Dynamique des corps lipidiques dans la graine d'Arabidopsis thaliana

Chez les végétaux, les lipides de réserve sont stockés dans des structures subcellulaires, les corps lipidiques (CL). Ces organelles quasi-sphériques sont constituées d'un coeur de triacylglyceérols (TAGs), entourés d'une monocouche de phospholipides (PLs) et sont produites à partir du réticulum endoplasmique avant d'être libérés dans le cytoplasme cellulaire. Les oléosines, dont il existe 5 isoformes graine spécifiques (S1 à S5) chez Arabidopsis thaliana, sont des protéines majeures du CL, insérées à la surface de sa demi-membrane. La dynamique du CL (chargement/déchargement en huile) est complexe et reste largement mal comprise. L'objectif de ce travail est de modéliser la formation et la dynamique des corps lipidiques dans la graine en développement de l'espèce Arabidopsis thaliana, afin de mieux appréhender les mécanismes responsables de la biogenèse et la dynamique des CLs. L utilisation de colorants des lipides neutres constituant les CLs, couplée à la microscopie confocale, a permis l obtention de piles d images de CLs d embryons à différents jours du développement, en contexte sauvage et en contexte déplétif pour une, deux ou trois oléosines (S1, S3 et S4). - Un pipeline de segmentation d'images a tout d abord été développé pour extraire différents estimateurs caractérisant la taille et la dispersion spatiale des corps lipidiques. Les estimateurs ont permis d'analyser l'évolution de la taille et de la dispersion spatiale des corps lipidiques en fonction du temps du développement, et de mettre en évidence la variabilité entre génotypes.- Ces données ont ensuite été analysées et étudiées statistiquement par des approches utilisant des modèles linéaires et des modèle quantile qui ont permis de conclure sur l'effet de chacune des oléosines étudiées, ainsi que celui de leurs interactions, sur la distribution des corps lipidiques.- Enfin, un modèle décrivant la dynamique de coalescence de la population des corps lipidiques a été proposé, simulé numériquement, puis comparé aux données expérimentales. Ce modèle a permis de tester différentes hypothèses de la dynamique de biogenèse et de croissance par coalescence du corps lipidique formalisées dans le modèle mathématique. Différents effets de la composition du corps lipidique en oléosines sur la vitesse de coalescence des corps lipidiques ont été mis en évidence. Les résultats de ces trois axes ont permis de proposer et discuter des rôles associés à chacune oléosine dans une perspective de compréhension des mécanismes mis en œuvre dans la dynamique du corps lipidique.In plants, lipid reserves are stored in subcellular structures called lipid bodies (LB). These virtually spherical organelles consist of a core of triacylglycerols (TAG), surrounded by a monolayer of phospholipids (PLs), are produced from the endoplasmic reticulum and then released into the cell cytoplasm. Oleosins, composed of five seed-specific isoforms (S1 to S5) in Arabidopsis thaliana, are major proteins of the LB, inserted on the surface of the half-membrane. The dynamics of LB (charging / uncharging oil) is complex and remains largely misunderstood. The objective of this work is to model the formation and dynamics of lipid bodies in the developing seed of Arabidopsis thaliana, to better understand the mechanisms responsible for the biogenesis and dynamics of LBs. The use of dyes staining neutral lipids constituting the LD, coupled with confocal microscopy, allowed obtaining image stacks of LB from embryos at different days of development, in a wild-type or depleted (mutant) context for one, two or three oleosins (S1, S3 and S4).- An image segmentation pipeline has been first developed, enabling extraction of various estimators for characterizing the size and spatial dispersion of the lipid bodies. Estimators were used to analyse the evolution of the size and spatial dispersion of lipid bodies as a function of stage of development, and to highlight the variability between genotypes.- These data were then processed and statistically analysed by approaches using linear as well as quantile model that concluded on the effect of each of oleosins investigated as well as their interactions on the distribution of lipid bodies.- Last, a model describing the coalescence dynamics of LB populations has been proposed, digitally simulated and compared to experimental data sets. This model was used to test various hypotheses on the dynamics of biogenesis and coalescence-based growth of lipid bodies as formalized according to the mathematical model. Several effects of oleosin composition on LB coalescence rate have been highlighted. The results of these three axes allowed to propose and discuss the roles associated with each oleosin in the broader perspective of understanding the mechanisms involved in the lipid bodies dynamics.PARIS11-SCD-Bib. électronique (914719901) / SudocSudocFranceF

Dynamique des corps lipidiques dans la graine d’Arabidopsis thaliana

In plants, lipid reserves are stored in subcellular structures called lipid bodies (LB). These virtually spherical organelles consist of a core of triacylglycerols (TAG), surrounded by a monolayer of phospholipids (PLs), are produced from the endoplasmic reticulum and then released into the cell cytoplasm. Oleosins, composed of five seed-specific isoforms (S1 to S5) in Arabidopsis thaliana, are major proteins of the LB, inserted on the surface of the half-membrane. The dynamics of LB (charging / uncharging oil) is complex and remains largely misunderstood. The objective of this work is to model the formation and dynamics of lipid bodies in the developing seed of Arabidopsis thaliana, to better understand the mechanisms responsible for the biogenesis and dynamics of LBs. The use of dyes staining neutral lipids constituting the LD, coupled with confocal microscopy, allowed obtaining image stacks of LB from embryos at different days of development, in a wild-type or depleted (mutant) context for one, two or three oleosins (S1, S3 and S4).- An image segmentation pipeline has been first developed, enabling extraction of various estimators for characterizing the size and spatial dispersion of the lipid bodies. Estimators were used to analyse the evolution of the size and spatial dispersion of lipid bodies as a function of stage of development, and to highlight the variability between genotypes.- These data were then processed and statistically analysed by approaches using linear as well as quantile model that concluded on the effect of each of oleosins investigated as well as their interactions on the distribution of lipid bodies.- Last, a model describing the coalescence dynamics of LB populations has been proposed, digitally simulated and compared to experimental data sets. This model was used to test various hypotheses on the dynamics of biogenesis and coalescence-based growth of lipid bodies as formalized according to the mathematical model. Several effects of oleosin composition on LB coalescence rate have been highlighted. The results of these three axes allowed to propose and discuss the roles associated with each oleosin in the broader perspective of understanding the mechanisms involved in the lipid bodies dynamics.Chez les végétaux, les lipides de réserve sont stockés dans des structures subcellulaires, les corps lipidiques (CL). Ces organelles quasi-sphériques sont constituées d'un coeur de triacylglyceérols (TAGs), entourés d'une monocouche de phospholipides (PLs) et sont produites à partir du réticulum endoplasmique avant d'être libérés dans le cytoplasme cellulaire. Les oléosines, dont il existe 5 isoformes graine spécifiques (S1 à S5) chez Arabidopsis thaliana, sont des protéines majeures du CL, insérées à la surface de sa demi-membrane. La dynamique du CL (chargement/déchargement en huile) est complexe et reste largement mal comprise. L'objectif de ce travail est de modéliser la formation et la dynamique des corps lipidiques dans la graine en développement de l'espèce Arabidopsis thaliana, afin de mieux appréhender les mécanismes responsables de la biogenèse et la dynamique des CLs. L’utilisation de colorants des lipides neutres constituant les CLs, couplée à la microscopie confocale, a permis l’obtention de piles d’images de CLs d’embryons à différents jours du développement, en contexte sauvage et en contexte déplétif pour une, deux ou trois oléosines (S1, S3 et S4). - Un pipeline de segmentation d'images a tout d’abord été développé pour extraire différents estimateurs caractérisant la taille et la dispersion spatiale des corps lipidiques. Les estimateurs ont permis d'analyser l'évolution de la taille et de la dispersion spatiale des corps lipidiques en fonction du temps du développement, et de mettre en évidence la variabilité entre génotypes.- Ces données ont ensuite été analysées et étudiées statistiquement par des approches utilisant des modèles linéaires et des modèle quantile qui ont permis de conclure sur l'effet de chacune des oléosines étudiées, ainsi que celui de leurs interactions, sur la distribution des corps lipidiques.- Enfin, un modèle décrivant la dynamique de coalescence de la population des corps lipidiques a été proposé, simulé numériquement, puis comparé aux données expérimentales. Ce modèle a permis de tester différentes hypothèses de la dynamique de biogenèse et de croissance par coalescence du corps lipidique formalisées dans le modèle mathématique. Différents effets de la composition du corps lipidique en oléosines sur la vitesse de coalescence des corps lipidiques ont été mis en évidence. Les résultats de ces trois axes ont permis de proposer et discuter des rôles associés à chacune oléosine dans une perspective de compréhension des mécanismes mis en œuvre dans la dynamique du corps lipidique

The dynamics of oil bodies in Arabidopsis thaliana seed

Chez les végétaux, les lipides de réserve sont stockés dans des structures subcellulaires, les corps lipidiques (CL). Ces organelles quasi-sphériques sont constituées d'un coeur de triacylglyceérols (TAGs), entourés d'une monocouche de phospholipides (PLs) et sont produites à partir du réticulum endoplasmique avant d'être libérés dans le cytoplasme cellulaire. Les oléosines, dont il existe 5 isoformes graine spécifiques (S1 à S5) chez Arabidopsis thaliana, sont des protéines majeures du CL, insérées à la surface de sa demi-membrane. La dynamique du CL (chargement/déchargement en huile) est complexe et reste largement mal comprise. L'objectif de ce travail est de modéliser la formation et la dynamique des corps lipidiques dans la graine en développement de l'espèce Arabidopsis thaliana, afin de mieux appréhender les mécanismes responsables de la biogenèse et la dynamique des CLs. L’utilisation de colorants des lipides neutres constituant les CLs, couplée à la microscopie confocale, a permis l’obtention de piles d’images de CLs d’embryons à différents jours du développement, en contexte sauvage et en contexte déplétif pour une, deux ou trois oléosines (S1, S3 et S4). - Un pipeline de segmentation d'images a tout d’abord été développé pour extraire différents estimateurs caractérisant la taille et la dispersion spatiale des corps lipidiques. Les estimateurs ont permis d'analyser l'évolution de la taille et de la dispersion spatiale des corps lipidiques en fonction du temps du développement, et de mettre en évidence la variabilité entre génotypes.- Ces données ont ensuite été analysées et étudiées statistiquement par des approches utilisant des modèles linéaires et des modèle quantile qui ont permis de conclure sur l'effet de chacune des oléosines étudiées, ainsi que celui de leurs interactions, sur la distribution des corps lipidiques.- Enfin, un modèle décrivant la dynamique de coalescence de la population des corps lipidiques a été proposé, simulé numériquement, puis comparé aux données expérimentales. Ce modèle a permis de tester différentes hypothèses de la dynamique de biogenèse et de croissance par coalescence du corps lipidique formalisées dans le modèle mathématique. Différents effets de la composition du corps lipidique en oléosines sur la vitesse de coalescence des corps lipidiques ont été mis en évidence. Les résultats de ces trois axes ont permis de proposer et discuter des rôles associés à chacune oléosine dans une perspective de compréhension des mécanismes mis en œuvre dans la dynamique du corps lipidique.In plants, lipid reserves are stored in subcellular structures called lipid bodies (LB). These virtually spherical organelles consist of a core of triacylglycerols (TAG), surrounded by a monolayer of phospholipids (PLs), are produced from the endoplasmic reticulum and then released into the cell cytoplasm. Oleosins, composed of five seed-specific isoforms (S1 to S5) in Arabidopsis thaliana, are major proteins of the LB, inserted on the surface of the half-membrane. The dynamics of LB (charging / uncharging oil) is complex and remains largely misunderstood. The objective of this work is to model the formation and dynamics of lipid bodies in the developing seed of Arabidopsis thaliana, to better understand the mechanisms responsible for the biogenesis and dynamics of LBs. The use of dyes staining neutral lipids constituting the LD, coupled with confocal microscopy, allowed obtaining image stacks of LB from embryos at different days of development, in a wild-type or depleted (mutant) context for one, two or three oleosins (S1, S3 and S4).- An image segmentation pipeline has been first developed, enabling extraction of various estimators for characterizing the size and spatial dispersion of the lipid bodies. Estimators were used to analyse the evolution of the size and spatial dispersion of lipid bodies as a function of stage of development, and to highlight the variability between genotypes.- These data were then processed and statistically analysed by approaches using linear as well as quantile model that concluded on the effect of each of oleosins investigated as well as their interactions on the distribution of lipid bodies.- Last, a model describing the coalescence dynamics of LB populations has been proposed, digitally simulated and compared to experimental data sets. This model was used to test various hypotheses on the dynamics of biogenesis and coalescence-based growth of lipid bodies as formalized according to the mathematical model. Several effects of oleosin composition on LB coalescence rate have been highlighted. The results of these three axes allowed to propose and discuss the roles associated with each oleosin in the broader perspective of understanding the mechanisms involved in the lipid bodies dynamics

Imaging and quantitative analysis of size and distribution of sperical bodies, [i]e.g[/i]. embryonic oil bodies

C'est article est un PROTOCOLEOil bodies (OBs) are seed-specific lipid storage organelles that allow the accumulation of neutral lipids that sustain plantlet development after the onset of germination. Using fluorescent dyes and confocal microscopy, we monitored the dynamics of OBs in living Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) embryos at different stages of development (Miquel et al., 2014). Image acquisition was followed by a detailed statistical analysis of OB size and distribution during seed development in the four dimensions (x, y, z, and t)

Analysis of factors affecting the growth of oil bodies in A. Thaliana seeds: use of ordinary least squares and quantile regression

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Analysis of factors affecting the growth of oil bodies in A. Thaliana seeds: use of ordinary least squares and quantile regression

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The dynamics of oil bodies in Arabidopsis thaliana seeds : a mathematical model of biogenesis and coalescence

The subcellular organelles called oil bodies (OBs) are lipid-filled quasi-spherical droplets produced from the endoplasmic reticulum (ER) and then released into the cytoplasm during seed development. It is believed that an OB grows by coalescence with other OBs and that its stability depends on the composition of oleosins, major proteins inserted in the hemi membrane that covers OBs. In this study, we measured the OB-volume distribution from different genotypes of A. thaliana after 7, 8, 9, 10 and 11 days of seed development. In order to test the hypothesis of OBs dynamics, we developed a simple mathematical model using non-linear differential equations inspired from the theory of coagulation. The model describes the evolution of OB-volume distribution during the first steps of seed development by taking into consideration the production of OBs, the increase of triacylglycerol volume to be stored, and the growth by coalescence of OBs. Fitted parameters values show an increase in the OB production and coalescence rates in A. thaliana oleosin mutants compared to wild type

The dynamics of oil bodies in A. thaliana seeds :A mathematical model of biogenesis and coalescence

The subcellular organelles called oil bodies (OBs) arelipid-filled quasi-spherical droplets produced from the endoplasmicreticulum (ER) and then released into the cytoplasm during seeddevelopment. It is believed that an OB grows by coalescence withother OBs and that its stability depends on the composition ofoleosins, major proteins inserted in the hemi membrane that coversOBs. In this study, we measured the OB-volume distribution fromdifferent genotypes of A. thaliana after 7, 8, 9, 10 and 11 days ofseed development. In order to test the hypothesis of OBs dynamics,we developed a simple mathematical model using non-linear differentialequations inspired from the theory of coagulation. The modeldescribes the evolution of OB-volume distribution during the firststeps of seed development by taking into consideration the productionof OBs, the increase of triacylglycerol volume to be stored, and thegrowth by coalescence of OBs. Fitted parameters values show anincrease in the OB production and coalescence rates in A. thalianaoleosin mutants compared to wild type

Specialization of Oleosins in Oil Body Dynamics during Seed Development in Arabidopsis Seeds

International audienceOil bodies (OBs) are seed-specific lipid storage organelles that allow the accumulation of neutral lipids that sustain plantlet development after the onset of germination. OBs are covered with specific proteins embedded in a single layer of phospholipids. Using fluorescent dyes and confocal microscopy, we monitored the dynamics of OBs in living Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) embryos at different stages of development. Analyses were carried out with different genotypes: the wild type and three mutants affected in the accumulation of various oleosins (OLE1, OLE2, and OLE4), three major OB proteins. Image acquisition was followed by a detailed statistical analysis of OB size and distribution during seed development in the four dimensions (x, y, z, and t). Our results indicate that OB size increases sharply during seed maturation, in part by OB fusion, and then decreases until the end of the maturation process. In single, double, and triple mutant backgrounds, the size and spatial distribution of OBs are modified, affecting in turn the total lipid content, which suggests that the oleosins studied have specific functions in the dynamics of lipid accumulation