Comment la forme des fruits est contrôlée chez les Brassicacées

1. Résumé du projet

Pour répondre aux besoins d’une population mondiale croissante, il nous faut développer des plantes plus productives et résilientes au changement climatique. Les progrès réalisés dans le domaine de l’édition de gènes présentent un potentiel énorme pour l’augmentation de rendement, par la modification de la croissance des plantes. La forme des organes végétaux est à la base de leur fonction, ce qui explique l’impressionnante diversité de leurs formes. Bien que les bases génétiques de l’organogenèse fassent l’objet de nombreuses études, notre compréhension du contrôle des forme et taille des organes par l’activité génétique est encore relativement limitée. Les progrès scientifiques récents montrent que la géométrie des organes émerge de l’interaction entre gènes, hormones et contraintes physiques. En effet, durant l’organogénèse, ces différents processus et contraintes doivent être coordonnés avec précision à de multiples échelles.

Les fleurs sont essentielles à la reproduction des plantes et fournissent un bon modèle de croissance des végétaux. Les organes floraux femelles (gynécées) chez l’espèce modèle Arabidopsis thaliana, ainsi chez d’autres espèces de la famille des Brassicacées, sont composés de deux carpelles formant des valves, soudés ensemble par le replum et surmontés du stigmate. Les patrons de croissance cellulaire menant à la morphologie finale du fruit sont très mal compris, car les gynécées en développement sont cachés dans le bourgeon floral.

Notre objectif principal est de découvrir les principes sous-jacents à l’organogenèse et leur régulation à l’origine de la diversité de formes des fruits chez les Brassicacées. Nous suggérons que les changements globaux dans la morphologie des fruits n’entraînent pas nécessairement de changements radicaux dans les processus de développement. Au lieu de cela, nous proposons que le changement de la forme des organes s’appuie sur des altérations locales et subtiles du développement commun, qui sont ensuite amplifiées pour produire la diversité.

Nos objectifs principaux sont les suivants :

1. Découvrir les patrons de développement conduisant à la forme complexe des fruits ;
2. Comparaison du développement des gynécées chez diverses espèces de Brassicaceae ;
3. Évaluation des rôles mécaniques des différents tissus au sein des gynécées ;
4. Création un modèle de croissance intégrant des facteurs mécaniques et biologiques.

Pour cela, nous utiliserons une approche interdisciplinaire combinant la microscopie, l’analyse d’images, la génétique et des simulations informatiques. Nous mesurerons la croissance des cellules individuelles et la distribution dynamique des marqueurs moléculaires dans les gynécées au cours de leur développement complet. En utilisant les données de microscopie comme modèle pour les simulations, nous calculerons les forces mécaniques dans les organes en développement. En comparant la croissance, l’expression des gènes et les niveaux d’hormone de croissance de cellules individuelles avec les forces physiques, nous élaborerons un modèle mathématique intégré de développement des fruits. Ce modèle aidera à comprendre comment la géométrie des organes est contrôlée par des mécanismes cellulaires et les arrangements tissulaires adjacents. Nous pensons que les connaissances acquises grâce à ce projet fourniront les fondations pour l’amélioration des cultures d’importance économique.