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Actualités
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Premières preuves scientifiques que les nanofilaments extracellulaires manipulent la forme des cellules


Jusqu’à présent, on pensait que seule la pression hydrostatique à l’intérieur des cellules exercée contre la paroi cellulaire rigide donnait leur forme aux cellules végétales. Des chercheurs de l'équipe "Paroi primaire", en collaboration avec des scientifiques de l'Université de Cambridge et de Caltech/de l’Institut médical Howard Hughes, ont découvert que la paroi cellulaire a une part active dans la définition de la forme des cellules végétales. Publiés dans la revue Science le 27 février 2020, ces résultats ont aussi des implications dans le monde animal et pourraient, à l’avenir, inspirer le développement de nouveaux matériaux intelligents.

À première vue, elle a l'air d'une surface verte uniforme ; mais sous un microscope, une feuille ordinaire révèle une mosaïque complexe de cellules aux formes irrégulières, comme des pièces de puzzle parfaitement emboîtées. Chacune des cellules à la surface de cette feuille, appelées cellules épithéliales, a une forme unique et continue à s'élargir et à changer de forme pendant la croissance de la feuille.

Selon l'explication actuelle dans les livres de science, la pression hydrostatique (turgescence) à l'intérieur des cellules exercée contre la paroi cellulaire rigide autour de celles-ci leur donnerait leur forme finale ondulée si particulière. Les parties les plus faibles de cette paroi s'élargiraient davantage, tout comme la pression de l'air force les zones les plus faibles d'un ballon à se gonfler davantage.

Cette théorie a maintenant changé, car une équipe de scientifiques a démontré que la turgescence n'est pas nécessaire à la définition initiale de la forme de la cellule - ni même à sa croissance. Des chercheurs de l'équipe "Paroi primaire", de l'Université de Cambridge et de Caltech/de l’Institut médical Howard Hughes, ont découvert que la paroi cellulaire elle-même joue un rôle actif dans la définition de la forme des cellules végétales.

Les résultats de l'"équipe" incluent l'identification de nouvelles structures à l'intérieur de la paroi cellulaire appelées nanofilaments de pectine : ces nanofilaments 1 000 fois plus fins qu'un cheveu humain influencent la forme des cellules indépendamment de la turgescence. Ces résultats ont aussi des implications pour le monde animal et pourraient inspirer le développement de matériaux intelligents à l'avenir.

Avant la découverte de l'"équipe", la pectine était perçue comme un liquide de remplissage, gélatineux et désorganisé, disposé entre les longues fibres de cellulose dans la paroi cellulaire. Selon le Dr Kalina T. Haas, auteure principale de la publication : « La biochimie est typiquement utilisée pour étudier les composants de la paroi cellulaire, mais étant donné qu'une analyse biochimique désintègre la paroi cellulaire afin d'en extraire les molécules pour un examen plus approfondi, nous n'avons pas la chance d'examiner la structure d'origine. Les microscopes à fluorescence ordinaires d'une résolution de 200 nm ne sont d'aucune utilité non plus, car la paroi cellulaire mesure seulement de 50 à 100 nm d'épaisseur et est donc trop petite pour en examiner la structure en détails. Pour surmonter ces obstacles, nous avons utilisé deux types de microscopie de pointe, dSTORM et cryoSEM, qui nous ont permis de maintenir la paroi cellulaire intacte. Ensemble, ces microscopes ont révélé que les pectines ne forment pas une « gelée » mais créent plutôt une colonnade (succession de colonnes) bien organisée, de dimensions nanométriques, le long du bord de la paroi cellulaire. »

Le cryo microscope à balayage (cryoSEM, très basse température) développé au laboratoire Sainsbury à l'Université de Cambridge a capturé les toutes premières images de ces filaments de pectine. Le Dr. Raymond Wightman, responsable du service d'imagerie au laboratoire Sainsbury, déclare : « C'était dans un laboratoire, il y a 40 ans, que des chimistes ont démontré pour la première fois que la pectine pourrait former des filaments, mais ceux-ci n'avaient jamais été observés dans la nature. Le cryoSEM nous a fourni les toutes premières images de pectine en tant que structures filamenteuses, et le microscope optique à très haute résolution appelé dSTORM a confirmé que nous observions bel et bien des structures de pectine. Ces résultats n'auraient pas pu être confirmés par un seul microscope. »

Le Dr. Kalina T. Haas et le Dr. Alexis Peaucelle d'INRAE ont adapté le microscope dSTORM du MRC/LMB afin d'analyser les cellules d'une feuille d'Arabidopsis thaliana (arabette des dames) à haute résolution, 20-40 nm. Ils ont découvert qu'un seul type de changement chimique (perte du groupement méthyle) dans des nanofilaments de pectine entraîne un gonflement des filaments et produit une expansion radiale de ceux-ci d'environ 40 %. Ce gonflement cause le fléchissement de la paroi cellulaire, ce qui entraîne la croissance et la formation de cellules ondulées aux formes particulières.

Le Dr. Peaucelle explique : « Ceci est lié à un changement dans l'organisation des polymères de pectine à l'intérieur du nanofilament, d'un treillis serré à un treillis plus lâche. Une telle auto-expansion des composantes de la paroi cellulaire, en combinaison avec leur orientation locale, peut mener à l'émergence de formes complexes. À l'aide d'un modèle informatisé, nous avons observé que le petit changement de taille causé par un nanofilament modifié suffit à créer la forme de pièce de puzzle de la cellule. De plus, ces changements de formes n'avaient pas besoin du stress de la turgescence présente à l'intérieur des cellules modélisées. »

Des recherches plus approfondies seront nécessaires pour déterminer le rôle joué par la turgescence et la cellulose de la paroi cellulaire dans la définition de la forme des cellules. Selon l'équipe, il est probable que la turgescence et la cellulose œuvrent aux côtés des nanofilaments de pectine pour contribuer à maintenir cette forme.

Le Dr. Peaucelle reprend : « Nous avons aussi remarqué que les formes de pièces de puzzle des cellules épithéliales des plantes étaient très bien ordonnées. Lorsque nous avons sonifié les images, nous avons observé que les formes étaient organisées en ondes semblables à celles produites par un instrument de musique. À titre d'exemple, nous avons utilisé différentes cellules pour créer les notes d'une gamme chromatique, puis s'en servir pour jouer ‘Le Beau Danube bleu’ de J. Strauss. De manière extraordinaire, en améliorant notre compréhension de la façon dont les cellules épithéliales forment leurs motifs ondulés, nous avons également confirmé que la pectine joue un rôle dans le processus de croissance. Cela souligne le peu de connaissances que nous avons sur quelque chose d'aussi vital pour la pérennité de notre société que la croissance des plantes. J'imagine que de nouvelles découvertes surviendront en matière de santé humaine et végétale à mesure que davantage d'attention sera portée sur la matrice extracellulaire autour des cellules, grâce à la nouvelle génération de microscopes à haute résolution. Bien que les cellules animales ne soient pas entourées de parois cellulaires, elles sont entourées d'une matrice extracellulaire de protéines et de sucres qui pourrait, elle aussi, influencer la forme de ces cellules. »

Le Dr. Haas conclut : « Les connaissances sur la structure de la paroi cellulaire sont essentielles pour comprendre comment les plantes prennent leurs formes complexes. Elles contribuent également au progrès des connaissances dans de nombreux domaines susceptibles de bénéficier à la société, par exemple l'immunité végétale, les biocarburants, l’agriculture, l'adaptation des plantes aux changements environnementaux et même le développement futur de matériaux intelligents auto-extensibles. »

Contact scientifique :
Alexis Peaucelle
Institut Jean-Pierre Bourgin (INRAE, AgroParisTech)
Département scientifique associé : BAP

Centre associé :
Ile-de-France - Versailles-Grignon

Référence :
Kalina T. Haas, Raymond Wightman, Elliot M. Meyerowitz et Alexis Peaucelle (2020) Pectin homogalacturonan nanofilament expansion drives morphogenesis in plant epidermal cells, Science, Vol. 367, Issue 6481, pp. 1003-1007
DOI: 10.1126/science.aaz510

Plus d'information :
Communiqué de presse INRAE

Video: Pectin homogalacturonan nanofilament expansion drives morphogenesis in plant epidermal cells.

27 février 2020
mise à jour 2 mars 2020


Ouvrage :
"Chimie verte et industries agroalimentaires
Vers une bioéconomie durable"


Coordonné par Stephanie Baumberger


L’objectif de "Chimie verte et industries agroalimentaires" est de présenter une utilisation raisonnée des matières premières renouvelables qui exploite la complémentarité entre filières alimentaires et non alimentaires, sans les opposer. Parmi ces matières premières figurent les ressources agricoles et forestières et les déchets issus de leurs transformations et usages.

Aujourd’hui, l’un des principaux enjeux de l’industrie et de l’économie consiste à répondre aux besoins d’une population mondiale croissante tout en préservant l’environnement. En effet, l’utilisation depuis plusieurs décennies des ressources énergétiques fossiles a généré, outre la diminution des réserves de ces ressources, un phénomène de réchauffement climatique dû à la libération dans l’atmosphère de gaz à effet de serre. De plus en plus de secteurs industriels, dont la chimie, s’inscrivent dans une substitution du carbone fossile par le carbone renouvelable ; ainsi se développe la bioéconomie, fondée sur la chimie verte et les biotechnologies, comme levier pour réduire l’empreinte écologique des activités humaines.

L’ouvrage comporte un ensemble de 21 chapitres articulés autour de 6 parties, chacune correspondant à un concept identifié comme clé de voûte de l’interface chimie verte-IAA :
• De la chimie verte aux biotechnologies
• Ressources agricoles et coproduits des IAA : sources de polymères, carburants et molécules pour la chimie
• Chimie verte et matériaux polymères : vers de nouveaux emballages alimentaires
• Vers des systèmes intégrés de bioraffinerie : lien avec le territoire et les autres filières de production
• Apport des biotechnologies végétales a l’élaboration de la qualité de la biomasse
• Les scénarios pour 2050 : comment concilier les différentes filières

60 auteurs ont participés à sa rédaction, tous experts et éminents spécialistes de la chimie verte et de la bioraffinerie.

Cet ouvrage s'adresse aux étudiants en chimie, biochimie, génie des procédés, aux ingénieurs de recherche et de développement ou de protection, aux enseignants des formations d'ingénieur et master dans le domaine des sciences et techniques du vivant et de l'environnement, aux chercheurs dans les organismes publics de recherche.

7 février 2020



Evènements
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ZELCOR Summer School 2020
6-10 juillet 2020
INRAE, Versailles

Fort de la réussite de la 1ère Ecole d'été Zelcor (Wageningen, 2018), le Consortium Zelcor offre une seconde édition sur le thème : "Zéro déchets en bioraffinerie : approche chaîne de valorisation, méthodes et procédés pour une lignine améliorée".

Cet évènement international organisé par l’INRAE se déroulera sur le site de Versailles (France) du 6 au 10 Juillet. Il vise un public mixte composé d'académiques et de partenaires privés (50 participants maximum) avec l'objectif de favoriser les interactions entre la recherche scientifique et l'industrie. Le programme inclura des conférences consacrées aux dernières avancées sur les connaissances concernant la paroi végétale et les technologies en bioraffinerie (4 jours et demi), des ateliers scientifiques sur des techniques analytiques concernant l'estimation de la durabilité (une journée), la visite d'une bioraffinerie (une journée) ainsi que des travaux de groupes avec des études de cas (2 jours et demi).
Le dernier jour sera consacré à des sessions conjointes avec l’école d'été du réseau Science des Plantes de Saclay (SPS) "Plant cell walls in development, plant-microbe interactions and for the bioeconomy" qui permettra à l'ensemble des participants des deux évènements de bénéficier des conférences des deux invités impliqués dans la chaîne de valorisation de l'éthanol issu de la cellulose.

Programme

Comité scientifique IJPB :
Stéphanie Baumberger
Herman Höfte
Matthieu Reymond
Helen North

Comité local d’organisation :
Corine Enard, IJPB
Marie-Jeanne Sellier, SPS, INRAE Versailles
Maria-Jesus Lacruz, IJPB
Philippe Porée, INRAE Versailles
Stéphanie Zimmermann, IJPB, INRAE, Versailles
Stéphane Raude, IJPB

Contact et plus d'info site ZELCOR Summer School 2020

10 février 2020


La science se livre 2020 : conférences par des scientifiques de l'IJPB !

En 2020 dans le cadre de la manifestation La Science se livre, trois semaines sont consacrées aux plantes dans le département des Hauts-de-Seine du 18 janvier au 8 février pour la 24ème édition. Ce focus s'inscrit dans l'Année internationale de la santé des végétaux (AIPH) proclamée par l'ONU. Il est l'oportunité de sensibiliser le public au monde des plantes essentiel pour notre planète et à notre vie.

L'IJPB contribue activement à cet évènement avec pour la conférence inaugurale la participation de Mathilde Fagard, Directrice de recherche, spécialiste de la santé des plantes et 4 conférences par nos cheurcheur.e.s :

"La forme des plantes, l'art et la musique, une même histoire de mathématique" par Alexis Peaucelle
Samedi 25 janvier 17h00-19h00, Médiathèque François Villon, Bourg-la-Reine

"Les sucres des plantes dans notre quotidien : une ressource pour nous nourrir, nous vêtir, nous loger et nous chauffer" par Rozenn Le Hir
Mardi 28 janvier 20h00-22h00 (conférence BD, réservation), Médiathèque de Suresnes
Samedi 8 février 15h00-16h30 (conférence pour adultes), Médiathèque Max Pol-Fouchet, Châtillon

"Les plantes, leurs agresseurs et les engrais : le bon, la brute et le truand" par Mathilde Fagard
Vendredi 31 janvier 19h30-21h00 (conférence dessinée, inscription 01 47 90 57 38), Médiathèque Françoise Giroud, Colombe

Et dans le prolongement de La Science se livre :
"Les sucres des plantes dans notre quotidien : une ressource pour nous nourrir, nous vêtir, nous loger et nous chauffer" par Rozenn Le Hir
Vendredi 6 mars, 19h30-21h00, Bibliothèque la Frégate, Courbevoie
"La coïncidence floraison / belle saison : les plantes regarderaient la météo ???" par Evelyne Téoulé
Vendredi 27 mars, 19h30-21h00, Courbevoie

Plus d'info :
Site Internet La Science se livre

16 janvier 2020



Séminaires
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ANNULE
Lundi 23 mars 2020
, 14h00

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Séminaire invité IJPB/SPS

Dr. Kris MORREEL
VIB-UGent Center for plant system biology, Gand, Belgique
Characterizing the specialized metabolome of plants via Candidate Substrate Product Pair networks

Invité par : Massimilliano Corso

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Lieu des séminaires sauf indication contraire
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Amphithéâtre de Versailles, Bât. 10
INRAE Centre Ile-de-France - Versailles-Grignon
Route de St Cyr (RD10)
78026 Versailles Cedex

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Page Intranet séminaires IJPB


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