L'auxine permet aux cellules de lire l'espace et le temps

Publié par Isabelle le 19/05/2020 à 13:00
Source: CNRS INSB
L'auxine, "hormone végétale", fournit aux cellules une information positionnelle permettant les changements d'identité cellulaire régulant la dynamique de la morphogenèse chez les plantes. Pour comprendre la nature de cette information, des scientifiques ont quantifiés simultanément les concentrations de l'auxine et la transcription des gènes induits par elle. Ils montrent que les cellules peuvent lire la concentration de l'auxine non seulement dans l'espace mais également dans le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.). Ce travail est publié dans la revue eLife.


Cartes de l'auxine et de ses réponse dans le méristème. Suivi d'un méristème sur 3 pas de temps séparés de 5h. Sur chaque image: la gauche de l'image montre l'image de microscopie originelle et la droite une représentation quantitative de la distribution de fluorescence (La fluorescence est une émission lumineuse provoquée par diverses formes d'excitation autres que la chaleur. (on parle parfois de « lumière froide »). Elle peut servir à caractériser un matériau.). Jaune-Noir: concentration de l'auxine (de faible à élevée) ; bleu (Bleu (de l'ancien haut-allemand « blao » = brillant) est une des trois couleurs primaires. Sa longueur d'onde est comprise approximativement entre 446 et 520 nm. Elle varie en luminosité...): activation (Activation peut faire référence à :) des gènes en réponse à l'auxine. Les cellules souches sont visualisées en magenta, montrant l'activation des gènes par l'auxine en limite de la niche de cellules souches.
© Carlos Galvan-Ampudia, Guillaume (Guillaume est un prénom masculin d'origine germanique. Le nom vient de Wille, volonté et Helm, heaume, casque, protection.) Cerrutti, Christophe Godin & Teva Vernoux

Les plantes, comme les animaux et les autres organismes multicellulaires, contrôlent la mise en place de leur architecture (L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.) en créant des motifs spatiaux de cellules d'identités différentes. Ces motifs sont en général établis par des signaux moléculaires dont les niveaux varient au sein d'un tissu. Les niveaux de ces signaux fournissent ainsi une information positionnelle, permettant aux cellules de déterminer leur localisation dans le tissu et d'initier une réponse morphogénétique adéquate.

L'auxine, une hormone (Une hormone est un messager chimique véhiculé par le système circulatoire qui agit à distance de son site de production par fixation sur des récepteurs spécifiques.) végétale, est un de ces signaux et contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) notamment quand et où la plante (Les plantes (Plantae Haeckel, 1866) sont des êtres pluricellulaires à la base de la chaîne alimentaire. Elles forment l'une des...) produit de nouvelles feuilles et fleurs. Les feuilles et les fleurs sont formées l'une après l'autre à l'extrémité des tiges en croissance par un petit groupe de cellules appelé méristème apical caulinaire. Dans le temps, la production rythmique de ces organes aériens produit l'organisation (Une organisation est) géométrique en spirale (En mathématiques, une spirale est une courbe qui commence en un point central puis s'en éloigne de plus en plus, en même temps qu'elle tourne autour.) caractéristique de nombreuses espèces de plantes (aussi appelé phyllotaxie (On appelle phyllotaxie l’ordre dans lequel sont implantés les feuilles ou les rameaux sur la tige d’une plante, ou, par extension, la disposition des éléments d’un fruit, d’une...) spiralée).

Les travaux menés depuis un quinzaine d'années ont mené à proposer que l'auxine s'accumule à des positions particulières dans le méristème apical caulinaire, déclenchant ainsi l'activation des gènes permettant la formation d'un nouvel organe (Un organe est un ensemble de tissus concourant à la réalisation d'une fonction physiologique. Certains organes assurent simultanément plusieurs fonctions,...). Cependant la façon précise dont cela se passait à l'échelle cellulaire restait à établir du fait de l'absence d'outil (Un outil est un objet finalisé utilisé par un être vivant dans le but d'augmenter son efficacité naturelle dans l'action. Cette augmentation se traduit par la simplification des actions entreprises, par une plus grande...) permettant une quantification suffisamment précise du processus.

Dans ce travail, les scientifiques ont développé de nouvelles approches de microscopie sur tissus vivants et d'analyse computationnelle qui ont permis de quantifier la distribution de l'auxine et de ses réponses, à haute résolution dans le méristème apical caulinaire de l'arabette des dames, Arabidopsis thaliana.

Une analyse sur plusieurs dizaines de plantes a montré l'existence d'un motif spatial d'auxine quasi-identique d'un méristème à l'autre, avec 3 à 4 sites d'accumulation de l'auxine sans signe de développement d'un organe. Un suivi sur des périodes de plusieurs heures (L'heure est une unité de mesure  :) a ensuite permis de révéler que la localisation des sites d'accumulation d'auxine n'est pas associée à des groupes de cellules fixées mais montre plutôt un mouvement centrifuge, s'éloignant du centre du méristème plus vite que par le simple effet de la croissance du tissu. Cette observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir...) indique que les cellules ont des niveaux d'auxine qui peuvent changer rapidement. Des manipulations expérimentales de la concentration d'auxine ont alors permis de démontrer que les cellules nécessitent une exposition prolongée à des concentrations élevées d'auxine pour pouvoir induire les gènes contrôlant l'initiation des organes. Ce mécanisme agit comme une mémoire (D'une manière générale, la mémoire est le stockage de l'information. C'est aussi le souvenir d'une information.) qui pourrait permettre de différencier les multiples sites d'accumulation de l'auxine, l'information donnée (Dans les technologies de l'information, une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction,...) par l'auxine étant intégré dans le temps pour permettre l'initiation des organes un par un.

Ce travail montre donc pour la première fois que la distribution spatiale mais aussi temporelle de l'auxine est utilisée pour le contrôle de la morphogenèse de la tige (La tige est chez les plantes à fleurs, l'axe, généralement aérien, qui prolonge la racine et porte les bourgeons et les feuilles. La tige se ramifie généralement en branches et...), fournissant un nouvel éclairage pour comprendre comment l'auxine contrôle la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) de la production des feuilles et des fleurs et la construction de la partie aérienne des plantes. Ces outils pourrait être utilisés pour analyser plus en profondeur le rôle de l'auxine dans d'autres tissus de la plante et également pour mieux comprendre comment les plantes régulent les réponses aux autres hormones végétales et le développement des plantes en réponse à leur environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les...).

En savoir plus:
Temporal integration of auxin information for the regulation of patterning.
Galvan-Ampudia CS, Cerutti G, Legrand J, Brunoud G, Martin-Arevalillo R, Azais R, Bayle V, Moussu S, Wenzl C, Jaillais Y, Lohmann JU, Godin C, Vernoux T.
Elife. 2020 May 7;9. pii: e55832. doi: 10.7554/eLife.55832.

Laboratoire:
Laboratoire Reproduction et développement des plantes (CNRS / Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux États-Unis, au moment...) Claude Bernard (Claude Bernard, né le 12 juillet 1813 à Saint-Julien (Rhône) et mort le 10 février 1878 à Paris, est un médecin et...) / ENS de Lyon / INRAE)
ENS de Lyon - 46 Allée d'Italie. - 69007 Lyon.
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