Dynamique de la division cellulaire et établissement de l'identité de la lignée germinale femelle au cours du développement de l'ovule chez Arabidopsis.

Cell division dynamics in the establishment of the female germline identity during ovule primordium development in Arabidopsis

• Auteur / Autrice : Elvira Hernandez-lagana
• Direction : Daphné Autran
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie du développement
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 18/12/2020
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : DIADE - Diversité, Adaptation et DEveloppement des plantes
• Jury : Président / Présidente : Benjamin PéRET
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Daphné Autran, Danny Geelen, Anja Schmidt, Martine Devic, Antony Champion
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Danny Geelen, Anja Schmidt

Mots clés

Mots clés libres

Division cellulaire

Arabidopsis

Lignée germinale

Ovule

Plasticité

Morphogenèse

Cell divisions

Arabidopsis

Germline

Ovule

Plasticity

Morphogenesis

Résumé

La formation des ovules des Angiospermes implique un contrôle précis des identités cellulaires somatiques et germinales. Comment se fait la transition d'identité du soma vers le germen ? Comment la croissance de l'ovule influence et est influencée par cette transition ? Des mécanismes génétiques et épigénétiques contrôlant cette transition ont été identifiés, cependant la coordination de ces mécanismes, entre eux, et avec la croissance de l'ovule, reste inconnue. L'étude des propriétés architecturales de l'ovule est donc centrale pour comprendre cette transition. Nous présentons ici une analyse en 2D et 3D, à l'échelle cellulaire, quantifiant les caractéristiques architecturales des premiers stades de l'émergence de l'ovule chez Arabidopsis, au cours de la transition vers l'identité reproductrice. Dans les ovules d'Arabidopsis, une unique cellule reproductrice se différencie, appelée Megaspore Mother Cell (MMC). Cependant, certains ovules échappent à cette règle d'unicité et forment plusieurs MMCs. Par l'analyse de marqueurs du cycle cellulaire (phases M et S, et sortie du cycle cellulaire), et de la morphologie des cellules et noyaux, nous avons identifié des signatures communes précoces des cellules du domaine sub-épidermique apical où se forme la MMC. L'analyse dynamique de ces signatures suggère que l'unicité de la MMC est associée à une restriction progressive de la plasticité cellulaire de ce pool de cellules, correspondant à un processus de canalisation dévelopmentale. En analysant trois contextes mutants présentant des MMCs ectopiques, nous avons identifié des patterns spécifiques de divisions et croissance cellulaires, constituants des points de contrôles potentiels de la canalisation de la MMC. Les perspectives de ce travail incluent l'étude du rôle des points de contrôle identifiés, et l'imagerie in vivo du primordium d'ovule, pour mieux comprendre la formation des cellules reproductrices.

Ovule patterning in angiosperms requires a precise spatio-temporal definition of somatic and reproductive cell types during growth, making it an outstanding model to address fundamental developmental questions. How somatic-to-reproductive fate switch is established? How ovule growth influences or is influenced by such fate switch? Genetic analysis, allowed the identification of genetic and epigenetic mechanisms regulating this transition. However, how these mechanisms are coordinated with ovule growth is not known. The study of ovule development architectural properties is thus central to understand ovule patterning. Here, we present an exhaustive analysis of 2D and 3D images, at cellular resolution, quantifying architectural features of the early stages of Arabidopsis ovule growth, during the somatic-to-reproductive transition. As most angiosperms, Arabidopsis ovules typically differentiate a single germline precursor, known as Megaspore Mother Cell (MMC). Some ovules deviate from this ‘'singleness rule”, forming multiple MMCs. Through the analysis of cell and nuclei sizes, and cell cycle markers (reporting mitosis, cell cycle exit and S-phase); we captured early morphological and molecular markers of the sub-epidermal cells of the ovule apex, among which the MMC forms. The dynamics of these markers suggest that MMC singleness is associated with a canalization process, i.e. the progressive fate restriction in the pool of precursor cells, displaying a plastic reproductive competence. Using three mutant contexts developing multiple MMCs, we found specific cell proliferation and geometric patterns potentially contributing to MMC canalization. Our perspectives include the functional analysis of these specific architectural control points for canalization, and the implementation of live imaging microscopy to better define reproductive fate plasticity within the early ovule primordium.