Contrôle mécanique du développement de graine d’Arabidopsis thaliana

Abstract

Plant morphogenesis is the result of biochemical and mechanical interactions between cells and tissues.The implications of mechanical signals in the control of cellular processes in plants is well characterized, but their contribution to organ shape acquisition remains to be elucidated. Arabidopsis seeds, whose growth depends on mechanical interactions between two genetically and physically distinct compartments, the endosperm and the seed coat, allowed me to study the contribution of mechanical forces to the control of plant organ shape. During my thesis, I have shown that seeds exhibit two distinct growth phases, an initial phase of anisotropic growth followed by a phase of isotropic growth, and that this growth pattern depends on the mechanical properties of the outer in tegument of the seed coat.Thanks to the development of new technics of in vitro culture of developing seeds, I have shown that aspecific population of cells in the outer in tegument controls the growth of the seed. Furthermore, I have demonstrated that mechanical signals control the anisotropic growth of these cells by organizing cortica microtubules so that cellulose can be deposited in the wallsof the adaxial epidermis of the seed coat according to shape-driven stresses. Finally, I have further shown that the transition from anisotropic toisotropic growth was due to the differentiation of the walls of another layer of the outer in tegument, the adaxial epidermis, which becomes load bearing but has isotropic material properties.La morphogenèse des plantes est le résultat d’interactions biochimiques mais également mécaniques entre cellules et tissus. Bien que l’implication des signaux mécaniques dans le contrôle de processus cellulaires végétaux soit connus, leur contribution dans le contrôle de la forme des organes reste à élucider. L’utilisation des graines d’Arabidopsis, dont la croissance dépend d’interactions mécaniques entre deux compartiments génétiquement et physiquement distincts : l’albumen et les téguments maternels, m’a permis d’étudier l’implication des contraintes mécaniques dans le contrôle de la forme des organes. Durant ma thèse, j’ai identifié que la croissance de la graine était découpée en deux phases : une phase anisotrope suivie d’une phase isotrope, et que ce patron de croissance dépendait des propriétés mécaniques du tégument externe. Grace au développement d’une technique de culture in vitro, permettant l’étude de la graine au cours du temps, j’ai mis en lumière l’existence d’une population de cellules du tégument externe dont le patron de croissance corrèle avec celui de l’organe. Par la suite, j’ai pu montrer que les signaux mécaniques contrôlaient la croissance anisotrope de ces cellules en influençant l’organisation des microtubules corticaux, qui eux même contrôlent la déposition de cellulose dans les parois de l’épiderme abaxial du tégument externe. J’ai enfin montré que la transition entre phase anisotrope et isotrope est liée à la différentiation d’une paroi d’une autre couche du tégument externe, l’épiderme adaxial, qui acquière à la fois des propriétés mécaniques isotropes, et le rôle de porteur de charge