Coordination de la croissance par des signaux mécaniques: une étude chez la graine. – mécanograine

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1. ZHOUPI controls embryonic cuticle formation via a signalling pathway involving the subtilisin protease ABNORMAL LEAF-SHAPE1 and the receptor kinases GASSHO1 and GASSHO2. Xing Q, Creff A, Waters A, Tanaka H, Goodrich J, Ingram GC. Development. 2013 Feb;140(4):770-9.
2. “What we’ve got here is failure to communicate” – zou mutants and endosperm cell death in seed development: Andrew Waters A, Creff A, Goodrich J and Ingram G. Accepted in Plant Signalling and Behaviour, 2013

La croissance coordonnée de différents tissus est essentielle au bon développement des organes chez les plantes. C’est on ne peut plus vrai dans la graine des Angiospermes, dont le développement à maturité nécessite la croissance extrêmement coordonnée de trois tissus qui se distinguent non seulement par leur origine génétique mais aussi par leur origine au cours du développement : le manteau de la graine, l’embryon et l’albumen. Malgré leur importance à la fois évolutive et agronomique, les mécanismes moléculaires qui permettent la croissance coordonnée de différents tissus dans la graine, mais également au cours du développement des plantes en général, restent peu connus. En particulier, les mécanismes qui permettent la perception et l’interprétation des signaux mécaniques, dont l’importance pour la croissance des plantes a été proposée il y a longtemps déjà, restent très mal compris.
Perturber les voies de signalisation qui régulent la coordination de la croissance chez les plantes résulte en des phénotypes sévères et pleïotropes tout au long du développement. Ces phénotypes sont difficiles à interpréter, ce qui pourrait expliquer pourquoi ces chemins de signalisation sont si peu compris. La graine d’Arabidopsis est un système modèle dans lequel certaines de ces voies de signalisation peuvent être disséquées, sans affecter la fonction des méristèmes et la croissance de la plante. Les atouts de la graine pour répondre à ce genre de questions sont les suivants :
1. Sa petite taille, son accès facile et sa croissance déterminée.
2. Les origines génétiques différentes des compartiments zygotiques et maternels.
3. L’absence de continuité symplastique entre l’embryon, l’albumen et le manteau.
4. L’abondance de promoteurs spécifiques des différents tissus de la graine.
Au cours de ce projet, nous allons utiliser ces atouts pour établir la graine comme nouveau système modèle pour comprendre les mécanismes de la croissance de la graine, sur le plan à la fois physique et génétique. Tout d’abord, nous établirons une description très détaillée du développement précoce de la graine, qui nous fournira un canevas très précis sur lequel seront intégrées les informations d’ordre mécanique (stress physiques) et génétique générées au sein du laboratoire. Nous utiliserons des techniques nouvelles pour visualiser les forces d’ordre mécanique au sein de la graine en développement. Nous développerons de nouveaux outils pour disséquer la fonction des gènes régulateurs au niveau de chacun des tissus de la graine. Ces outils pourront être utilisés également pour étudier d’autres voies de signalisation importantes pour la coordination de la croissance des plantes qui ont déjà été identifiées dans mon laboratoire. Enfin, nous utiliserons des techniques nouvelles développées au sein du laboratoire d’accueil pour modéliser les processus de développement des graines et générer ainsi des graines « virtuelles ». Ces modèles nous permettront de prédire le résultat de manipulations physiques ou génétiques de la graine, et de guider et faciliter ainsi nos approches expérimentales au sein du laboratoire.
En plus de leur rôle fondamental au cours du développement, les signaux mécaniques ont une grande influence sur de nombreux caractères à intérêt agronomique. Nos résultats préliminaires indiquent par exemple que des signaux mécaniques influencent la taille des graines et leur rendement. Les signaux mécaniques influencent également l’épaisseur des parois cellulaires, ce qui pourrait être d’une grande importance pour augmenter la biomasse de cellulose et/ou pour renforcer les tiges. La recherche proposée ici est d’une importance agronomique évidente, avec la possibilité très marquée de générer de nouveaux outils pour les biotechnologies. C’est pourquoi, au cours de ce projet, nous allons évaluer, en collaboration directe avec le laboratoire d’accueil, la possibilité de transférer nos résultats les plus importants chez le maïs.