de découvrir de nouveaux médicaments contre ces molécules dans l'avenir. TL1A est un membre de la famille du TNF. Il déclenche des signaux co-stimulateurs via le récepteur de mort 3 (DR3) et induit la prolifération ainsi que la production des cytokines pro inflammatoires par les lymphocytes. Des données multiples suggèrent l'implication de la cascade TL1A-DR3 dans plusieurs maladies auto-immunes. Donc, nous avons proposé les hypothèses suivantes:1) la production locale de TL1A dans les articulations est un composant d’un cercle vicieux qui aggrave la PR; 2) dans la PR, la production de TL1A dans les organes lymphoïde augmente la production d’auto-anticorps pathogénique. Au cours de ce travail, nous avons démontré que la TL1A aggrave la maladie chez les souris où l’arthrite a été induite par le collagène (AIC). Par ailleurs, nous avons constaté que l’expression de TL1A est élevée dans les tissus atteints de PR ainsi que dans les ganglions lymphatiques drainant de la souris AIC. Mécaniquement, nous avons découvert que la TL1A est induite par le TNF-α et IL-17 produits par les cellules T in vitro. Ces résultats montrent directement que les TL1A-DR3 jouent un rôle essentiel dans la pathogenèse de la PR. De plus, afin de poursuivre notre étude, la TL1A a été génétiquement supprimée dans les souris (TL1A KO). Nous avons montré que les souris TL1A KO n’ont aucune anomalie apparente et aucun dysfonctionnement du système immunitaire dans des conditions normales. Cependant, ces souris manifestent des AIC améliorées et une réduction significative des niveaux d'anticorps, anti-collagène du type II i dans le sérum. Nous avons trouvé que les ganglions lymphatiques de drainage (dLNs) de souris KO étaient plus petites avec une cellularité inférieure comparativement aux souris WT de 14 jours après l’immunisation. De plus, nous avons découvert que le DR3 a été exprimé par les cellules plasmatiques dans l’étape de la différenciation terminale et ces cellules surviennent mieux en présence de TL1A. La conclusion de cette étude apporte des nouvelles connaissances sur le rôle de TL1A qui amplifie les réponses humorales d’AIC. Nous avons suggéré que TL1A pourrait augmenter la réponse d’initiation d'anticorps contre collagène II (CII) ainsi que prolonger la survie des cellules plasmatiques. Une autre molécule qui nous intéresse est Pno1. Des études antérieures menées chez la levure ont suggéré que Pno1 est essentielle pour la néogénèse du protéasome et du ribosome Le protéasome étant crucial pour la différenciation terminale des cellules plasmatiques pendant les réponses humorales chez les mammifères, nous avons donc supposé que Pno1 joue un rôle dans la production d'anticorps pathogenique dans la PR via la voie du protéasome. Nous avons donc généré des souris génétiquement modifiées pour Pno1 afin d’étudier la fonction de Pno1 in vivo. Cependant, une mutation non-sens dans le Pno1 provoque une létalité embryonnaire à un stade très précoce chez les souris. D'autre part, une réduction de 50% de Pno1 ou une surexpression de Pno1 n’ont aucun effet ni sur le fonctionnent des cellules T et B, ni sur les activités du protéasome ainsi que sur la réponse humorale dans l’AIC. Ces résultats suggèrent que Pno1 est une molécule essentielle sans redondance. Par conséquent, il n’est pas une cible appropriée pour le développement de médicaments thérapeutiques. En conclusion, nos études ont révélé que la TL1A n’est pas essentielle pour maintenir les fonctions du système immunitaire dans des conditions normales. En revanche, il joue un rôle critique dans la pathogenèse de la PR en favorisant l'inflammation locale et la réponse humorale contre des auto-antigènes. Par conséquent, une inhibition de la TL1A pourrait être une stratégie thérapeutique pour le traitement de la PR. Au contraire, Pno1 est essentiel pour la fonction normale des cellules. Une délétion totale pourrait entraîner des conséquences graves. Il n’est pas une cible appropriée pour développer des médicaments de la PR.

Dynamic Facility Location with Modular Capacities : Models, Algorithms and Applications in Forestry

Les décisions de localisation sont souvent soumises à des aspects dynamiques comme des changements dans la demande des clients. Pour y répondre, la solution consiste à considérer une flexibilité accrue concernant l’emplacement et la capacité des installations. Même lorsque la demande est prévisible, trouver le planning optimal pour le déploiement et l'ajustement dynamique des capacités reste un défi. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur des problèmes de localisation avec périodes multiples, et permettant l'ajustement dynamique des capacités, en particulier ceux avec des structures de coûts complexes. Nous étudions ces problèmes sous différents points de vue de recherche opérationnelle, en présentant et en comparant plusieurs modèles de programmation linéaire en nombres entiers (PLNE), l'évaluation de leur utilisation dans la pratique et en développant des algorithmes de résolution efficaces. Cette thèse est divisée en quatre parties. Tout d’abord, nous présentons le contexte industriel à l’origine de nos travaux: une compagnie forestière qui a besoin de localiser des campements pour accueillir les travailleurs forestiers. Nous présentons un modèle PLNE permettant la construction de nouveaux campements, l’extension, le déplacement et la fermeture temporaire partielle des campements existants. Ce modèle utilise des contraintes de capacité particulières, ainsi qu’une structure de coût à économie d’échelle sur plusieurs niveaux. L'utilité du modèle est évaluée par deux études de cas. La deuxième partie introduit le problème dynamique de localisation avec des capacités modulaires généralisées. Le modèle généralise plusieurs problèmes dynamiques de localisation et fournit de meilleures bornes de la relaxation linéaire que leurs formulations spécialisées. Le modèle peut résoudre des problèmes de localisation où les coûts pour les changements de capacité sont définis pour toutes les paires de niveaux de capacité, comme c'est le cas dans le problème industriel mentionnée ci-dessus. Il est appliqué à trois cas particuliers: l'expansion et la réduction des capacités, la fermeture temporaire des installations, et la combinaison des deux. Nous démontrons des relations de dominance entre notre formulation et les modèles existants pour les cas particuliers. Des expériences de calcul sur un grand nombre d’instances générées aléatoirement jusqu’à 100 installations et 1000 clients, montrent que notre modèle peut obtenir des solutions optimales plus rapidement que les formulations spécialisées existantes. Compte tenu de la complexité des modèles précédents pour les grandes instances, la troisième partie de la thèse propose des heuristiques lagrangiennes. Basées sur les méthodes du sous-gradient et des faisceaux, elles trouvent des solutions de bonne qualité même pour les instances de grande taille comportant jusqu’à 250 installations et 1000 clients. Nous améliorons ensuite la qualité de la solution obtenue en résolvent un modèle PLNE restreint qui tire parti des informations recueillies lors de la résolution du dual lagrangien. Les résultats des calculs montrent que les heuristiques donnent rapidement des solutions de bonne qualité, même pour les instances où les solveurs génériques ne trouvent pas de solutions réalisables. Finalement, nous adaptons les heuristiques précédentes pour résoudre le problème industriel. Deux relaxations différentes sont proposées et comparées. Des extensions des concepts précédents sont présentées afin d'assurer une résolution fiable en un temps raisonnable.

Microwave Dielectric Properties of RETiTaO6 (RE = La, Ce,Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Y, Er, Yb, Al, and In) Ceramics

Microwave dielectric ceramics based on RETiTaO6 (RE = La, Cc, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Y, Er, Yb, Al, and In) were prepared using a conventional solid-state ceramic route. The structure and microstructure of the samples were analyzed using x-ray diffraction and scanning electron microscopy techniques. The sintered samples were characterized in the microwave frequency region. The ceramics based on Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, and Dy, which crystallize in orthorhombic aeschynite structure, had a relatively high dielectric constant and positive T f while those based on Ho, Er, and Yb, with orthorhombic euxenite structure, had a low dielectric constant and negative Tf. The RETiTaO6 ceramics had a high-quality factor. The dielectric constant and unit cell volume of the ceramics increased with an increase in ionic radius of the rare-earth ions, but density decreased with it. The value of Tf increased with an increase in RE ionic radii, and a change in the sign of Tf occurred when the ionic radius was between 0.90 and 0.92 A. The results indicated that the boundary of the aeschynite to euxenite morphotropic phase change lay between DyTiTaO6 and HoTiTaO6. Low-loss ceramics like ErTiTaO6 (Er = 20.6, Qxf = 85,500), EuTiTaO6 (Er = 41.3, Qxf = 59,500), and YTiTaO6 (Er = 22.1, Q„xf = 51,400) are potential candidates for dielectric resonator applications

Synthesis and crystal structure of cobalt(III) complex with a Schiff base and azide

The cobalt(III) complex, [Co(L)2(N3)2]2(ClO4)2, L being a Schiff base N-[phenyl(pyridin-2-yl)methylene]aniline has been synthesized and the crystal structure determined using X-ray crystallography. The complex crystallizes in triclinic system, space group P-1 with unit cell parameters a=10.9367(9) , b=18.0817(17) , c=20.1629(16) , α=111.341(2), β=91.622(2), γ=107.5030(10), V=3499.1(5) 3 and Z=2. It crystallizes with two independent molecules in the asymmetric unit. The two cobalt atoms are hexa-coordinate and have a distorted octahedral geometry, satisfied by four nitrogen atoms from two molecules of the Schiff base and two nitrogen atoms from the monodentate azide group. The perchlorate ions are non-coordinating.

Growth and magnetic properties of multiferroic LaxBi1-xMnO3 thin films

A comparative study of LaxBi1-xMnO3 thin films grown on SrTiO3 substrates is reported. It is shown that these films grow epitaxially in a narrow pressure-temperature range. A detailed structural and compositional characterization of the films is performed within the growth window. The structure and the magnetization of this system are investigated. We find a clear correlation between the magnetization and the unit-cell volume that we ascribe to Bi deficiency and the resultant introduction of a mixed valence on the Mn ions. On these grounds, we show that the reduced magnetization of LaxBi1-xMnO3 thin films compared to the bulk can be explained quantitatively by a simple model, taking into account the deviation from nominal composition and the Goodenough-Kanamori-Anderson rules of magnetic interactions.

Magnetic coupling in the weac ferromagnet CuF2

CuF2 is known to be an antiferromagnetic compound with a weak ferromagnetism due to the anisotropy of its monoclinic unit cell (Dzialoshinsky-Moriya mechanism). We investigate the magnetic ordering of this compound by means of ab initio periodic unrestricted Hartree-Fock calculations and by cluster calculations which employ state-of-the-art configuration interaction expansions and modern density functional theory techniques. The combined use of periodic and cluster models permits us to firmly establish that the antiferromagnetic order arises from the coupling of one-dimensional subunits which themselves exhibit a very small ferromagnetic coupling between Cu neighbor cations. This magnetic order could be anticipated from the close correspondence between CuF2 and rutile crystal structures.

Synthesis, Spectral and Structural Studies of a Novel Semicarbazone Synthesized from Quinoline-2-Carboxaldehyde and N4-Phenyl-3-Semicarbazide

A new semicarbazone, HL has been synthesized from quinoline-2-carboxaldehyde and N4-phenyl-3- semicarbazide and structurally and spectrochemically characterized. 1H NMR, 13C NMR, IR and electronic spectra of the compound are studied. The existence of keto form in the solid state is supported by the crystal structure and IR data. The compound crystallizes into an orthorhombic space group P212121. Intra and intermolecular hydrogen bonding interactions facilitates unit cell packing in the crystal lattice

The Effect of Antimony Substitution on the Magnetic and Structural Properties of Fe0.75–xSi0.25Sbx Alloys

The results of the investigation of the magnetic and structural properties of the alloy system Fe0.75–xSi0.25Sbx, where x = 0, 0.05, 0.1, 0.15, 0.2, and 0.25 synthesized by mechanical alloying followed by heat treatment are described. The x-ray diffraction reveals that all samples crystallize in the DO3-type cubic phase structure. Substituting Fe by Sb led to a de-crease in the lattice constant and the unit cell volume. The magnetic properties are investigated by vibrating sample magnetometer and show that all the samples are ferromagnetically ordered at room temperature. The Curie temperature is found to decrease linearly from (850 ± 5) K for the parent alloy to (620 ± 5) K for the alloyith x = 0.25. The satura-tion magnetizations at room temperature and at 100 K are found to decrease with increasing the antimony concentration. The above results indicate that Sb dissolves in the cubic structure of this alloy system.

X-Ray Crysatllographic and Vibrational Spectroscopic Studies of Thorium Bromate Hydrate

Th(BrO3)3·H2O single crystals were grown from its aqueous solution at room temperature. Single crystal XRD, Raman and FTIR techniques were used to investigate the crystal structure. The crystal structure was solved by Patterson method. The as grown crystals are in monoclinic system with space group P21/c. The unit cell parameters are a = 12.8555(18) Å, b = 7.8970(11) Å, c = 9.0716(10) Å,  = 90°,  = 131.568° and  = 90° and unit cell volume is 689.1(2) Å3. Z = 8, R factor is 5.9. The Raman and FTIR studies indicate the lowering of symmetry of bromate anion from C3V to C1. Hydrogen bonds with varying strengths are present in the crystal. The centrosymmetric space group P21/c of the crystal is confirmed by the non-coincidence of majority of Raman and IR bands

Towards Realization of Magnetocaloric and Magnetoelectric Applications based on Bulk and Thin film forms of Sodium substituted Lanthanum Manganites

The present thesis work focuses on hole doped lanthanum manganites and their thin film forms. Hole doped lanthanum manganites with higher substitutions of sodium are seldom reported in literature. Such high sodium substituted lanthanum manganites are synthesized and a detailed investigation on their structural and magnetic properties is carried out. Magnetic nature of these materials near room temperature is investigated explicitly. Magneto caloric application potential of these materials are also investigated. After a thorough investigation of the bulk samples, thin films of the bulk counterparts are also investigated. A magnetoelectric composite with ferroelectric and ferromagnetic components is developed using pulsed laser deposition and the variation in the magnetic and electric properties are investigated. It is established that such a composite could be realized as a potential field effect device. The central theme of this thesis is also on manganites and is with the twin objectives of a material study leading to the demonstration of a device. This is taken up for investigation. Sincere efforts are made to synthesize phase pure compounds. Their structural evaluation, compositional verification and evaluation of ferroelectric and ferromagnetic properties are also taken up. Thus the focus of this investigation is related to the investigation of a magnetoelectric and magnetocaloric application potentials of doped lanthanum manganites with sodium substitution. Bulk samples of sodium substituted lanthanum manganites. Bulk samples of sodium substituted lanthanum manganites with Na substitution ranging from 50 percent to 90 percent were synthesized using a modified citrate gel method and were found to be orthorhombic in structure belonging to a pbnm spacegroup. The variation in lattice parameters and unit cell volume with sodium concentration were also dealt with. Magnetic measurements revealed that magnetization decreased with increase in sodium concentrations.

Strength Predictions of Hat Stiffened Plate

Hat Stiffened Plates are used in composite ships and are gaining popularity in metallic ship construction due to its high strength-to-weight ratio. Light weight structures will result in greater payload, higher speeds, reduced fuel consumption and environmental emissions. Numerical Investigations have been carried out using the commercial Finite Element software ANSYS 12 to substantiate the high strength-to-weight ratio of Hat Stiffened Plates over other open section stiffeners which are commonly used in ship building. Analysis of stiffened plate has always been a matter of concern for the structural engineers since it has been rather difficult to quantify the actual load sharing between stiffeners and plating. Finite Element Method has been accepted as an efficient tool for the analysis of stiffened plated structure. Best results using the Finite Element Method for the analysis of thin plated structures are obtained when both the stiffeners and the plate are modeled using thin plate elements having six degrees of freedom per node. However, one serious problem encountered with this design and analysis process is that the generation of the finite element models for a complex configuration is time consuming and laborious. In order to overcome these difficulties two different methods viz., Orthotropic Plate Model and Superelement for Hat Stiffened Plate have been suggested in the present work. In the Orthotropic Plate Model geometric orthotropy is converted to material orthotropy i.e., the stiffeners are smeared and they vanish from the field of analysis and the structure can be analysed using any commercial Finite Element software which has orthotropic elements in its element library. The Orthotropic Plate Model developed has predicted deflection, stress and linear buckling load with sufficiently good accuracy in the case of all four edges simply supported boundary condition. Whereas, in the case of two edges fixed and other two edges simply supported boundary condition even though the stress has been predicted with good accuracy there has been large variation in the deflection predicted. This variation in the deflection predicted is because, for the Orthotropic Plate Model the rigidity is uniform throughout the plate whereas in the actual Hat Stiffened Plate the rigidity along the line of attachment of the stiffeners to the plate is large as compared to the unsupported portion of the plate. The Superelement technique is a method of treating a portion of the structure as if it were a single element even though it is made up of many individual elements. The Superelement has predicted the deflection and in-plane stress of Hat Stiffened Plate with sufficiently good accuracy for different boundary conditions. Formulation of Superelement for composite Hat Stiffened Plate has also been presented in the thesis. The capability of Orthotropic Plate Model and Superelement to handle typical boundary conditions and characteristic loads in a ship structure has been demonstrated through numerical investigations.

Inverse Metabolic Engineering of Synechocystis PCC 6803 for Improved Growth Rate and Poly-3-hydroxybutyrate Production

Synechocystis PCC 6803 is a photosynthetic bacterium that has the potential to make bioproducts from carbon dioxide and light. Biochemical production from photosynthetic organisms is attractive because it replaces the typical bioprocessing steps of crop growth, milling, and fermentation, with a one-step photosynthetic process. However, low yields and slow growth rates limit the economic potential of such endeavors. Rational metabolic engineering methods are hindered by limited cellular knowledge and inadequate models of Synechocystis. Instead, inverse metabolic engineering, a scheme based on combinatorial gene searches which does not require detailed cellular models, but can exploit sequence data and existing molecular biological techniques, was used to find genes that (1) improve the production of the biopolymer poly-3-hydroxybutyrate (PHB) and (2) increase the growth rate. A fluorescence activated cell sorting assay was developed to screen for high PHB producing clones. Separately, serial sub-culturing was used to select clones that improve growth rate. Novel gene knock-outs were identified that increase PHB production and others that increase the specific growth rate. These improvements make this system more attractive for industrial use and demonstrate the power of inverse metabolic engineering to identify novel phenotype-associated genes in poorly understood systems.

Monitoring present day changes in water vapour and the radiative energy balance using satellite data, reanalyses and models

A combination of satellite data, reanalysis products and climate models are combined to monitor changes in water vapour, clear-sky radiative cooling of the atmosphere and precipitation over the period 1979-2006. Climate models are able to simulate observed increases in column integrated water vapour (CWV) with surface temperature (Ts) over the ocean. Changes in the observing system lead to spurious variability in water vapour and clear-sky longwave radiation in reanalysis products. Nevertheless all products considered exhibit a robust increase in clear-sky longwave radiative cooling from the atmosphere to the surface; clear-sky longwave radiative cooling of the atmosphere is found to increase with Ts at the rate of ~4 Wm-2 K-1 over tropical ocean regions of mean descending vertical motion. Precipitation (P) is tightly coupled to atmospheric radiative cooling rates and this implies an increase in P with warming at a slower rate than the observed increases in CWV. Since convective precipitation depends on moisture convergence, the above implies enhanced precipitation over convective regions and reduced precipitation over convectively suppressed regimes. To quantify this response, observed and simulated changes in precipitation rate are analysed separately over regions of mean ascending and descending vertical motion over the tropics. The observed response is found to be substantially larger than the model simulations and climate change projections. It is currently not clear whether this is due to deficiencies in model parametrizations or errors in satellite retrievals.

Prediction leaching of potassium using the convective-dispersive and the convective log-normal transfer function models

There is increasing concern about soil enrichment with K+ and subsequent potential losses following long-term application of poor quality water to agricultural land. Different models are increasingly being used for predicting or analyzing water flow and chemical transport in soils and groundwater. The convective-dispersive equation (CDE) and the convective log-normal transfer function (CLT) models were fitted to the potassium (K+) leaching data. The CDE and CLT models produced equivalent goodness of fit. Simulated breakthrough curves for a range of CaCl2 concentration based on parameters of 15 mmol l(-1) CaCl2 were characterised by an early peak position associated with higher K+ concentration as the CaCl2 concentration used in leaching experiments decreased. In another method, the parameters estimated from 15 mmol l(-1) CaCl2 solution were used for all other CaCl2 concentrations, and the best value of retardation factor (R) was optimised for each data set. A better prediction was found. With decreasing CaCl2 concentration the value of R is required to be more than that measured (except for 10 mmol l(-1) CaCl2), if the estimated parameters of 15 mmol l(-1) CaCl2 are used. The two models suffer from the fact that they need to be calibrated against a data set, and some of their parameters are not measurable and cannot be determined independently.