Gravity Research on Plants: Use of Single-Cell Experimental Models

Future space missions and implementation of permanent bases on Moon and Mars will greatly depend on the availability of ambient air and sustainable food supply. Therefore, understanding the effects of altered gravity conditions on plant metabolism and growth is vital for space missions and extra-terrestrial human existence. In this mini-review we summarize how plant cells are thought to perceive changes in magnitude and orientation of the gravity vector. The particular advantages of several single-celled model systems for gravity research are explored and an overview over recent advancements and potential use of these systems is provided

Cell wall composition regulates cell shape and growth behaviour in pollen tubes

L’une des particularités fondamentales caractérisant les cellules végétales des cellules animales est la présence de la paroi cellulaire entourant le protoplaste. La paroi cellulaire joue un rôle primordial dans (1) la protection du protoplaste, (2) est impliquée dans les mécanismes de filtration et (3) est le lieu de maintes réactions biochimiques nécessaires à la régulation du métabolisme et des propriétés mécaniques de la cellule. Les propriétés locales d’élasticité, d’extensibilité, de plasticité et de dureté des composants pariétaux déterminent la géométrie et la forme des cellules lors des processus de différentiation et de morphogenèse. Le but de ma thèse est de comprendre les rôles que jouent les différents composants pariétaux dans le modelage de la géométrie et le contrôle de la croissance des cellules végétales. Pour atteindre cet objectif, le modèle cellulaire sur lequel je me suis basé est le tube pollinique ou gamétophyte mâle. Le tube pollinique est une protubérance cellulaire qui se forme à partir du grain de pollen à la suite de son contact avec le stigmate. Sa fonction est la livraison des cellules spermatiques à l’ovaire pour effectuer la double fécondation. Le tube pollinique est une cellule à croissance apicale, caractérisée par la simple composition de sa paroi et par sa vitesse de croissance qui est la plus rapide du règne végétal. Ces propriétés uniques font du tube pollinique le modèle idéal pour l’étude des effets à courts termes du stress sur la croissance et le métabolisme cellulaire ainsi que sur les propriétés mécaniques de la paroi. La paroi du tube pollinique est composée de trois composantes polysaccharidiques : pectines, cellulose et callose et d’une multitude de protéines. Pour comprendre les effets que jouent ces différents composants dans la régulation de la croissance du tube pollinique, j’ai étudié les effets de mutations, de traitements enzymatiques, de l’hyper-gravité et de la gravité omni-directionnelle sur la paroi du tube pollinique. En utilisant des méthodes de modélisation mathématiques combinées à de la biologie moléculaire et de la microscopie à fluorescence et électronique à haute résolution, j’ai montré que (1) la régulation de la chimie des pectines est primordiale pour le contrôle du taux de croissance et de la forme du tube et que (2) la cellulose détermine le diamètre du tube pollinique en partie sub-apicale. De plus, j’ai examiné le rôle d’un groupe d’enzymes digestives de pectines exprimées durant le développement du tube pollinique : les pectate lyases. J’ai montré que ces enzymes sont requises lors de l’initiation de la germination du pollen. J’ai notamment directement prouvé que les pectate lyases sont sécrétées par le tube pollinique dans le but de faciliter sa pénétration au travers du style.One of the most important features characterizing plant cells and differentiating them from animal cells is the cell wall that surrounds them. The cell wall plays a critical role in providing protection to the protoplast; it acts as a filtering mechanism and is the location of many biochemical reactions implicated in the regulation of the cell metabolism and the mechanical properties of the cell. The local stiffness, extensibility, plasticity and elasticity of the different cell wall components determine the shape and geometry of the cell during differentiation and morphogenesis. The goal of my thesis is to understand the role played by the different cell wall components in shaping the plant cell and controlling its growth behaviour. To achieve this goal, I studied the pollen tube, or male gametophyte, as a cellular model system. The pollen tube is a cellular protuberance formed by the pollen grain upon its contact with the stigma. Its main purpose is to deliver the sperm cells to the female gametophyte to ensure double fertilization. The pollen tube is a tip-growing cell characterized by its simple cell wall composition and by the fact that it is the fastest growing cell of the plant kingdom. This makes it the ideal model to study the effects of drugs, mutations or stresses on cellular growth behaviour, metabolism and cell wall mechanics. The pollen tube cell wall consists mainly of proteins and three major polysaccharidic components: pectins, cellulose and callose. To understand the role played by these components in regulating pollen tube growth, I investigated the effects of mutations, enzymatic treatments, hyper-gravity and omni-directional gravity on the pollen tube cell wall. Using mathematical modeling combined with molecular biology and high-resolution electron and fluorescent microscopy I was able to show that the regulation of pectin chemistry is required for the regulation of the growth rate and pollen tube shape and that cellulose is crucial for determining the pollen tube diameter in the sup-apical region. Moreover, I investigated the role of the pectate lyases, a group of pectin digesting enzymes expressed during pollen tube development, and I showed that this enzyme activity is required for the initiation of pollen germination. More importantly, I directly showed for the first time that the pollen tube secretes cell wall loosening enzymes to facilitate its penetration through the style

Evaluation de la composition chimique des résidus agricoles du Nord du Maroc : cas de résidus de fraise, de framboise, d’haricot, de pois chiche et de féverole

In northern Morocco, goats’ diet is based on forest pastures characterized by low availability of fodder supply. Substitution of conventional feed resources for livestock with widely available agricultural residues could be used in ruminant feed. However, this substitution requires prior knowledge of their nutrient intake. This work aims to evaluate the chemical composition of some of these agricultural residues available in the region. Samples of residues from red fruits (strawberries and raspberries) and legumes (faba beans, chickpeas, and beans) were collected. The studied parameters were dry matter, mineral matter, fibers (NDF “neutral detergent fiber”, ADF “acid detergent fiber” and ADL “lignin”) and secondary compounds (total phenols and condensed tannins). The results showed that all the parameters differed significantly according to the studied by-products (P<0.01). Strawberry residues had the highest water content compared to other by-products (67.5%). Mineral matter was lower in chickpea residues (6.6% DM) and higher in raspberry and bean by-products (10.5 and 9.4 % DM, respectively). The lowest fiber content (NDF, ADF and ADL) was found in raspberry residue (47.5, 29.6, 11.4 %DM, respectively). Strawberry residues had the highest concentration of secondary compounds (25.5 and 4.3%DM of total phenols and condensed tannins, respectively), while the lowest levels were observed in bean by-products (10.2 and 1.1%DM of total phenols and condensed tannins, respectively). In conclusion, the use of these agricultural residues seems to be a solution to diversify livestock feed and reduce feed costs.Au nord du Maroc, l'alimentation des caprins est basée sur les pâturages forestiers qui sont caractérisés par une faible disponibilité de l'offre fourragère. La substitution des ressources alimentaires conventionnelles pour le bétail par des résidus agricoles largement disponibles pourrait être utilisée dans l'alimentation des ruminants. Cependant, cette substitution nécessite préalablement la connaissance de leur apport nutritif. Ce travail vise à évaluer la composition chimique de certains de ces résidus agricoles disponibles dans la région. Des échantillons de résidus de fruits rouges (fraise et framboise) et de légumineuses (féverole, pois chiche et haricot) ont été collectés. Les paramètres étudiés étaient la matière sèche, la matière minérale, les fibres (NDF « fibres à détergeant neutre », ADF « fibres à détergeant acide » et ADL « la lignine ») et les composés secondaires (phénols totaux et tanins condensés). Les résultats ont montré que tous les paramètres différaient significativement selon les sous-produits étudiés (P<0,01). Les résidus de fraises avaient la teneur en eau la plus élevée par rapport aux autres sous-produits (67,5%). La matière minérale était plus faible dans les résidus de pois chiches (6,6%MS) et plus élevée dans les sous-produits de framboises et de haricots (10,5 et 9,4 % MS, respectivement). La plus faible teneur en fibres (NDF, ADF et ADL) a été obtenue dans les résidus de framboise (47,5, 29,6, 11,4 %MS, respectivement). Les résidus de fraises présentaient la concentration la plus élevée des composés secondaires (25,5 et 4,3%MS des phénols totaux et tannins condensés, respectivement), tandis que les teneurs les plus faibles ont été observées dans les sous-produits d'haricot (10,2 et 1,1%MS des phénols totaux et tannins condensés, respectivement). En conclusion, l'utilisation de ces résidus agricoles semble être une solution pour diversifier l'alimentation de bétail et réduire les coûts d'alimentation

La composition chimique des espèces pastorales broutées par les caprins au niveau d’un parcours forestier du Parc Naturel de Bouhachem

This work aims to study the chemical composition (concentrations of crude protein (CP), organic matter (OM), ethereal extract (EE), fibers, and condensed tannins (TC)) of 14 woody pastoral species, in addition to the herbaceous strata, available in forest rangeland of Bouhachem Natural Park (BNP). These selected plant species represent more than 95% of the diet selected by goats in forest pasture. According to the analyses, the OM supply remains stable throughout the year. The EE content is higher during the dry period of most pastoral species with an average of 50 g/kg DM. All studied species recorded above 54 g/kg DM of CP. The highest lignin levels were observed during the summer and autumn seasons with averages of 154 and 152 g/kg DM, respectively. Calicotome villosa and herbaceous plants are characterized by low TC contents that is stable throughout the year. For neutral detergent (NDF) and acid detergent (ADF) fibers, low levels were recorded during the spring with an average of 425 g/kg DM, except for Quercus suber, Myrtus communis, and Lavandula stoechas, which they recorded the highest levels during this season. These results will be used to assess the nutritional value of the diet selected by goats in the forest rangeland of BNP.Ce travail a pour objectif d’étudier la composition chimique (teneurs en protéines brutes (PB), matière organique (MO), extrait éthéré (EE), glucides pariétaux, et tannins condensés (TC)) de 14 espèces pastorales ligneuses, en plus de la strate herbacée, disponibles au niveau des parcours forestiers du Parc Naturel de Bouhachem (PNB). Ces espèces représentent plus de 95 % de la ration sélectionnée par les caprins sur parcours forestier. D’après les analyses de laboratoire, la teneur en MO reste plus ou moins stable durant toute l’année. La teneur en EE est plus élevée durant la période sèche chez la majorité des espèces pastorales avec une moyenne de 50 g/kg MS. Toutes les espèces étudiées ont des teneurs en PB supérieures à 54 g/kg MS. Les taux les plus élevés en lignines ont été observés durant les saisons d’été et d’automne avec des moyennes de 154 et de 152 g/kg MS, respectivement. Calicotome villosa et les herbacées sont caractérisées par des teneurs faibles en TC et plus ou moins stables durant toute l’année. Pour les fibres au détergent neutre (NDF) et au détergent acide (ADF), de faibles teneurs ont été enregistrées durant le printemps avec une moyenne de 425 g/kg MS, à l’exception de Quercus suber, Myrtus communis et Lavandula stoechas qui ont les taux les plus élevés durant cette saison. Ces résultats seront utilisés pour évaluer la valeur nutritive du régime alimentaire sélectionné par les caprins dans les pâturages forestiers du PNB

Energy balance of goats grazing in a mountainous forest rangeland of Northern Morocco

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Feeding behavior of local goats grazing in a north African forest pasture

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Using GPS Tracking Collars and Sensors to Monitor the Grazing Activity of Browsing Goats in Forest Rangeland

peer reviewedThe recent advancements in sensor technologies to monitor and record behavioral activities of livestock provide an accurate scope to extend the database and understand the animal behavior under actual grazing conditions. The aim of this work was to determine the seasonal variation in grazing activities of goats using the Global Positioning System (GPS) and leg sensor technologies. The study was conducted in the Southern Mediterranean forest pasture of Northern Morocco. Eight dairy alpine goats have been fitted with GPS tracking collars and tri-axial accelerometers over a 3-day period of each grazing season (spring, summer, and fall). Most of the behavioral activity of goats was dedicated to grazing (36 to 59%), followed by resting (22 to 30%) and walking without grazing (10 to 24%). During summer and fall, goats traveled longer distances compared to the spring. The combination of the two studied sensors provided useful data information to understand the behavioral activity of goat grazing in forest pasture

Potential use of some vegetables by-products as an alternative feed resource

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Valorization of some red berries by-products in ruminants' diet

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Chemical composition, digestibility and metabolizable energy of some legume's cultivation

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