Comment la cellulose et les microtubules contribuent à la croissance des cellules et des organes végétaux : une analyse temporelle et spatiale multi-échelles

How cellulose and microtubules contribute to plant cell and organ growth : a temporal and spatial multi-scale analysis

• Auteur / Autrice : Corentin Mollier
• Direction : Arezki Boudaoud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 25/11/2022
• Etablissement(s) : Lyon, École normale supérieure
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Biologie Moléculaire Intégrative et Cellulaire (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Reproduction et Développement des Plantes (Lyon ; 1993-....)
• Jury : Président / Présidente : Marie Delattre
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Arezki Boudaoud, Marie Delattre, Magali Suzanne, Herman Höfte, Staffan Persson, Veronica Grieneisen
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Magali Suzanne, Herman Höfte

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plantes -- Morphogenèse

Microtubules

Cellulose

Mots clés libres

Cellulose

Microtubules

Morphogenèse

Sépale

CSI1

Coordination de croissance

Cellulose

Microtubules

Morphogenesis

Sepal

CSI1

Growth consistency

Résumé

La croissance des organismes vivants est le résultat d'événements moléculaires. Ces événements s'additionnent et génèrent des comportements cellulaires qui, ensemble, produisent la morphogenèse. J'ai étudié comment ces événements microscopiques contribuent à la morphogenèse des plantes. D’une part, nous avons étudié la dynamique des microtubules dans les cellules de pavage d'Arabidopsis, en quantifiant la distribution d’orientation des microtubules et la dynamique de leurs extrémités à échelle subcellulaire. La perturbation de l'orientation des microtubules est censée entraîner une défaillance mécanique des cellules, mais nous avons mis en évidence des mécanismes de compensation qui l'empêchent. Dans mon projet principal, nous avons étudié le rôle du guidage des complexes synthétisant la cellulose le long des microtubules par une protéine appelée CELLULOSE-SYNTHASE INTERACTIVE 1 (CSI1). En l'absence de CSI1, les complexes synthétisant la cellulose suivent les fibres de cellulose précédemment déposées, ce qui devrait conduire à un alignement accru. Contrairement au modèle selon lequel l’alignement de la cellulose augmente l’anisotropie de croissance, nous avons constaté que cela n’augmente pas l'élongation cellulaire et entraîne même une diminution de l’élongation du sépale d'Arabidopsis. Ces sépales présentent également des propriétés mécaniques moins anisotropes et des cellules ondulant en forme de serpent. À l'échelle multicellulaire, nous avons constaté que la cohérence spatiale de la direction de la croissance est altérée chez csi1, ce qui explique la longueur réduite de ses organes, l'anisotropie mécanique réduite des organes et les défauts de forme des cellules. Nos résultats contribuent à éclairer le lien entre échelles spatiales lors de la morphogenèse végétale.

Growth of living organisms originates from molecular events. These events add up, and generate cellular behaviors that together produce morphogenesis. In my PhD, I studied how such microscopic events contribute to plant morphogenesis. More specifically, in a first set of projects, we investigated the dynamics of the microtubule cytoskeleton in Arabidopsis pavement cells by quantifying distribution of microtubule orientation and tip dynamics at subcellular scale. Disruption of microtubule patterning was predicted to lead to mechanical failure of cells, but we highlighted compensation mechanisms that prevented it. In my main project, we investigated the role of cellulose synthase guidance along microtubules via a protein called CELLULOSE-SYNTHASE INTERACTIVE 1 (CSI1). In the absence of CSI1, cellulose synthases follow previously deposited cellulose microfibrils, which should lead to increased alignment. Contrary to the current growth model where cellulose alignment is associated with growth anisotropy, we found that this did not lead to an increase in cell elongation and even led to a decrease of organ elongation in Arabidopsis sepal. Sepals also presented less anisotropic mechanical properties and displayed cells with a snake-like shape. At a multicellular scale, we found that spatial consistency of growth direction was impaired in csi1, which explains the reduced length of its organs, the reduced mechanical anisotropy of organs, and the defects in cell shape. Our results contribute to bridging knowledge between scales, from the cytoskeleton, to the cell wall and to plant morphogenesis.