Biophysique et développement

Nous étudions la morphogenèse chez les plantes, notamment à l’apex caulinaire d’Arabdopsis. Nous nous focalisons sur la robustesse de la morphogenèse, en analysant la variabilité cellulaire et en explorant les mécanismes qui amplifient ou tamponnent cette variabilité. Pour ce faire, nous combinons des approches de biologie moléculaire, d’imagerie du vivant, de biophysique, d’analyse de donnée et de modélisation. Nous déclinons ces questions et approches selon quatre thématiques principales :
- Mécanique de la morphogénèse
- Patrons de croissance florale
- Réseaux d’interaction moléculaire
- Modélisation de la morphogénèse

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Mécanique de la morphogénèse

Responsable : Arezki Boudaoud

La morphogenèse est le remarquable processus par lequel un organisme en développement acquiert sa forme. Alors que les études moléculaires et génétiques ont rencontré de grands succès permettant d’expliquer la base cellulaire du développement et le rôle des gradients biochimiques dans la coordination des destins cellulaires, la compréhension de la morphogenèse demeure un défi, à la fois pour la biologie du développement et pour la biophysique. En effet, la forme est imposée par les éléments structuraux de l’organisme ; l’étude de la morphogenèse doit s’attaquer à comment ces éléments sont régulés à l’échelle de la cellule, et à comment les propriétés mécaniques de ces éléments conduisent à des patrons de croissance bien définis. En utilisant les plantes comme systèmes modèles, nous abordons les questions suivantes. (i) L’identité moléculaire et génétique d’une cellule correspond-elle à une identité mécanique ? (ii) Les propriétés mécaniques des domaines cellulaires prédisent-elles les changements de forme ? (iii) Comment la stochasticité intrinsèque de la mécanique et de la croissance cellulaire laisse-t-elle place à des formes reproductibles ?

Patrons de croissance florale

Responsable : Pradeep Das

L’émergence des formes et tailles stéréotypes des tissues et organes suppose une régulation coordonnée d’un patron de croissance très spécifique en temps et espace toute au long du développement. Nous cherchons à avoir une compréhension claire de comment les évenements moléculaires, génétiques et physiques gouvernent la croissance. Nous avons développé lors des dernières années une pipeline automatique qui permet de suivre la croissance à une résolution cellulaire et en 4 dimensions (espace et temps) lors du développement des fleurs (Fernandez et al., Nature Methods, 2010). D’autre part nous examinons les liens entre les patrons de croissance, d’expression et de propriétés mécaniques.

Réseaux d’interaction moléculaire

Responsable : Françoise Monéger

Nous travaillons également sur la modélisation des réseaux d’interaction moléculaire et développons des approches visant à intégrer différents types de données (patrons d’expression, interactions directes, interactions génétiques) dans un modèle cohérent et intégré. Plus récemment, nous avons décidé de nous focaliser sur la paroi et en particulier sur les enzymes de remodelage de la paroi afin de comprendre comment les réseaux d’interaction et en particulier les facteurs de transcription de la fleur contrôlent la morphogénèse. Pour cela, notre projet consiste à identifier parmi une trentaine de facteurs de transcription exprimés dans la fleur, les gènes cibles codant des protéines impliquées dans la paroi et tenter de comprendre comment la régulation de l’expression de ces gènes permet de contrôler les formes florales.

Modélisation de la morphogénèse

Responsable : Annamaria Kiss

Afin de pouvoir modéliser l’émergence de la forme des organes d’une plante, il est primordiale de commencer par l’analyse des données en lien avec la morphogenèse. Pour cela nous développons des outils de segmentation d’images (level set, MARS sur Openalea) et d’analyse de données (plugin MorphoGraphX), et en particulier nous faisons l’analyse quantitative et statistique des images d’organes en développement (feuilles, fleurs, méristemes...) aussi bien au niveau tissulaire qu’au niveau cellulaire. D’autre part, nous étudions des modèles mécaniques des tissues biologiques. L’objectif est d’abord d’inférer sur les propriétés mécaniques à partir d’images, puis en utilisant ces propriétés nous cherchons à reproduire par modélisation l’émergence des formes au niveau tissulaire.


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