Morphogenesis at the shoot Apical Meristem

par Ursula Citlalli Abad Vivero

Thèse de doctorat en Sciences de la Vie

Sous la direction de Jan Traas.

Soutenue le 08-12-2017

à Lyon , dans le cadre de École Doctorale de Biologie Moléculaire Intégrative et Cellulaire (Lyon) , en partenariat avec École normale supérieure de Lyon (établissement opérateur d'inscription) et de Laboratoire de Reproduction et Développement des Plantes (1993-....) (laboratoire) .

Le président du jury était Olivier Hamant.

Le jury était composé de Jan Traas, Olivier Hamant, Naomi Nakayama, Angela Hay, François Parcy.

Les rapporteurs étaient Naomi Nakayama, Angela Hay.

  • Titre traduit

    La morphogenèse au sein du méristème apical caulinaire


  • Résumé

    Le phénomène de morphogenèse est le fruit de la division des cellules et de leur expansion, qui sont contrôlées de façon différentielle selon les types cellulaires et les tissus. Dans le cas des plantes, le méristème apical caulinaire (MAC) produit de façon continue les organes aériens à partir de primordia qui sont initiés suite à l’accumulation locale d’une hormone végétale, l’auxine. Pour étudier le processus de formation des organes aériens, nous utilisons l’inflorescence d’Arabidopsis thaliana, dont les fleurs sont mises en place selon un patron régulier à partir de cellules dérivées de cellules souches. Au cours de ce processus, ARF5/MP– un facteur de réponse à l’auxine se liant à l’ADN – joue un rôle central. Une fois activé, il induit l’expression des facteurs de transcription LEAFY, AINTEGUMENTA et AINTEGUMENTA-LIKE6, qui sont nécessaires pour la spécification de l’identité florale et pour la croissance proliférative. A l’échelle cellulaire, des excroissances latérales sont initiées suite à des hétérogénéités locales de croissance. Dans les cellules végétales, ces différences sont dues à des modifications de la paroi cellulaire impliquant l’auxine et ses cibles, qui induisent des variations dans la dynamique des microtubules corticaux résultant en des changements de direction de croissance. Dans une moindre mesure, l’auxine diminue la rigidité des parois cellulaires préalablement à la formation d’un nouvel organe, conduisant à des changements de taux de croissance. Ceci est corrélé à l’activation transcriptionnelle de nombreux gènes qui sont impliqués dans les modifications de la paroi. Ainsi, la voie de signalisation de l’auxine régule l’initiation des primordia en intégrant d’une part l’activation d’un réseau de régulation transcriptionnelle et, d’autre part, la rigidité et l’anisotropie de la paroi cellulaire, impactant directement le taux et la direction de croissance.Cette thèse soutient l’idée selon laquelle l’initiation des organes dans le MAC repose sur des boucles de rétroaction là où des changements locaux de propriétés de la paroi cellulaire influent sur le réseau moléculaire. Il est probable que d’autres hormones soient nécessaires afin de canaliser l’initiation des organes.


  • Résumé

    The process of morphogenesis is driven by cell division and expansion, which are controlled ina differential manner among cell types and tissues. In plants, the above ground organs arecontinuously produced by the shoot apical meristem (SAM), where the initiation of newprimordia is triggered by the local accumulation of the plant hormone auxin. We study theprocess of morphogenesis in the inflorescence of Arabidopsis thaliana, where flowers areformed in a regular pattern from the SAM.The DNA-binding auxin response factor ARF5/MP plays a central role in the initiation offlowers. After its activation, it induces the expression of LEAFY, AINTEGUMENTA andAINTEGUMENTA-LIKE6 transcription factors necessary for the specification of floralidentity and proliferative growth. However, at the cellular level, the initiation of lateraloutgrowths depends on regional differences in growth. In plant cells, these processes areregulated via modifications of the cell wall. Auxin and its downstream targets are also involvedin these processes, by activating changes in the dynamics of the cortical microtubules, whichresult in changes in growth direction. Auxin also slightly reduces wall rigidity prior to organoutgrowth in the SAM, which results in changes in growth rate. This is correlated with thetranscriptional activation of a number of cell wall modifying genes.Thus, auxin signaling regulates primordium initiation by integrating the activation of atranscriptional regulatory network and both the stiffness and anisotropy of the cell wall, whichdirectly influence the rate and direction of growth.The findings of this thesis provide evidence indicating that the mechanisms of organ initiationat the SAM involve feedbacks where changes in the local properties of the cell wall influencethe molecular regulation of the transcriptional regulatory network. Our results suggest that thismight require the influence from other hormones, different from auxin, that funnel theinitiation of lateral outgrowths.

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