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Analyse quantitative de la morphogenèse - Biologie intégrative végétale

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Vous êtes-vous déjà demandé comment se fait-il qu’un zèbre ait des rayures ? Ou encore comment, à partir de quelques cellules, une plante ou un animal acquiert sa forme bien particulière ? Lorsqu’un organisme croît, différents gènes sont exprimés dans différents endroits, ce qui affecte le développement. Mais comment ? Qu’est-ce qui contrôle la forme d’un organisme en développement ? Comment les changements de forme et de taille d’un organisme en croissance affectent-ils les domaines d’expression des gènes dans l’espace et le temps ?

Les progrès récents en biologie moléculaire, imagerie en 2 et 3 dimensions, et technologie informatique permettent à présent d’étudier ces questions.

Dans notre laboratoire, nous utilisons une combinaison de travail expérimental (e.g. microscopie à fluorescence), outils informatiques (e.g. traitement d’image) et modélisation pour étudier les mécanismes de la morphogenèse.

Nous sommes actuellement plus particulièrement intéressés par la morphogenèse des plantes, et utilisons les feuilles et les cultures de cellules in vitro comme modèles pour étudier la formation de motifs dans les organes en croissance.

Intérêts de recherche actuels: 1) Formation de la nervation des feuilles en croissance

Nous nous intéressons plus particulièrement à comprendre comment la formation de motifs (que ce soit les patrons d’expression des gènes, ou des structures visuellement identifiables telles que la nervation foliaire) interagit avec la croissance et la forme (Fig. 1). Les feuilles sont un bon système pour étudier ce type d’interactions car la formation des motifs de nervation et la croissance sont deux processus intimement reliés. D’autre part des données moléculaires sur la formation de la nervation foliaire sont disponibles, et plusieurs modèles théoriques ont été proposés pour expliquer la formation des motifs de nervation observés dans la nature. Notre objectif est de combler le fossé existant entre les modèles théoriques et les données expérimentales en caractérisant la formation des motifs de nervation foliaire de façon quantitative à l’aide de logiciels développés dans le laboratoire (Fig. 2). Nous développons aussi des méthodes pour caractériser la croissance in vivo aux stades où la nervation se forme, afin d’explorer le lien entre formation du motif de nervation et croissance foliaire.

Figure 1. Interactions entre expression génétique et formation de motifs, croissance, taille et forme.

Figure 2. Exemple de paramètres de nervation extraits à l'aide de nos logiciels (Le code de couleur met en évidence les différences d'aires des réticulations - Aires les plus petites en bleu, aires les plus grandes en jaune). Première feuille de rosette d'Arabidopsis thaliana 14 jours après germination (culture en serre).

Intérêts de recherche actuels: 2) Morphogenèse des cellules in vitro

Nous étudions les mécanismes impliqués dans la croissance et la mise en place de motifs chez les cellules isolées (culture in vitro), afin de complémenter les études menées à l'échelle de la feuille. Nous étudions les facteurs affectant la croissance et la forme des cellules. Par exemple, la phytohormone auxine favorise l'élongation cellulaire (Fig. 3). Nous testons les effets de divers régulateurs de croissance sur la croissance et la forme des cellules à l'aide de logiciels développés au laboratoire.

Figure 3. Cellule de Nicotiana tabacum.

Pour en savoir plus...

Textes généraux:
Rolland-Lagan A.-G. (2008) Vein patterning in growing leaves: axes and polarities. Curr. Opin. Genet. Dev. 18:348-353.
Prusinkiewicz P. and Rolland-Lagan A.-G. (2006) Modeling plant morphogenesis. Curr. Opin. Plant Biol. 9: 83-88.
Arthur, W. (2006) D’Arcy Thompson and the theory of transformations. Nature Reviews Genetics 7: 401-406.
Coen, E., Rolland-Lagan, A.-G., Matthews, M., Bangham, A. and Prusinkiewicz, P. (2004) The genetics of geometry. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 101:4728-4735.
Hallé, F. (2004) Éloge de la plante. Editions du Seuil, Collection Points Sciences. 347pp.
Berleth, T. (2000) Plant development: Hidden networks. Current Biology 10: R658-R661.
Ball, P. (1999) The self-made tapestry: pattern formation in Nature. Oxford University Press. 312pp.