Regulation dynamique de la croissance et de la morphogenèse par les gibbérellines dans l'apex caulinaire – GrowthDynamics

Comprendre les mécanismes moléculaires permettant la construction d’organismes multicellulaires complexes est une question au cœur de la biologie moderne qui peut générer des connaissances clés avec des applications potentielles allant de la médecine à l’agriculture. Chez les plantes et les animaux, la construction de l’organisme fait souvent intervenir une addition rythmique de nouveaux segments aux extrémités de structure en croissance. Cependant, la contribution de la croissance à la mise en place et à la dynamique de cette morphogenèse rythmique et donc à la construction de l’organisme est encore largement inconnue. Dans ce projet fondamental, nous explorerons cette question chez les plantes en utilisant comme modèle le méristème apical caulinaire. Ce tissu spécialisé contient une niche de cellules souches et contrôle la mise en place de l’architecture primaire post-embryonnaire, aussi appelée phyllotaxie, par production rythmique de nouveaux organe aériens et des segments de tige correspondant. Nous concentrerons nos efforts sur l’analyse du rôle d’une classe de régulateurs essentiels de la croissance des plantes, les hormones végétales gibbérellines (GA), dans la régulation de la croissance dans le méristème et disséquerons leur fonction dans la mise en place des patrons spatio-temporels de morphogenèse dans le méristème et dans l’architecture de la partie aériennes des plantes.
Alors que les GA sont connus pour être impliquées dans la régulation de l’activité du méristème, leur rôle dans la régulation de la croissance et les mécanismes moléculaires en jeu restent à déterminer. Pour identifier ces mécanismes, nous développerons tout d’abord un biosenseur des GA et des rapporteurs afin de pouvoir cartographier en détails les distributions 4D (3D + temps) des GA et de l’activité transcriptionnelle induite par les GA et de comprendre comment elles sont régulées. Nous cartographierons ensuite la croissance dans le méristème et utiliserons des approches génétiques et pharmacologiques afin d’interférer de façon inductible avec l’activité des GA et d’analyser le lien de causalité entre activité GA et croissance. Interférer avec l’activité GA nous permettra également d’étudier comment l’activité GA contribue à la dynamique de la morphogenèse dans le méristème et donc à la phyllotaxie et à l’architecture de la partie aérienne de la plante. Finalement, nous combinerons une approche ciblée et une approche sans a priori utilisant l’immunoprécipitation des protéines ainsi que des approches de génomiques pour identifier les facteurs de transcription et le réseau moléculaire relayant l’action des GA sur la croissance dans le méristème.
Les connaissances générées dans ce projet permettront de construire une vision multi-échelle permettant de comprendre : 1- comment la croissance est coordonnée par les GA dans un tissu végétal complexe pour permettre à la fois la maintenance d’une niche de cellule souche et une organogenèse rythmique et 2- quel est la contribution de ces processus à la construction d’architectures multicellulaires complexes. Comme les GA sont nécessaires tout au long de la vie de la plante, ces connaissances auront un large impact sur notre compréhension de la croissance des plantes.
Ce projet multidisciplinaire associe deux partenaires complémentaires, à la fois au niveau thématique et au niveau méthodologique. L’équipe menée par Teva Vernoux (RDP, Lyon ; Coordinateur) est experte de la signalisation des hormones et de la biologie du méristème et celle dirigée par Patrick Achard (IBMP, Strasbourg) s’intéresse à la biologie des GA. De plus, le laboratoire de Lyon a une expertise internationalement reconnue en biologie des systèmes et en imagerie sur tissus vivants qui complémente l’expertise en biochimie, biologie cellulaire et génomique de l’équipe de Strasbourg. Cette complémentarité permettra une forte synergie essentielle au succès du projet.