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Un mécanisme biophysique contrôle la forme finale des organes chez les plantes

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Résumé

Publication du RDP

Description

Une équipe du laboratoire Reproduction et Développement des Plantes (RDP - Inra, ENS de Lyon, CNRS, Université Claude Bernard Lyon 1) vient de démontrer que les organes peuvent percevoir leur propre croissance, via les contraintes mécaniques associés, et ainsi contrôler leurs formes finales. Publiés dans la revue Current Biology le 14 avril 2016, ces travaux apportent une première pierre à une question centrale en biologie : comment les organes parviennent-ils à acquérir leur forme et leur taille caractéristique ?
La taille et la forme des organes sont cruciales, que ce soit pour produire un flux sanguin optimal dans le cœur ou permettre la reproduction sexuée des plantes à fleur via des insectes pollinisateurs dont la morphologie est elle-même liée à la forme des organes floraux. La reproductibilité des formes et des tailles des organes est donc très étroitement contrôlée. Toutefois, le mécanisme qui permet une telle reproductibilité reste à découvrir et demeure une question centrale en biologie.
arabidopsis-hervieux_1461317114001-jpgCroissance d’un sépale d’Arabidopsis thaliana pendant 5 jours. Les cellules marquées avec des couleurs chaudes croissent plus vite que les cellules marquées avec des couleurs froides. © Nathan Hervieux
Pour y répondre, l'équipe "Biophysique du développement" du RDP s’est concentrée sur le sépale d'Arabidopsis thaliana. Le sépale est l’organe floral externe de la fleur ; il protège le bouton floral avant l’éclosion. Les plantes à fleur comme Arabidopsis présentent un avantage déterminant pour répondre à la question de la reproductibilité des formes : elles produisent une multitude de fleurs de forme identique. Chaque sépale a ainsi un patron de croissance stéréotypé conduisant à une forme finale caractéristique. Avec leurs collaborateurs du Max Planck Institute de Cologne, (Richard Smith), les chercheurs ont établi une carte de la croissance du sépale à l’échelle cellulaire. Ils ont ainsi pu identifier la présence d’une croissance différentielle entre la base et l’extrémité du sépale. En utilisant la modélisation informatique, ils ont alors prédit qu’un tel différentiel de croissance devait générer des contraintes mécaniques fortes et perpendiculaires à l’axe du sépale. Les réponses cellulaires ont ensuite été analysées, et il est apparu que les cellules réorganisent leur machinerie de croissance pour résister à ces contraintes. En utilisant des plantes répondant plus ou moins aux contraintes mécaniques, les chercheurs ont alors pu observer des changements de la forme finale des organes.
Ce travail démontre donc que les organes en croissance sont capables de percevoir leur propre croissance, via les contraintes mécanique qu’elle génère. Lorsque cette perception est modulée, la forme des organes est modifiée, suggérant que ce mécanisme joue un rôle clé dans la reproductibilité de la forme et de la taille finale des organes. Les implications dépassent la seule biologie végétale puisque des voies de mécanoperception ont également été identifiées chez les animaux ; elles pourraient également contribuer au contrôle de la taille et de la forme des organes dans ce règne.

Références :
A Mechanical Feedback Restricts Sepal Growth and Shape in Arabidopsis. Nathan Hervieux, Mathilde Dumond, Aleksandra Sapala, Anne-Lise Routier-Kierzkowska, Daniel Kierzkowski, Adrienne H.K. Roeder, Richard S. Smith, Arezki Boudaoud, and Olivier Hamant, Current Biology. 14 avril 2016

Reproductibilité des formes

La taille et la forme des organes sont typiques de l’espèce : les botanistes, les zoologistes, mais aussi les agriculteurs et les consommateurs reconnaissent les différentes espèces et variétés en observant les formes, parce qu’elles sont hautement reproductibles.
Au sein d’un même individu, les organes peuvent aussi avoir des tailles très similaires : nous avons un bras droit et un bras gauche de la même longueur ; l’erreur ne dépasserait pas 0,2 % en moyenne.
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