How stigmatic epidermis mediates the invading cell growth : the case of pollen tube and oomycete hypha

par Lucie Riglet

Thèse de doctorat en Biologie végétale

Sous la direction de Thierry Gaude.

Soutenue le 26-10-2018

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 Herman Höfte.

Le jury était composé de Thierry Gaude, Herman Höfte, Bénédicte Charrier, Naomi Nakayama, Nathalie Poussereau, Isabelle Fobis-Loisy.

Les rapporteurs étaient Herman Höfte, Bénédicte Charrier.

  • Titre traduit

    Réaction de l’épiderme stigmatique à la croissance de cellules invasives : le cas du tube pollinique et de l’hyphe des oomycètes


  • Résumé

    Chez les plantes à fleurs, la communication entre les grains de pollen et les cellules épidermiques du stigmate, aussi appelées papilles, est cruciale pour le succès de la reproduction. Lorsqu’il est accepté, le grain de pollen germe et émet un tube pollinique qui transporte les gamètes mâles jusqu’aux ovules. La rencontre et la fusion entre les gamètes mâles et femelles reposent par conséquent sur la bonne trajectoire des tubes polliniques lors de leur progression dans les différents tissus du partenaire femelle pour atteindre les ovules. Les tubes polliniques croissent dans la paroi cellulaire des papilles stigmatiques et génèrent une pression sur ces dernières. De telles forces sont connues pour modifier le réseau de microtubules corticaux (MTC) ainsi que le comportement de la cellule. La première partie de ma thèse a consisté à étudier le rôle des MTC du stigmate dans le contrôle de la croissance du tube pollinique. En combinant imagerie cellulaire et approches génétiques, nous avons mis en évidence que chez le mutant katanin1-5 (ktn1-5) d’Arabidopsis, les papilles ont un réseau de MTC très isotrope, associé à une forte tendance des tubes polliniques sauvages à faire des spires autour des papilles. Ce phénotype a pu être partiellement reproduit par traitement des papilles avec un agent dépolymérisant les MTC, l’oryzaline. Compte tenu que le réseau de MTC est fortement lié à l’organisation des fibres de cellulose, et donc potentiellement à la rigidité de la paroi, nous avons mesuré la rigidité des papilles du mutant ktn1-5 grâce au microscope à force atomique. L’ensemble de ces résultats suggère que la KATANIN, en régulant l’organisation des MTC et conférant des propriétés mécaniques particulières à la paroi cellulaire, joue un rôle primordial dans le guidage des tubes polliniques lors de leur croissance dans les papilles stigmatiques. De façon similaire à la croissance des tubes dans les papilles, les hyphes des pathogènes filamenteux pénètrent les tissus épidermiques de leur hôte. Lors d’une attaque par un pathogène, les cellules de l’épiderme de l’hôte réagissent rapidement pour mettre en place une réponse appropriée, décisive sur le résultat de l’interaction plante-pathogène. La seconde partie de ma thèse a eu pour objectif de comparer la réponse cellulaire des papilles stigmatiques suite à l’invasion par deux types d’organismes, le tube pollinique lors de la pollinisation et les hyphes de deux Oomycètes pathogènes, Phytophtora parasitica et Hyaloperonospora arabidopsidis durant leurs processus d’infection. Nos résultats démontrent que la papille stigmatique est capable d’adapter sa réponse en fonction de l’identité de l’envahisseur.


  • Résumé

    The epidermis is the first cellular barrier in direct contact with the environment in both animal and plant organisms. In plants, the result of the cell-to-cell communication that occurs between the pollen grain and the epidermal cells of the stigma, also called papillae, is crucial for successful reproduction. When accepted, the pollen grain germinates and emits a pollen tube that transports the male gametes towards the ovules. Effective fertilization in angiosperms depends on the proper trajectory that pollen tubes take while progressing within the pistil tissues to reach the ovules.Pollen tubes grow within the cell wall of the papilla cells, applying pressure to the wall. Such forces are known to alter the cortical microtubule (CMT) network and cell behaviour. The first part of my PhD thesis aimed at investigating the role of the microtubule cytoskeleton of stigmatic cells in pollen tube growth. By combining cell imaging and genetic approaches, we found that in the Arabidopsis katanin1-5 (ktn1-5) mutant, papillae have a highly isotropic CMT array, associated with a marked tendency of wild-type (WT) pollen tube to turn around the papillae. We could partially phenocopy this coiled growth of pollen tubes by treating WT papillae with the microtubule-depolymerizing drug oryzalin. As CMT pattern is linked to cellulose microfibrils organisation, and hence possibly to cell-wall stiffness, we assessed the stiffness of ktn1-5 and aged papillae using Atomic Force Microscopy. Altogether, our results suggest that both organisation of CMT and cell wall properties dependent on KATANIN have a major role in guiding early pollen tube growth in stigma papillae.Similarly to pollen tube growth within the stigmatic papilla, hypha of filamentous pathogens penetrates the epidermal tissue of the host. During pathogen attacks, epidermal cells promptly react to the invading organisms to adjust the most relevant response. Early response of the first cell layers including epidermal cells is decisive for the result of plant-pathogen interactions. The second part of my PhD work aimed at comparing the cellular response of stigmatic cells challenged by two types of invaders, the pollen tube during pollination and hyphae of two oomycete filamentous pathogens, Phytophtora parasitica and Hyaloperonospora arabidopsidis, during the infection process. We demonstrate that a stigmatic cell challenged by a pollen tube or an oomycete hypha adapts its response to the invader’s identity.



Le texte intégral de cette thèse sera accessible librement à partir du 26-10-2019


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