Les activités du pôle thématique SCSM « Structures Cellulaires, Signalisation et Morphogénèse » sont centrées sur la cellule végétale et son rôle dans la croissance et le développement végétatif des plantes supérieures. Les équipes du pôle SCSM travaillent sur des modèles biologiques tels que Arabidopsis thaliana et Brachypodium distachyon, ainsi que chez des espèces d’intérêt agronomique et/ou industriel comme le pois, le cotonnier et le maïs. Outre les approches de génétique et de génomique fonctionnelle qui sont largement partagées avec les autres pôles, les équipes mobilisent une grande variété de disciplines et de compétences : imagerie et microscopie dynamique, biochimie, biologie structurale, chimie analytique et de synthèse, biophysique, systèmes biomimétiques, modélisation. Les finalités de nos travaux sont l’amélioration de l’adéquation entre les ressources végétales et leurs utilisations. Ceci inclut l’amélioration de l’architecture de la plante ainsi que l’amélioration de la composition de la biomasse et de son aptitude aux transformations industrielles. Un effort particulier vise des applications dans le domaine de la bioénergie, des fibres végétales et de la chimie verte.

Equipes :

Groupe « Paroi »

L’équipe « Paroi primaire » étudie la biosynthèse de la paroi dans les cellules en croissance avec un intérêt particulier pour la synthèse de cellulose, le métabolisme des pectines et la coordination entre le métabolisme des composants pariétaux et la croissance. L’équipe utilise les modèles Arabidopsis thaliana et Brachypodium distachyon ainsi que l'espèce Zea mays (maïs), modèle d'intérêt agronomique.

L’équipe « Paroi secondaire » étudie essentiellement la lignification, de la biosynthèse des précurseurs, les monolignols, dans le cytoplasme avec leur transport et leur polymérisation dans la paroi. Elle utilise les modèles Arabidopsis thaliana et Brachypodium distachyon. Elle est responsable de la constitution d’une collection de mutants par mutagénèse chimique chez brachypodium, dédiée à la génétique réverse par "tilling".

L’équipe « Lignines et tannins, structures, assemblages et valorisation » étudie la structure des lignines natives, industrielles ou de synthèse par des méthodes de chimie analytique (dégradation, chromatographie liquide-spectrométrie de masse LC-MS). Elle s'intéresse également aux mécanismes chimiques liés à leur biosynthèse ainsi qu'aux spécificités de structures induites par leur provenance végétale. Elle recherche les gènes impliqués dans leur biosynthèse sur le modèle maïs. D’autre part, elle étudie leurs propriétés d’assemblage avec les autres polymères pariétaux et les possibilités de valorisation dans le domaine des biomatériaux, soit comme agents d’hydrophobation de surface (hydrophobation de films d'amidon) soit en les fonctionnalisant de façon physico-chimique ou biocatalytique afin d’en modifier les propriétés d’usage.

Groupe « Bases cellulaires de la morphogénèse »

L’équipe « Biologie cellulaire et régénération » s’intéresse au contrôle des techniques de régénération par organogénèse ou embryogenèse somatique ainsi qu’aux méthodes de transfert de gènes aux cellules végétales cultivées in vitro. Les objectifs concernent, soit des utilisations fondamentales (activité transitoire, "knock-out", ...), soit des études plus ciblées (résistance aux stress abiotiques, utilisation de la biomasse,...). Les espèces concernées sont deux plantes modèles : Arabidopsis thaliana et Brachypodium distachyon ainsi que deux espèces d’intérêt agronomique : le sorgho et le cotonnier. L’équipe est impliquée dans un projet qui a pour objectif de caractériser le profil transcriptome des cellules en cours de régénération. (organogenèse chez Arabidopsis thaliana et embryogenèse somatique chez le cotonnier).

L’équipe « Contrôle de la ramification des plantes » cherche à mieux comprendre les facteurs génétiques, moléculaires et physiologiques qui dirigent le démarrage d’un bourgeon axillaire ou son maintien à l’état de dormance. Nos études se basent sur une importante collection de mutants de pois affectés spécifiquement dans la ramification des tiges. Les mêmes gènes sont étudiés chez la mousse Physcomitrella patens pour mieux comprendre l’évolution de la fonction des strigolactones, hormones chez les plantes terrestres.

L’équipe « Différentiation et polarité cellulaire » étudie les mécanismes cellulaires du développement associé à l'acquisition de l'identité cellulaire au travers de deux modèles : les mutants tumoraux et l'ontogénèse du phloème. L'équipe étudie en particulier le rôle des acides gras sur la différenciation et la polarité cellulaire. Nous nous focalisons sur la biosynthèse, la compartimentation et le rôle des acides gras à très longues chaînes en général et des sphingolipides en particulier, mais aussi sur le rôle de la palmitoylation.

L’équipe « Contrôle spatial de la division cellulaire» à pour objectif de caractériser les activités cellulaires et les réseaux de régulation impliqués dans la mise en place des réseaux de cytosquelette qui se succèdent au cours du cycle cellulaire chez les plantes terrestres. L'équipe s'intéresse en particulier à l'entrée en mitose et à la détermination du site cortical de division. Elle cherche à clarifier les liens entre cytosquelette microtubulaire et cycle cellulaire, et à préciser le rôle de l'anneau de préprophase. Cette structure spécifique de l'appareil cytokinétique des plantes terrestres est impliquée dans la détermination prémitotique du plan de division. A partir d'approches génétique, biochimiques, cytologiques et bioinformatiques, l'équipe a mis en évidence un vaste complexe protéique régulateur, dont le recrutement au cytosquelette et l'activité à la transition G2/M sont nécessaires pour le positionnement du plan de division. Les études sont conduites de façon parallèle chez les espèces modèles Arabidopsis thaliana et la mousse Physcomitrella patens.

L’équipe « Facteurs de transcription et architecture » s’intéresse aux mécanismes de contrôle de la morphogenèse de la partie arienne des plantes et à leur évolution. Pour cela, nous étudions la fonction de deux familles de facteurs de transcription (les protéines à homéodomaine de la famille TALE et les protéines NAM/CUC régulés par le microARN, miR164) lors du développement des méristèmes, feuilles et fleurs chez Arabidopsis et d’autres espèces.

Publications significatives :

Spinner et al. (2010). The function of TONNEAU1 in moss reveals an ancient mechanism of division plane specification in land plants. Development (in press)

Roudier F., Gissot L, Beaudoin F, Haslam R, Michaelson, L., Marion, J, Molino D, Lima A, Bach L., Morin H, Tellier F, Palauqui JC, Bellec Y, Da Costa M, Vignard J, Rochat C, Markham J., Moreau P, Napier J and Faure JD (2010). Very-long chain fatty acids are involved in polar auxin transport and cell patterning in Arabidopsis. Plant Cell, 22 (2) : 364-375. (pubmed)

The international Brachypodium initiative (2010). Genome sequencing and analysis of the model grass Brachypodium distachyon. Nature, 463 :763-768. (pubmed)

Brewer PB, Dun EA, Ferguson BJ, Rameau C, Beveridge CA (2009). Strigolactone acts Downstream of Auxin to Regulate Bud Outgrowth in Pea and Arabidopsis. Plant Physiol, 150 : 482-493. (pubmed)

Crowell EF, Bischoff V, Desprez T, Rolland A, Stierhof YD, Schumacher K, Gonneau M, Hofte H and Vernhettes S (2009). Pausing of Golgi bodies on microtubules regulates secretion of cellulose synthase complexes in Arabidopsis. Plant Cell, 21 : 1141-1154. (pubmed)

Melser S, B. Batailler M, Peypelut C, Poujol Y, Bellec V, Wattelet-Boyer L, Maneta-Peyret, Faure JD and Moreau P (2009). Glucosylceramide Biosynthesis is Involved in Golgi Morphology and Protein Secretion in Plant Cells.Traffic (pubmed)

Ruel K, Berrio-Sierra J, Pollet B, Thévenin J, Lapierre C, Jouanin L, Joseleau JP (2009). Impact of CCR1-silencing on the asembly of lignified secondary walls in Arabidopsis thaliana. New Phytol, 184 : 99-113. (pubmed)

Azimzadeh et al. (2008). Arabidopsis TONNEAU1 Proteins Are Essential for Preprophase Band Formation and Interact with Centrin. Plant Cell 20 : 2146-2159. (pubmed)

Bach L, Michaelson, R Haslam, Y Bellec, L Gissot, J Marion, M Da Costa, J P Boutin, M Miquel, F Tellier, F Domergue J E.Markham F, Beaudoin J, Napier A and Faure JD (2008). The very-long-chain hydroxy fatty acyl-CoA dehydratase PASTICCINO2 is essential and limiting for plant development. PNAS, 105 (38) : 14727-14731. (pubmed)

Blein T, Pulido A, Vialette-Guiraud A, Nikovics K, Morin H, Hay A, Johansen IE, Tsiantis M, and Laufs P (2008). A conserved molecular framework for compound leaf development. Science 322 : 1835-1839. (pubmed)

Eudes A, Mouille G, Thevenin J, Minic Z, Jouanin L (2008). Purification, cloning and functional characterization of an endogenous beta-glucosidase in Arabidopsis thaliana. Plant Cell Physiol, 49 : 1331-1341. (pubmed)

Es-Safi NE, Meudec E, Bouchut C, Fulcrand H, Ducrot PH, Herbette G, Cheynier V (2008). New compounds obtained by evolution and oxidation of malvidin 3-O-glucoside in ethanolic medium. J Agric Food Chem, 56: 4584-4591. (pubmed)

Ghidouche S, Es-Safi NE, Ducrot PH (2008). Mechanistic study on the enzymatic oxidation of flavonols. Tetrahedron Lett, 49 : 619-623.

Gomez-Roldan V, Fermas S, Brewer PB, Puech-Pagès V, Dun EA, Pillot JP, Letisse F, Matusova R, Danoun S, Portais J-C, Bouwmeester H, Bécard G, Beveridge CA, Rameau C, Rochange SF (2008). Strigolactone inhibition of shoot branching. Nature, 455 : 189-194. (pubmed)

Marion, J., L. Bach, Y. Bellec, C. Meyer, L. Gissot and J. D. Faure (2008). Systematic analysis of protein subcellular localization and interaction using high-throughput transient transformation of Arabidopsis seedlings. Plant J, 56 (1) : 169-79. (pubmed)

Mir Derikvand M, Berrio-Sierra J, Ruel K, Pollet B, Do C-T, Thévenin J, Buffard D, Jouanin L and Lapierre C (2008) Redirection of the phenylpropanoid pathway to feroloyl malate in Arabidopsis mutants deficient for cinnamoyl-CoA reductase 1. Planta, 227 : 943-956. (pubmed)

Peaucelle A, Louvet R, Johansen JN, Hofte H, Laufs P, Pelloux J and Mouille G (2008). Arabidopsis phyllotaxis is controlled by the methyl-esterification status of cell-wall pectins. Current Biol, 18 : 1943-1948. (pubmed)

Ragni L, Belles-Boix E, Gunl M, and Pautot V (2008). Interaction of KNAT6 and KNAT2 with BREVIPEDICELLUS and PENNYWISE in Arabidopsis Inflorescences. Plant Cell 20 : 888-900. (pubmed)

Ralph J, Kim H, Lu F, Grabber JH, Leple J-C, Berrio-Sierra J, Mir Derikvand M, Jouanin L, Boerjan W and Lapierre C (2008). Identification of the structure and origin of a thioacidolysis marker compound for ferulic acid incorporation into angiosperm lignins (and an indicator for cinnamoyl CoA reductase deficiency). Plant J, 53 : 368-379. (pubmed)

Truernit E, Bauby H, Dubreucq B, Grandjean O, Runions J, Barthelemy J, and Palauqui JC (2008). High-resolution whole-mount imaging of three-dimensional tissue organization and gene expression enables the study of Phloem development and structure in Arabidopsis. Plant Cell, 20 : 1494-1503. (pubmed)

Baumberger S, Abaecherli A, Fasching M, Gellerstedt G, Gosselink R, Hortling B, Li J, Saake B, de Jong E, (2007). Molar mass determination of lignins by size-exclusion chromatography: towards standardisation of the method. Holzforschung, 61, 459-468.

Desprez T, Juraniec M, Crowell E, Jouy H, Pochylova Z, Parcy F, Höfte H, Gonneau M and Vernhettes S. (2007). Organization of cellulose synthase complexes involved in primary cell wall synthesis in Arabidopsis thaliana. PNAS, 104 : 15572-7. (pubmed)

Guillaumie S, San-Clemente H, Deswarte C, Martinez Y, Lapierre C, Murigneux A, Barriere Y, Pichon M, Goffner D (2007). MAIZEWALL. Database and developmental gene expression profiling of cell wall biosynthesis and assembly in maize. Plant Physiol, 143, 339-363. (pubmed)

Belles-Boix, E, Hamant, O, Witiak S. M, Morin, H, Traas J and Pautot V (2006). KNAT6: An Arabidopsis Homeobox Gene Involved in Meristem Activity and Organ Separation. Plant Cell, 130, 657-665. (pubmed)

Bouche, N., Lauressergues, D., Gasciolli, V., and Vaucheret, H.(2006). An antagonistic function for Arabidopsis DCL2 in development and a new function for DCL4 in generating viral siRNAs. Embo J, 25 (14) : 3347-3356. (pubmed)

Johnson X, Brcich T, Dun E, Goussot M, Haurogné K, Beveridge CA and Rameau C (2006). Branching genes are conserved across species: genes controlling a novel signal in pea are co-regulated by other long-distance signals. Plant Physiol, 142 : 1014-1026. (pubmed)

Pastuglia M, Azimzadeh J, Goussot M, Camilleri C, Belcram K, Evrard JL, Schmit AC, Guerche P and Bouchez D (2006). Gamma-tubulin is essential for microtubule organization and development in Arabidopsis. Plant Cell, 18: 1412-1425. (pubmed)