Bases physiques de la morphogenèse : couplage entre mécanique et croissance des plantes et de la levure

Physical basis of morphogenesis : Coupling between mechanics and growth of plants and yeast

• Auteur / Autrice : Jean-Daniel Julien
• Direction : Arezki Boudaoud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 18/12/2015
• Etablissement(s) : Lyon, École normale supérieure
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Physique et Astrophysique de Lyon (Lyon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique (Lyon ; 1988-....) - Laboratoire de Reproduction et Développement des Plantes (Lyon ; 1993-....) - Laboratoire Joliot Curie (Lyon)
• Jury : Président / Présidente : Jacques Prost
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Arezki Boudaoud, Jacques Prost, Yoël Forterre, Raphaël Voituriez, Alain Pumir, Michel Labouesse
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Yoël Forterre, Raphaël Voituriez

Mots clés

Mots clés contrôlés

Division cellulaire végétale

Phyllotaxie

Plantes

Levures (botanique)

Biochimie

Croissance

Morphogenèse

Mots clés libres

Morphogénèse

Mécanique

Croissance

Biochimie

Levure

Plante

Phyllotaxie

Division

Biomécanique

Morphogenesis

Mechanics

Growth

Biochemistry

Yeast

Plant

Phyllotaxis

Division

Résumé

Le travail présenté dans ce manuscrit est l'aboutissement de trois différents projets sur le couplage entre la mécanique et la croissance. Le premier chapitre est une revue concernant la mécanique et l'élongation des cellules à parois, où l'accent est placé sur les travaux numériques. Le deuxième chapitre présente quelques modèles de la mécanique du développement avec plus de détails techniques. Le troisième chapitre est une étude de l'établissement et de la stabilisation de la polarité chez les spores de la levure à fission, un phénomène qui repose sur un couplage entre mécanique, polarité, et croissance. Le quatrième chapitre est une étude numérique d'un modèle chimio-mécanique de phyllotaxie chez les plantes. Les motifs d'hormone de croissance sont créés par l'intermédiaire d'une rétro-action entre la mécanique des cellules et le transport polaire de cette hormone. Nous nous sommes demandé si le champ à l'origine de la rétro-action est la déformation ou la contrainte, une question ignorée dans la plupart des travaux sur le couplage entre mécanique et biochimie. Le cinquième chapitre concerne aussi un couplage entre polarité et mécanique. Nous étudions la manière dont la contrainte générée par la croissance ou la courbure des tissus peut se substituer aux indications géométriques qui orientent les divisions cellulaires à l'apex de la tige.

The work presented here is the result of three different projects about the coupling of mechanics and growth. The first chapter is a review about mechanics and elongation of walled cells, focused on the computational studies. The second chapter presents some models of the mechanics of development with more technical details. The third chapter is a study of the establishment and stabilization of polarity in fission yeast spores, a phenomenon that relies on a coupling between mechanics, polarity, and growth. The fourth chapter is the computational study of a chemomechanical model of plant phyllotaxis. Patterns of growth hormone are achieved thanks to a feedback with cell mechanics and polar transport. We focused our attention on the question of stress- or strain-sensing, ignored in most other studies of the interaction between biochemistry and mechanics. The fifth chapter is also about a coupling between polarity and mechanics. We investigate how the mechanical stress generated by growth or curvature of the tissues can override the geometrical cues to orient the cell divisions in the shoot apical meristem.