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Mots-clés : Morphogenèse – Méristème apical caulinaire - Feuille- Domaine frontière - Facteurs de transcription - miARN- Evo-devo.

Ecole(s) doctorale(s) de rattachement : ED145 "Sciences du Végétal" Université Paris 11-Orsay

Contacts :

Institut Jean-Pierre Bourgin, UMR1318 INRA-AgroParisTech
Bâtiment 2
INRA Centre de Versailles-Grignon
Route de St-Cyr (RD10)
78026 Versailles Cedex France

tél : +33 (0)1 30 83 30 00 - fax : +33 (0)1 30 83 33 19


Responsable
Patrick Laufs

Directeur de Recherche

Catherine Perrot-Rechenmann
Directrice de Recherche CNRS

 

Magali Goussot
Assitante ingénieure




Léo Serra
Doctorant
du 1/10/15 au 30/9/18

 

 

Anciens membres
de l'équipe

Co-responsable
Véronique Pautot
Directrice de Recherche

Nicolas Arnaud
Chargé de recherche

 

Pierre Libeau
Assitant ingénieur CNRS

 

Bernard Adroher
Technicien

 

Manon Boudin
Doctorante
du 1/10/14 au 30/9/17

 

 

Résumé :

Les plantes présentent une grande variabilité de leur architecture qui résulte de l'activité de groupes de cellules pluripotentes appelés méristèmes. Le méristème apical caulinaire produit toute la partie aérienne de la plante, d’abord des feuilles et plus tard après la transition florale, des fleurs. Le fonctionnement des méristèmes est régulé par des réseaux complexes dans lesquels les facteurs de transcription jouent un rôle central.

Nous nous intéressons aux processus morphogénétiques qui se déroulent dans les méristèmes ou au cours des premières phases du développement des feuilles. Nous nous concentrons sur deux grandes familles de régulateurs méristématiques: les protéines à homéodomaines KNOTTED de classe I  (KNOX I) de type TALE (Three amino acid loop extension) et les facteurs de transcription NAM / CUC. Ces facteurs agissent de concert pendant la formation des méristèmes et des domaines frontières. Les domaines frontières sont des groupes de petites cellules, qui non seulement séparent différentes unités, mais semblent aussi avoir un rôle de premier plan en tant qu'organisateurs des domaines environnants. Notre objectif est de révéler la contribution de ces deux familles de facteurs de transcription pendant le développement de la plante. Nous intéressons également à l'évolution de ces gènes et au rôle qu’ils auraient pu jouer pendant la diversification de l'architecture des plantes. Enfin, nous étudions comment ces gènes sont intégrés dans des réseaux de régulation plus large.

 



Résultats marquants :
 
Rôles des gènes CUC au cours du développement de la feuille d'Arabidopsis

Nous avions montré précédemment que l'équilibre entre le gène CUC2 et son miARN régulateur, miR164 codé par le gène MIR164a contrôle le niveau de dentelure de la feuille d’Arabidopsis (Nikovics et al., 2006), révélant ainsi un nouveau rôle pour les gènes CUC en dehors du méristème. Nous avons également analysé le rôle des deux autres gènes CUC, CUC1 et CUC3 (Hasson, 2011). En particulier, nous avons montré que CUC1 ne contribue pas au développement de la feuille d'Arabidopsis et avons révélé une contribution spécifique du gène CUC3 après l’étape d’initiation de la dentelure. Cette étape d’initiation étant contrôlée par CUC2. Nous avons également retracé et discuté l'histoire évolutive des gènes CUC chez Arabidopsis montrant qu’après la duplication d'un gène ancestral, CUC1 et CUC2 ont évolué différemment et acquis des fonctions spécifiques.
http://www-ijpb.versailles.inra.fr/en/bc/equipes/Meristeme2/Fig5_Meristeme_small.jpg

    http://www-ijpb.versailles.inra.fr/en/bc/equipes/Meristeme2/LaufsScience.jpg

Rôles des gènes CUC dans les feuilles d’Angiospermes.

Pour prolonger notre travail initié chez Arabidopsis, nous avons analysé le rôle des gènes CUC au cours du développement de feuille composée dans une grande sélection d’Eudicots (Blein et al., 2008). Nous avons montré que les gènes CUC ont une expression conservée dans les frontières entre les ébauches de folioles et qu'ils ne sont pas seulement nécessaires pour la séparation des folioles, mais aussi pour la formation des folioles. Ces observations généralisent celles décrites pour Arabidopsis. Elles montrent également que les gènes CUC sont des "dissecteurs universels", agissant quel que soit le niveau de la dissection de la marge de la feuille

 

Rôle des gènes KNAT6 / 2 dans l’architecture de l’inflorescence.

Pour étudier le rôle de KNAT6 et KNAT2 dans l'inflorescence, nous avons étudié leur interaction génétique avec BREVIPEDICELLUS/KNAT1 (BP/KNAT1) et PENNYWISE (PNY) deux régulateurs de l’architecture de l’inflorescence. BP/KNAT1 joue un rôle primordial dans la croissance de l’inflorescence et PNY est nécessaire pour maintenir la phyllotaxie. Les protéines BP et PNY interagissent pour contrôler l’architecture de l’inflorescence. Les défauts de développement de l’entrenœud typiques de mutations dans BP sont en partie supprimés dans le double mutant bp knat6. De même, les défauts de phyllotaxie du mutant pny sont supprimés dans le double mutant  pny knat6 et sont attribuables majoritairement à la surexpression de KNAT6 et dans une moindre mesure de KNAT2 dans l’inflorescence. Nos données révèlent les interactions antagonistes de KNAT6 et KNAT2 avec BP et PNY dans l'inflorescence (Ragni 2008).


Rôle
des gènes KNAT6 / 2 dans abscission d'organes.

L’abscission des organes floraux comporte plusieurs étapes dont la différenciation de la zone d'abscission, la séparation des cellules et la différenciation d'une couche de protection après l'abscission d'organes. Ce processus fait intervenir des enzymes associées à la modification de la paroi des cellules telles que les PGs, EGases, pectine méthylestérases, pectate lyases, et expansines. En collaboration avec Melinka Butenko (Université d'Oslo, en Norvège, http://www.mn.uio.no/ibv/english/people/aca/melinka/), nous avons découvert que le double mutant knat2 knat6 présente une abscission des organes floraux retardée lorsqu'il est cultivé dans des conditions de haute intensité de lumière. Nous avons constaté que BP/KNAT1 régule le moment d’abscission florale en contrôlant la taille des cellules de la zone d’abscission via une régulation négative des gènes KNAT2 et KNAT6 (Shi 2011). Ce travail confirme l'antagonisme entre BP/KNAT1 et KNAT2 / 6 et le lien positif entre KNAT6 / 2 et l'activité enzymatique associée à des modifications de la paroi cellulaire.

Rôle des gènes KNAT6 / 2 dans la formation des fleurs.

Les recherches actuelles portent sur l'interaction des gènes KNAT6 / 2 avec ATH1, un autre gène codant pour une protéine de type TALE, et BOP1 / BOP2, deux corégulateurs de la transcription de type BTB-ankryin, et leur rôle dans la formation des fleurs. Ce travail est réalisé en collaboration avec les groupes de Shelley Hepworth (University of British Columbia, Vancouver, Canada) et de Marcel Proveniers (Université d'Utrecht, Pays-Bas)

 

Construction de nouveaux outils.

Afin de permettre l'expression inductible de gènes dans des domaines spécifiques, nous avons développé un ensemble de lignés inductibles exprimant la GFP dans différents sous-domaines du méristème (Deveaux et al., 2003). Ceci est basé sur le système éthanol-inductible que nous avions précédemment utilisé pour disséquer les fonctions d'UFO pendant la floraison et pour analyser la fonction de miR164 (Laufs et al., 2003, 2004).

ystème éthnaol-inductible

 


Publications représentatives :

Biot E, Cortizo M, Burguet J, Kiss A, Oughou M, Maugarny-Cales A, Goncalves B, Adroher B, Andrey P, Boudaoud A, Laufs P (2016) Multiscale quantification of morphodynamics: MorphoLeaf, software for 2-D shape analysis. Development (PubMed) communiqué de presse INRA

Maugarny-Cales A, Goncalves B, Jouannic S, Melkonian M, Wong GK, Laufs P (2016) Apparition of the NAC transcription factors predates the emergence of land plants. Molecular Plant 9(9):1345-8 (PubMed)

Michalko J, Glanc M, Perrot-Rechenmann C, Friml J (2016) Strong morphological defects in conditional Arabidopsis abp1 knock-down mutants generated in absence of functional ABP1 protein. F1000Research 5: 86 (PubMed)

Maugarny A, Goncalves B, Arnaud N, Laufs P (2015) CUC Transcription Factors: To the Meristem and Beyond. In DH Gonzalez, ed, Plant Transcription factors. Academic Press (Link)

Hepworth SR, Pautot VA (2015) Beyond the Divide: Boundaries for Patterning and Stem Cell Regulation in Plants. Frontiers in plant science 6: 1052 (PubMed)

Goncalves B, Hasson A, Belcram K, Cortizo M, Morin H, Nikovics K, Vialette-Guiraud A, Takeda S, Aida M, Laufs P, Arnaud N (2015) A conserved role for CUP-SHAPED COTYLEDON genes during ovule development. Plant J 83: 732-742 (PubMed)

Khan M, Ragni L, Tabb P, Salasini BC, Chatfield S, Datla R, Lock J, Kuai X, Despres C, Proveniers M, Yongguo C, Xiang D, Morin H, Rulliere JP, Citerne S, Hepworth SR, Pautot V (2015) Repression of Lateral Organ Boundary Genes by PENNYWISE and POUND-FOOLISH Is Essential for Meristem Maintenance and Flowering in Arabidopsis. Plant Physiology 169: 2166-2186 (PubMed)

Arnaud N, Pautot V (2014) Ring the BELL and tie the KNOX: roles for TALEs in gynoecium development. Frontiers in plant science 5: 93 (PubMed)

Blein T, Pautot V, Laufs P (2013) Combinations of mutations sufficient to alter Arabidopsis leaf dissection. Plants 2: 230-247 (PubMed)

Goncalves B, Nougue O, Jabbour F, Ridel C, Morin H, Laufs P, Manicacci D, Damerval C (2013) An APETALA3 homolog controls both petal identity and floral meristem patterning in Nigella damascena L. (Ranunculaceae). Plant J doi: 10.1111/tpj.12284.(PubMed)

Bilsborough GD, Runions A, Barkoulas M, Jenkins HW, Hasson A, Galinha C, Laufs P, Hay A, Prusinkiewicz P, Tsiantis M (2011) Model for the regulation of Arabidopsis thaliana leaf margin development. Proc Natl Acad Sci U S A 108: 3424-3429 (PubMed)

Hasson A, Plessis A, Blein T, Adroher B, Grigg S, Tsiantis M, Boudaoud A, Damerval C, Laufs P (2011) Evolution and Diverse Roles of the CUP-SHAPED COTYLEDON Genes in Arabidopsis Leaf Development. Plant Cell 23: 54-68 (PubMed)

Shi CL, Stenvik GE, Vie AK, Bones AM, Pautot V, Proveniers M, Aalen RB, Butenko MA (2011) Arabidopsis Class I KNOTTED-Like Homeobox Proteins Act Downstream in the IDA-HAE/HSL2 Floral Abscission Signaling Pathway. Plant Cell 23: 2553:2567 (PubMed)

Blein T, Hasson A, Laufs P (2010) Leaf development: what it needs to be complex. Curr Opin Plant Biol 13: 75-82 (PubMed)

Hasson A, Blein T, Laufs P (2010) Leaving the meristem behind: the genetic and molecular control of leaf patterning and morphogenesis. C R Biol 333: 350-360 (PubMed)

Hamant O, Pautot V (2010) Plant development: a TALE story. C R Biol 333: 371-381 (PubMed)

Pulido A, Laufs P (2010) Co-ordination of developmental processes by small RNAs during leaf development. J Exp Bot 61: 1277-1291 (PubMed)

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

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

Nikovics K, Blein T, Peaucelle A, Ishida T, Morin H, Aida M, and Laufs P. (2006) The balance between the MIR164A and CUC2 genes controls leaf margin serration in Arabidopsis Plant Cell, 18, 2929-45 (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, 18, 1900-1907 (PubMed)

Autres publications
 


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