La régulation génique chez Solanum chacoense : de la pollinisation jusqu’à l’embryogenèse

Chez les végétaux supérieurs, l’embryogenèse est une phase clé du développement au cours de laquelle l’embryon établit les principales structures qui formeront la future plante et synthétise et accumule des réserves définissant le rendement et la qualité nutritionnelle des graines. Ainsi, la compréhension des évènements moléculaires et physiologiques menant à la formation de la graine représente un intérêt agronomique majeur. Toutefois, l'analyse des premiers stades de développement est souvent difficile parce que l'embryon est petit et intégré à l'intérieur du tissu maternel. Solanum chacoense qui présente des fleurs relativement grande facilitant l’isolation des ovules, a été utilisée pour l’étude de la biologie de la reproduction plus précisément la formation des gamètes femelles, la pollinisation, la fécondation et le développement des embryons. Afin d'analyser le programme transcriptionnel induit au cours de la structuration de ces étapes de la reproduction sexuée, nous avons mis à profit un projet de séquençage de 7741 ESTs (6700 unigènes) exprimés dans l’ovule à différents stades du développement embryonnaire. L’ADN de ces ESTs a été utilisé pour la fabrication de biopuces d’ADN. Dans un premier temps, ces biopuces ont été utilisé pour comparer des ADNc issus des ovules de chaque stade de développement embryonnaire (depuis le zygote jusqu’au embryon mature) versus un ovule non fécondé. Trois profils d’expression correspondant au stade précoce, intermédiaire et tardive ont été trouvés. Une analyse plus approfondie entre chaque point étudié (de 0 à 22 jours après pollinisation), a permis d'identifier des gènes spécifiques caractérisant des phases de transition spécifiques. Les annotations Fonctionnelles des gènes differentiellement exprimés nous ont permis d'identifier les principales fonctions cellulaires impliquées à chaque stade de développement, révélant que les embryons sont engagés dans des actifs processus de différenciation. Ces biopuces d’ADN ont été par la suite utilisé pour comparer différent types de pollinisation (compatible, incompatible, semi-compatible et inter-espèce) afin d’identifier les gènes répondants à plusieurs stimuli avant l'arrivé du tube pollinique aux ovules (activation à distance). Nous avons pu démontrer que le signal perçu par l’ovaire était différent et dépend de plusieurs facteurs, incluant le type de pollen et la distance parcourue par le pollen dans le style. Une autre analyse permettant la comparaison des différentes pollinisations et la blessure du style nous a permis d’identifier que les programmes génétiques de la pollinisation chevauchent en partie avec ceux du stress. Cela était confirmé en traitant les fleurs par une hormone de stress, méthyle jasmonate. Dans le dernier chapitre, nous avons utilisé ces biopuces pour étudier le changement transcriptionnel d’un mutant sur exprimant une protéine kinase FRK2 impliqué dans l’identité des ovules. Nous avons pu sélectionner plusieurs gènes candidat touchés par la surexpression de cette kinase pour mieux comprendre la voie se signalisation. Ces biopuces ont ainsi servi à déterminer la variation au niveau transcriptionnelle des gènes impliqués lors de différents stades de la reproduction sexuée chez les plantes et nous a permis de mieux comprendre ces étapes.In higher plants, embryogenesis is a key phase of development during which the embryo establishes the main structures that will form the future plant, synthesizes, and accumulates the reserves that will define the yield and nutritional quality of the seeds. Thus, understanding the molecular and physiological events leading to the formation of the seed is of major agronomic interest. However, analysis of early stages of development is often difficult because the embryo is small and integrated within the maternal tissue. Solanum chacoense, whose relatively large flowers facilitate the isolation of ovules, was used to study the biology of reproduction, in particular the formation of female gametes, pollination, fertilization and embryo development. To analyze the transcriptional program induced during these stages of sexual reproduction, we produced amplicon-derived microarrays with 7741 ESTs isolated from ovules bearing embryos from different developmental stages. These chips were first used to compare cDNA of unfertilized ovule with ovule cells of each stage of embryonic development (from zygote to mature embryo). During embryogenesis, three major expression profiles corresponding to early, middle and late stages of embryo development were identified. Further analysis, of time points taken every 2 days from 0 to 22 days after pollination allowed the identification of a subset of stage-specific and transition-specific genes. Functional annotation of differentially expressed genes allowed us to identify the major cell processes implicated at each stage of development and revealed that embryos are engaged in active differentiation. The DNA microarrays were then used to compare different types of pollination (compatible, incompatible, semi-compatible and inter-species) to identify genes responding to various stimuli before the pollen tube reach the ovules (activation at distance). We found that the signal received by the ovary was different and depended on several factors including the pollen source and the distance traveled by the pollen in the style. Another analysis comparing different pollinations with wounding of the style showed that the genetic programs of pollination overlap with those of stress. This was confirmed by treating the flowers with a stress hormone, methyl jasmonate. lastly, we used the microarrays to study transcriptional changes in mutant ScFRK2. The over expression of FRK2 affect the ovule identity. We were able to select several candidate genes that may have a role in ovules identity signaling. These chips were used to determine the variation in transcription of genes involved at various stages of sexual reproduction in plants and has allowed us to better understand these steps at the transcriptional level

Analyse du transcriptome lors de l'embryogenèse précoce chez le Tournesol

Chez les végétaux supérieurs, l’embryogenèse est une phase clé du développement au cours de laquelle l’embryon établit les principales structures qui formeront la future plante et synthétise et accumule des réserves définissant le rendement et la qualité nutritionnelle des graines. La compréhension des évènements moléculaires et physiologiques menant à la formation de la graine est donc d’un intérêt agronomique majeur. Le tournesol (Helianthus annuus L.), qui présente une inflorescence portant des embryons de taille relativement grande et dont le développement est synchronisé et un génome maintenant bien caractérisé, constitue un bon système expérimental pour l’étude de l’embryogenèse zygotique chez les dicotylédones. Afin de caractériser le transcriptome au cours de l’embryogenèse précoce chez le tournesol, des banques d’ADNc de référence ont été construites à partir d’embryons au stade globulaire, coeur et cotylédonaire qui constituent des stades clé du développement. Une banque d’ADNc de type SSH (Suppressive Substractive Hybridization) comparant les transcrits d’embryons aux stades coeur et cotylédonaire et enrichie en gènes préférentiellement exprimés au stade coeur a également été réalisée. Au total, 23 800 clones ont été générés dont 4 118 ont été séquencés et 1 690 séquences EST publiées (numéro d’accession : AJ827751-AJ829440). Au cours d’analyses in silico, les séquences obtenues au sein de notre laboratoire à partir des banques de référence ont été couplées à d’autres données EST issues de banques d’ADNc produites à partir d’ovules non fécondés (HadevR7) ou d’embryons cotylédonaires à des stades plus tardifs (HaDevR5 et HaDevR6) réalisées dans le cadre du programme Génoplante. L’ensemble des séquences analysées représente un total de 7 106 EST et un unigène de 3064 séquences (Ben et al., 2005). La caractérisation fonctionnelle des séquences uniques de chacune des banques d’ADNc a permis d’avoir une vue globale des fonctions cellulaires impliquées à chaque stade de développement et de leur importance relative. Les profils fonctionnels, très similaires pour chacun des stades de développement étudiés, ont montré que les embryons zygotiques sont engagés dans des processus de différenciation et présentent une activité cellulaire très élevée. Des analyses de northerns virtuels ont révélé des gènes différentiellement exprimés entre les différentes conditions. Des séquences montrant de fortes similarités avec des gènes jouant des rôles clés dans l’embryogenèse animale ou végétale ont également pu être identifiées comme, par exemple, le gène MAGO NASHI participant à l’élaboration des axes embryonnaires chez la Drosophile et dont la caractérisation moléculaire et fonctionnelle chez le tournesol a été entreprise au laboratoire. Par la suite, ces banques d’ADNc, associées à d’autres banques d’ADNc préparées à partir de tissus d’origines très diverses, ont été utilisées pour construire un microarray sur membrane nylon comptant 8 185 séquences uniques. Ce microarray a été hybridé avec des ADNc issus d’embryons dans les trois stades de développement d’intérêt (globulaire, coeur et cotylédonaire) ainsi que des ADNc préparés à partir d’ovules non fécondés et de feuilles, ces derniers échantillons représentant respectivement un témoin de tissus reproducteurs non fécondés et un témoin de tissus somatiques. L’analyse statistique des résultats de ces expériences, réalisée en pratiquant deux anovas interconnectées, a révélé 744 gènes différentiellement exprimés entre aux moins deux conditions. Une analyse plus fine, effectuée après avoir défini 4 contrastes particulièrement intéressants (embryons globulaires vs embryons coeur, embryons précoces (globulaire et coeur) vs embryons cotylédonaires, embryons (globulaire, coeur et cotylédonaire) vs ovules non fécondés et tissus reproductifs (embryons et ovules) vs feuille), a mis en évidence de 106 gènes différentiellement exprimés entre les embryons et les ovules jusqu’à 437 entre les feuilles et l’ensemble des tissus reproducteurs. L’étude du profil d’expression de ces gènes nous a permis de dégager des hypothèses sur les mécanismes induits au cours des phases précoces de l’embryogenèse chez les plantes impliquant notamment une régulation transcriptionnelle et post-transcriptionnelle fine et spécifique à chacun des stades de développement et diverses voies de transduction du signal. La biogenèse de plastes fonctionnels ainsi que la sénescence semble également jouer un rôle essentiel dans le déroulement normal de l’embryogenèse. ABSTRACT : In higher plants, embryogenesis is a process of main importance which corresponds to the establishment of the correct embryo pattern and to the accumulation of storage reserves. Thus, the knowledge of the molecular and physiological events of this process represents a major interest for agronomy to improve grains quality and yields. However, the analysis of the early stages of development is often difficult because the embryo is small and embedded inside the maternal tissue. Sunflower (Helianthus annuus L.), which presents an inflorescence with numerous and relatively big embryos whose development is synchronized, has been proposed as a complementary model for the study of zygotic embryogenesis in dicotyledonous. In order to analyze the transcriptional program induced during the embryo patterning, reference cDNA libraries were constructed from globular, heart-shaped and early cotyledonary embryos which represent critical stages of embryogenesis. A substracted library from heart-shaped and cotyledonary embryos and enriched in transcripts from heart-shaped stage was also realized. A total of 23,800 clones was generated among which 4,118 were sequenced giving rise to 1,690 published EST. For in silico analysis, sequences from the reference libraries were coupled to EST from cDNA libraries prepared from unfertilized ovules and mid and late cotyledonary embryos. The global EST dataset represents 7,106 sequences and 3,064 potentially different genes. Functional annotation of the putative unique sequences allowed us to identify the major cell functions implicated at each stage of development revealing that embryos are engaged in active differentiation process. The EST collection analysis also led to the identification of some interesting genes such as putatively differentially expressed genes or genes with potential key roles in plant and animal embryogenesis such as Argonaute or Mago Nashi like genes. These libraries, grouped with other sunflower cDNA libraries prepared from different tissues, were used to construct a microarray containing 8,185 unique sequences. This microarray was hybridized with radiolabelled cDNA from globular, heart-shaped and cotyledonary embryos as well as unfertilized ovules and leaves used as external controls. The statistical analysis of microarray data allowed us to identify 744 differentially expressed genes between at least two conditions. The analysis of the expression profiles of those genes permitted us to build hypothesis concerning the mechanisms participating in early phases of sunflower embryogenesis. Specific transcriptional and post-transcriptional regulatory pathways as well as diverse signal transduction processes seem to be involved at each stage of this crucial phase of plant life cycle. Functional plastids biogenesis and senescence also appear to play essential roles for normal embryo development

Analyse du transcriptome lors de l'embryogenèse précoce chez le Tournesol

Chez les végétaux supérieurs, l’embryogenèse est une phase clé du développement au cours de laquelle l’embryon établit les principales structures qui formeront la future plante et synthétise et accumule des réserves définissant le rendement et la qualité nutritionnelle des graines. La compréhension des évènements moléculaires et physiologiques menant à la formation de la graine est donc d’un intérêt agronomique majeur. Le tournesol (Helianthus annuus L.), qui présente une inflorescence portant des embryons de taille relativement grande et dont le développement est synchronisé et un génome maintenant bien caractérisé, constitue un bon système expérimental pour l’étude de l’embryogenèse zygotique chez les dicotylédones. Afin de caractériser le transcriptome au cours de l’embryogenèse précoce chez le tournesol, des banques d’ADNc de référence ont été construites à partir d’embryons au stade globulaire, coeur et cotylédonaire qui constituent des stades clé du développement. Une banque d’ADNc de type SSH (Suppressive Substractive Hybridization) comparant les transcrits d’embryons aux stades coeur et cotylédonaire et enrichie en gènes préférentiellement exprimés au stade coeur a également été réalisée. Au total, 23 800 clones ont été générés dont 4 118 ont été séquencés et 1 690 séquences EST publiées (numéro d’accession : AJ827751-AJ829440). Au cours d’analyses in silico, les séquences obtenues au sein de notre laboratoire à partir des banques de référence ont été couplées à d’autres données EST issues de banques d’ADNc produites à partir d’ovules non fécondés (HadevR7) ou d’embryons cotylédonaires à des stades plus tardifs (HaDevR5 et HaDevR6) réalisées dans le cadre du programme Génoplante. L’ensemble des séquences analysées représente un total de 7 106 EST et un unigène de 3064 séquences (Ben et al., 2005). La caractérisation fonctionnelle des séquences uniques de chacune des banques d’ADNc a permis d’avoir une vue globale des fonctions cellulaires impliquées à chaque stade de développement et de leur importance relative. Les profils fonctionnels, très similaires pour chacun des stades de développement étudiés, ont montré que les embryons zygotiques sont engagés dans des processus de différenciation et présentent une activité cellulaire très élevée. Des analyses de northerns virtuels ont révélé des gènes différentiellement exprimés entre les différentes conditions. Des séquences montrant de fortes similarités avec des gènes jouant des rôles clés dans l’embryogenèse animale ou végétale ont également pu être identifiées comme, par exemple, le gène MAGO NASHI participant à l’élaboration des axes embryonnaires chez la Drosophile et dont la caractérisation moléculaire et fonctionnelle chez le tournesol a été entreprise au laboratoire. Par la suite, ces banques d’ADNc, associées à d’autres banques d’ADNc préparées à partir de tissus d’origines très diverses, ont été utilisées pour construire un microarray sur membrane nylon comptant 8 185 séquences uniques. Ce microarray a été hybridé avec des ADNc issus d’embryons dans les trois stades de développement d’intérêt (globulaire, coeur et cotylédonaire) ainsi que des ADNc préparés à partir d’ovules non fécondés et de feuilles, ces derniers échantillons représentant respectivement un témoin de tissus reproducteurs non fécondés et un témoin de tissus somatiques. L’analyse statistique des résultats de ces expériences, réalisée en pratiquant deux anovas interconnectées, a révélé 744 gènes différentiellement exprimés entre aux moins deux conditions. Une analyse plus fine, effectuée après avoir défini 4 contrastes particulièrement intéressants (embryons globulaires vs embryons coeur, embryons précoces (globulaire et coeur) vs embryons cotylédonaires, embryons (globulaire, coeur et cotylédonaire) vs ovules non fécondés et tissus reproductifs (embryons et ovules) vs feuille), a mis en évidence de 106 gènes différentiellement exprimés entre les embryons et les ovules jusqu’à 437 entre les feuilles et l’ensemble des tissus reproducteurs. L’étude du profil d’expression de ces gènes nous a permis de dégager des hypothèses sur les mécanismes induits au cours des phases précoces de l’embryogenèse chez les plantes impliquant notamment une régulation transcriptionnelle et post-transcriptionnelle fine et spécifique à chacun des stades de développement et diverses voies de transduction du signal. La biogenèse de plastes fonctionnels ainsi que la sénescence semble également jouer un rôle essentiel dans le déroulement normal de l’embryogenèse

Analyse par les approches de la génomique fonctionnelle de l'induction de la polarité embryonnaire chez le tournesol

L'embryogenèse dicotylédone débute par une division asymétrique qui est à l'origine du suspenseur et de l'embryon. Les méthodes classiques de mutagenèse mises en oeuvre pour élucider les mécanismes de ce processus développemental ne sont pas adaptées pour mettre en évidence les mécanismes d'acquisition de la polarité embryonnaire à l'origine de cette division asymétrique. L'embryogenèse somatique est reconnue comme un modèle d'étude de l'embryogenèse zygotique chez les végétaux supérieurs. Notamment, le modèle d'embryogenèse somatique in vitro du tournesol a été proposé comme modèle d'étude de la première division du zygote. Dans ce modèle, un protoplaste de tournesol mis en culture enrobé dans une matrice d'agarose (condition embryogène) se divise asymétriquement donnant une structure appelée embryoïde alors que lorsqu'il est mis en culture en milieu liquide (condition non-embryogène), il se divise de façon symétrique pour donner un tissu somatique. Nous avons construit des banques d'ADNc à partir de la culture de protoplastes en conditions embryogènes et non-embryogènes. Une banque de référence et une banque enrichie en gènes faiblement exprimés ont été construites pour chacune de ces conditions, générant un total de 22 876 clones d'ADNc dont 4 800 ont été séquencés. L'analyse de ces banques nous a permis d'effectuer une première caractérisation du transcriptome des protoplastes en culture en conditions embryogènes et non-embryogènes. Ces banques ont par la suite permis la construction de microarrays sur nylon. Les puces à ADN ont été hybridées avec des ADNc issus des deux conditions étudiés (protoplastes en culture en conditions embryogènes et en culture en conditions non-embryogènes), ainsi qu'avec des ADNc issus de protoplastes fraîchement isolés et de protoplastes fraîchement inclus. L'analyse des microarrays nous a permis d'identifier 369 gènes différentiellement exprimés entre au moins deux conditions. L'analyse du profil d'expression de ces gènes nous a permis de dégager des hypothèses sur les mécanismes d'induction de la polarité embryonnaire faisant intervenir l'hormone auxine, un signal calcique et la sécrétion de composés pariétaux. ABSTRACT : Dicot embryogenesis begins with an asymmetrical division giving rise to the suspensor and the embryo. Analysis of this developmental stage is classically based on mutantagenesis approaches. However, these methods are not adapted to reveal the mechanisms of the embryo polarity acquisition. Somatic embryogenesis is a recognized model for studying zygotic embryogenesis in higher plants. In particular, in vitro somatic embryogenesis of sunflower has been proposed as a model for studying the first division of the zygot. In this model, an isolated sunflower protoplast divides asymmetrically when cultured embedded in an agarose matrix (embryogenic condition) and evolves into an embryoid structure whereas, when cultured in liquid medium (non-embryogenic condition), it divides symmetrically and form a callus. cDNA libraries where constructed from protoplasts cultured in embryogenic and non-embryogenic conditions. A standard and an enriched libraries were constructed from protoplasts in each condition. A total of 22,876 cDNA clones were obtained and 4,800 ESTs were sequenced. The analysis of these libraries allowed us to characterize the protoplast transcriptome under both culture conditions. These libraries were used to build a nylon cDNA microarray. The microarrays were hybridized with cDNAs from both studied conditions (protoplasts cultured in embryogenic and non-embryogenic conditions), as well as with cDNAs from protoplasts freshly isolated and from protoplasts freshly embedded. The microarray analysis allowed us to identify 369 differentially expressed genes between at least two conditions. The analysis of the expression profile of those genes permitted us to build an hypothetical mechanism of the embryo polarity induction. Calcium, auxin and the secretion of cell wall components are likely to be involved in this process

Deciphering Arabidopsis thaliana gene neighborhoods through bibliographic co-citations

International audienceIn the framework of genome annotation, scientific literature is obviously the major source of biological knowledge. The aim of the work described in this paper is to exploit this source of data for the model plant Arabidopsis thaliana. The first step has consisted in constituting a relevant bibliographic references dataset for plant genomic research. Genes co-citations have then been systematically annotated in this reference dataset, starting from the simple idea that if genes are cited in the same publication, they must probably share some related functional properties. In order to deal with the synonymous gene name problem; a gene name reference list has been constituted starting from A. thaliana SwissProt entries. This list was used to build clusters of co-cited genes by a single linkage procedure such that any gene in a given cluster possesses at least one co-cited partner in the same cluster. Analysis of the clusters demonstrate the biological consistency of this approach, with only very few fortuitous links. As an example, a cluster including genes related to flowering time is more deeply described in the paper. Finally, a graphical representation of each cluster was performed, which provides a convenient way to retrieve the genes (the nodes of the graphs) and the references in which they were co-cited (the edges of the graphs). All the results can be accessed at the URL

Using MapReduce Streaming for Distributed Life Simulation on the Cloud

Distributed software simulations are indispensable in the study of large-scale life models but often require the use of technically complex lower-level distributed computing frameworks, such as MPI. We propose to overcome the complexity challenge by applying the emerging MapReduce (MR) model to distributed life simulations and by running such simulations on the cloud. Technically, we design optimized MR streaming algorithms for discrete and continuous versions of Conway’s life according to a general MR streaming pattern. We chose life because it is simple enough as a testbed for MR’s applicability to a-life simulations and general enough to make our results applicable to various lattice-based a-life models. We implement and empirically evaluate our algorithms’ performance on Amazon’s Elastic MR cloud. Our experiments demonstrate that a single MR optimization technique called strip partitioning can reduce the execution time of continuous life simulations by 64%. To the best of our knowledge, we are the first to propose and evaluate MR streaming algorithms for lattice-based simulations. Our algorithms can serve as prototypes in the development of novel MR simulation algorithms for large-scale lattice-based a-life models.https://digitalcommons.chapman.edu/scs_books/1014/thumbnail.jp

A Holmes and Doyle Bibliography, Volume 9: All Formats—Combined Alphabetical Listing

This bibliography is a work in progress. It attempts to update Ronald B. De Waal’s comprehensive bibliography, The Universal Sherlock Holmes, but does not claim to be exhaustive in content. New works are continually discovered and added to this bibliography. Readers and researchers are invited to suggest additional content. This volume contains all listings in all formats, arranged alphabetically by author or main entry. In other words, it combines the listings from Volume 1 (Monograph and Serial Titles), Volume 3 (Periodical Articles), and Volume 7 (Audio/Visual Materials) into a comprehensive bibliography. (There may be additional materials included in this list, e.g. duplicate items and items not yet fully edited.) As in the other volumes, coverage of this material begins around 1994, the final year covered by De Waal's bibliography, but may not yet be totally up-to-date (given the ongoing nature of this bibliography). It is hoped that other titles will be added at a later date. At present, this bibliography includes 12,594 items

A Holmes and Doyle Bibliography, Volume 5: Periodical Articles--Secondary References, Alphabetical Listing

This bibliography is a work in progress. It attempts to update Ronald B. De Waal’s comprehensive bibliography, The Universal Sherlock Holmes, but does not claim to be exhaustive in content. New works are continually discovered and added to this bibliography. Readers and researchers are invited to suggest additional content. Volume 5 includes "passing" or "secondary" references, i.e. those entries that are passing in nature or contain very brief information or content

A Holmes and Doyle Bibliography, Volume 6: Periodical Articles, Subject Listing, By De Waal Category

This bibliography is a work in progress. It attempts to update Ronald B. De Waal’s comprehensive bibliography, The Universal Sherlock Holmes, but does not claim to be exhaustive in content. New works are continually discovered and added to this bibliography. Readers and researchers are invited to suggest additional content. Volume 6 presents the periodical literature arranged by subject categories (as originally devised for the De Waal bibliography and slightly modified here)