Une organisation radiale de microtubules précède la formation de l’anneau de préprophase dans la division cellulaire des plantes

The radial step of microtubules as a pre-preprophase band structure in plant cell division

• Auteur / Autrice : Isaty Melogno
• Direction : Christophe Trehin, Olivier Hamant
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 08/11/2024
• Etablissement(s) : Lyon, École normale supérieure
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Biologie Moléculaire Intégrative et Cellulaire (Lyon ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Reproduction et Développement des Plantes (Lyon ; 1993-....)
• Jury : Président / Présidente : Marie-Cécile Caillaud
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christophe Trehin, Marie-Cécile Caillaud, Robert Sablowski, Manuel Théry, Bénédicte Charrier, Sabine Müller
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Robert Sablowski, Manuel Théry

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microtubules

Division cellulaire

Mots clés libres

Division cellulaire

Microtubules

Stress mécanique

Géométrie cellulaire

Robustesse

Cell division

Microtubules

Mechanical stress

Cell geometry

Robustness

Résumé

La division cellulaire est un processus important dans la croissance et le développement. L’orientation de la division cellulaire, ainsi que les règles qui régissent le positionnement du plan de division, a été une des grandes questions en biologie végétale. L’anneau de pré-prophase (PPB) est une structure spécifique des plantes qui prédit, et se trouve à l’emplacement du futur plan de division, et apparait juste avant que la cellule n’entre en mitose. Cette PPB est notamment composée de microtubules corticaux (MTCs), qui forment un anneau autour de la cellule. Néanmoins, la dynamique de ces MTCs, et leur processus de transition afin de former la PPB n’a jamais été étudié en détail. Il a été montré que les forces de tension interviennent dans l’organisation des MTCs interphasiques, ainsi que dans l’orientation du plan de division. Ce projet vise à étudier la transition des MTCs de l’interphase jusqu’à la PPB, en utilisant la tige comme organe modèle, où la tension est à la fois très directionnelle et stable. Nous avons remarqué une réorganisation transitoire du réseau de microtubules entre l’interphase, où ils sont hautement alignés, et la PPB. A ce stade, les MTCs sont organisés de manière radiale, et perdent leur anisotropie. Nous avons pu faire un lien entre cette « étape radiale » et l’augmentation pré-mitotique des microtubules cytoplasmiques, environ deux ou trois heures avant la formation de la PPB. Le mutant trm678 ne forme pas de PPB, mais présente une étape radial plus longue et plus définie que le sauvage. La variabilité entre les volumes des cellules filles est également fortement réduite chez le mutant trm678, comparée à celle du sauvage, et il présent également une accumulation plus forte de microtubules cytoplasmiques avant l’entrée en mitose. Avec ces observations, nous proposons que l’« étape radial » est une étape cruciale, apparaissant avant la formation de la PPB, et reflète l’accumulation de microtubules cytoplasmiques. Ce processus pourrait protéger temporairement la cellule des contraintes mécaniques extérieures, et donc assurer une symétrie (en termes de volumes), entre les deux cellules filles. Pour étudier plus en profondeur le rôle de cette étape radiale, nous avons étudié les divisions et/ou la dynamique des MTCs dans d’autres fonds génétiques, affectant les microtubules, l’actine, ou la composition de la paroi cellulaire. Nous avons également étudié le comportement des microtubules en utilisant d’autres systèmes. En particulier, nous avons utilisé des protoplastes et des cals, des feuilles de tabac et des jeunes racines latérales.

Cell division is a highly important process for growth and development. The orientation of cell division, as well as the different rules regulating division plane positioning, has been a wide question in plant biology. The pre-prophase band (PPB) is a plant-specific structure positioned and predicting the position of the future division plane, appearing right before mitosis. The PPB is notably formed by cortical microtubules (CMTs), forming a ring around the cell. However, the dynamics of the CMTs, and their transitioning process towards forming the PPB has not been studied in detail. Tensile stress has been shown to play a role in the organization of interphasic CMTs, as well as the orientation of the cell division plane. This project aims to study the transition of CMTs from interphase to PPB, using the stem as a model, where the tension is both highly directional and stable. We noticed a transient re-organization of the microtubules array between the highly aligned interphasic array, and the PPB stage. During this stage, the microtubules are organized in a radial array, losing their anisotropy. We could link this “radial step” with a pre-mitotic increase in cytoplasmic microtubules, around two to three hours before the formation of the PPB. The trm678 mutant is a PPB-deficient mutant, and displays a longer and clearer “radial step”. The variability in daughter cells volume ratio is also highly reduced in the mutant, compared to the wild type, and the pre-mitotic accumulation of cytoplasmic microtubules much higher. With these observations, we propose that the “radial step” is a crucial step for the formation of the PPB, and reflects the internal accumulation of microtubules. This could help shield transiently the cell from external mechanical cues, and therefore allow a symmetry, in terms of volume, between the two daughter cells. To go further in the investigation of the role of the “radial step”, we studied the behavior of cell divisions and/or CMT dynamics in other genetic backgrounds, affected in microtubules and actin, and in cell wall composition. We also studied the behavior of microtubules in other systems. Notably, using protoplasts and callus, tobacco leaves, and developing lateral roots.