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Actualités
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Une nouvelle méthode d’imagerie cellulaire non-invasive révèle la structure des gouttelettes lipidiques



Une recherche coordonnée par Marine Froissard, équipe "Différenciation et polarité cellulaire" en collaboration avec Yann Gohon équipe "Dynamique et structure des corps lipidiques", a permis de mettre au point un nouveau procédé d’imagerie multimodale en combinant différentes techniques de microscopie des synchrotrons SOLEIL (France) et ALBA (Espagne). Cette approche a permis d'obtenir un ensemble d'informations complémentaires sur la composition et la structure des gouttelettes lipidiques présentes dans les cellules de levure, sans ajout de produits de coloration ou de fixation susceptibles d'endommager les cellules. Ces résultats sont publiés le 4 mai 2020 dans Journal of synchrotron radiation.

Comme le corps, qui est constitué de différents organes lui permettant de vivre, toute cellule d’organisme supérieur est composée de différents organites assurant de multiples fonctions pour en garantir la viabilité. Parmi ces organites, les gouttelettes lipidiques sont très étudiées car elles sont associées à plusieurs maladies comme le diabète ou l’obésité. Les lipides qu’elles contiennent sont des molécules importantes pour le secteur alimentaire (huiles végétales), la chimie verte (biodiesel) et l’industrie cosmétique (savons, crèmes contenant des huiles végétales). Ces gouttelettes sont composées de différents types de lipides, principalement des triglycérides et des esters de cholestérol ; leur organisation forme la structure de la gouttelette. Comprendre la composition et la structure des gouttelettes est en conséquence un enjeu majeur pour la société.

Jusqu’à présent les techniques utilisées pour étudier la structure interne des gouttelettes lipidiques détruisaient les cellules. Si ces techniques avaient déjà permis d’obtenir des informations précieuses sur la composition et la structure de gouttelettes isolées ou dans des coupes cellulaires, de nouveaux outils d’imagerie étaient nécessaires pour une étude exhaustive de leur fonctionnement et leur interaction avec d’autres organites au sein de cellules intactes.

Une nouvelle méthode d’imagerie cellulaire non-invasive révèle la structure des gouttelettes lipidiques

Les chercheurs ont analysé des cellules de la levure de boulanger Saccharomyces cerevisiae en combinant et adaptant deux techniques d’imagerie utilisées sur des cellules animales et végétales.

Pour la première technique, les chercheurs ont utilisé la cryo tomographie aux rayons X mous du synchrotron ALBA sur des levures vitrifiées (congelées instantanément), une technique d’imagerie utilisant les rayons X. Cette technique permet d’étudier l’architecture interne des cellules à l’échelle nanométrique, en particulier la disposition des différents organites et leurs interactions. Les gouttelettes lipidiques absorbent fortement les rayons X et se distinguent clairement sur les images.

La seconde technique utilisée est l’imagerie à ultra-violets (UV) profonds du synchrotron SOLEIL. Cette technique ne nécessite pas de préparation particulière et permet de conserver les cellules vivantes pour des observations de l’échelle micrométrique à nanométrique (i.e. du millionième au milliardième de mètre). Elle permet notamment d’observer la dynamique des processus biologiques ayant lieu à l’intérieur des cellules. Pour les chercheurs le défi était d’adapter cette technique pour observer des cellules de levures, dix fois plus petites que les cellules animales ou végétales.

Des résultats inédits sur la structure interne de cellules dix fois plus petites que des cellules animales ou végétales

Les observations aux rayons X ont montré des changements structuraux des gouttelettes lipidiques en fonction de leur composition. L’imagerie UV a permis d’observer, sans marquage chimique et à l'échelle d'une centaine de nanomètres, les organites d’une levure unicellulaire vivante, en particulier leur structure et les zones de contact entre organites. Les chercheurs ont également mis au point des procédures spécifiques pour la combinaison de différentes techniques d’imageries UV (transmittance et autofluorescence du tryptophane et de la tyrosine, deux acides aminés présents dans les protéines) sur des cellules vivantes.

La combinaison des techniques d’imagerie synchrotron aux rayons X et UV fournissent des informations complémentaires sur les cellules de l’échelle nanométrique à l’échelle micrométrique. L’imagerie aux rayons X permet d’obtenir des informations sur la structure fine des organites d’une cellule tandis que l’imagerie UV autorise l’étude des processus biologiques au sein des cellules comme la division cellulaire, le suivi du devenir de molécules d’origine extracellulaire ou la réponse à un stress. La combinaison de ces deux techniques pourra s’appliquer à l’analyse d’autres types de cellules, qu'elles soient végétales ou animales, pour le plus grand bénéfice des utilisateurs de ces deux synchrotrons, et plus largement de la communauté des biologistes. Cette nouvelle procédure d’imagerie ouvre la voie à la constitution d’un atlas des organites dans les cellules vivantes.


Le synchrotron SOLEIL et le dispositif INRAE-SOLEIL
Le synchrotron SOLEIL est un centre de recherche dédié à l’étude de la matière à travers ses interactions avec la lumière. SOLEIL offre un panel de techniques très large utilisant un spectre de rayonnement qui s'étend de l’infrarouge lointain aux rayons X durs en passant par toute la gamme des UV.
Le dispositif INRAE-SOLEIL est constitué de 2 ingénieurs INRAE mis à disposition auprès de SOLEIL, d’un coordinateur et d'un Conseil Scientifique d’Utilisateurs INRAE de SOLEIL (CSU). Pour les chercheurs des laboratoires d’INRAE les projets (proposals) doivent, avant d’être soumis sur la plateforme du Sunset, être transmis au CSU, qui a pour missions de les recenser, d’aider à leur optimisation, de choisir le bon comité de programme et d’éviter des doublons. Les appels à projets ont lieu 2 fois par an, au 15 Février et au 15 Septembre.

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

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

Référence :
Frédéric Jamme, Bertrand Cinquin, Yann Gohon, Eva Pereiro, Matthieu Réfrégiers et Marine Froissard, Synchrotron multimodal imaging in a whole cell reveals lipid droplet core organization, Journal of Synchrotron radiation, Mai 2020
DOI : https://doi.org/10.1107/S1600577520003847

Plus d'information :
Communiqué de presse INRAE

4 mai 2020


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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Workshop Allocation des sucres dans la plante

Les dates du workshop sont susceptibles de changement en fonction de la situation sanitaire.

26-27 octobre 2020, INRAE, Versailles
INRAE, Versailles

La production de biomasse végétale et la qualité des cultures résultent de nombreux processus. Un des processus majeur consiste en l'allocation des sucres aux différents organes après leur synthèse dans la feuille via la photosynthèse. Ce processus traduit l’équilibre entre consommation, stockage et transport à longue distance des sucres au niveau de la cellule et de l'organe. Il est ainsi aussi associé au métabolisme et à l'homéostasie des sucres. Il caractérise aussi les équilibres énergétiques et métaboliques de la plante, et en conséquence de sa croissance, en réponse à l'environnement. Les travaux les plus récents concernant les facteurs clés impliqués dans la régulation de l'allocation des sucres ont également mis en lumière le rôle du transport des sucres dans l'adaptation de la plante a de nombreux stress biotiques et abiotiques. L'objectif de ce workshop est de réunir des chercheurs, étudiants et sélectionneurs pour discuter des dernières avancées et de leurs applications dans ce domaine.

Organisé à Versailles, par l'IJPB (Institut Jean Pierre Bourgin) - INRAE Versailles and and EBI (Ecologie et Biologie des Interactions, CNRS/Université de Poitiers) équipe SEVE (Laboratoire CNRS-University, Transport de sucres et réponses des plantes aux contraintes abiotiques) - Université de Poitiers.

Ce workshop vient en continuité d'une série d'évènements organisés à Poitiers par le même Comité d'organisation (Le phloème dans tous ses états”, 2004, 2012), avec le support de la SFBV (Société Française de Biologie Végétale).

Programme et Flyer

Comité scientific :
Dr Sylvie Dinant, Directrice de recheche, INRAE, IJPB Versailles
Dr Rémi Lemoine, Directeur de recheche, CNRS, Université de Poitiers
Dr Nathalie Pourtau, Maître de conférences, Université de Poitiers

Comité scientific IJPB :
Pr Catherine Bellini
Dr Fabien Chardon
Dr Rozenn Le Hir
Dr Françoise Vilaine

Comité local d'organisation:
Beate Hoffman
Laurence Bill
Corine Enard, IJPB
Nazneen Badroudine, IJPB
Maria-Jesus Lacruz, IJPB
Stéphane Raude, IJPB
Philippe Porée, INRAE Versailles
Gisèle Cordillot (SFBV)

Contact et plus d'information site Internet Workshop Allocation des sucres dans la plante

13th july 2020


 



ZELCOR Summer School 2020

Compte tenu de la situation avec le COVID-19, la ZELCOR Summer School est annulée en juillet.
Nous espérons la reprogrammer untérieurement.


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
Report : Vendredi 6 mars, 19h30-21h00, Bibliothèque la Frégate, Courbevoie
"La coïncidence floraison / belle saison : les plantes regarderaient la météo ???" par Evelyne Téoulé
Report : Samedi 21 novembre, 14h30-16h00, Bibliothèque la Frégate, 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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