Após o estabelecimento do crescimento axial, promovido pelos meristemas apicais, em monocotiledôneas surge abaixo do meristema apical caulinar, uma região entre o córtex e o cilindro central que promove o crescimento em espessura. Este crescimento é promovido através da adição de tecidos vasculares (centripetamente) e de tecidos parenquimáticos (centrifugamente). Durante muitos anos este espessamento foi denominado e interpretado de diferentes formas, sendo demonstrado como um único meristema denominado de meristema de espessamento primário com atividade bidirecional. Recentemente, pesquisas demonstram que o espessamento primário em caule é promovido pela atividade de dois tecidos, a endoderme e o periciclo, ambos em atividade meristemática. Com o intuito de trazer à tona informações detalhadas sobre estes dois tecidos que compõem esta zona meristemática, assim como o seu funcionamento e origem, o Capítulo I traz informações morfológicas e anatômicas detalhadas do caule de 16 espécies de Tillandsioideae (Bromeliaceae). Os representantes escolhidos para esta análise foram os gêneros Alcantarea, Tillandsia e Vriesea que possuem uma ampla variação morfológica permitindo, assim, comparar entre eles o processo de espessamento do caule. Demostrou-se ser a endoderme e o periciclo os tecidos, que juntos, promovem o espessamento e a manutenção do corpo primário dessas plantas. No entanto, mais evidências que suportem a hipótese que o espessamento primário é realizado por dois tecidos são necessárias. Assim o capítulo II aborda a caracterização do espessamento primário sob a luz da expressão gênica do gene SCARECROW (SCR), gene candidato a ser um marcador da atividade endodérmica, permitindo assim separar e caracterizar molecularmente os tecidos que promovem o espessamento primário. Desta forma, analisou-se a expressão do scr ao longo do desenvolvimento do caule em Zea mays (Poceae), avaliando a possibilidade do gene scr ser um marcador de atividade endodérmica. Com a confirmação, o gene ortólogo ao scr de Vriesea gigantea foi clonado e caracterizado. E finalmente, analisou-se o padrão de expressão de scr em morfotipos diferentes, Vriesea gigantea e Tillandisia usneoides espécies escolhidas durante a análise do capitulo I / After the establishment of axial growth, promoted by apical meristems, in monocots appears below the shoot apical meristem, a region between the cortex and central cylinder that promotes the growth in thickness. This growth is promoted by the addition of vascular tissues (centripetally) and parenchyma tissues (centrifugally). During many years this thickening was called and interpreted in different ways and it has been shown as a single meristem called the primary thickening meristem with bidirectional activity. Recently, researches show that the primary thickening in stem is promoted by the activity of two tissues, the endodermis and pericycle, both in meristematic activity. In order to elicit detailed information about these two tissues that compose this meristematic zone, as well as its operation and origin, Chapter I provides detailed anatomical and morphological information about the stems of 16 species of Tillandsioideae (Bromeliaceae). The representatives chosen for this analysis were the genus: Alcantarea, Tillandsia and Vriesea that have a wide morphological variation, thus allowing to compare between the process of stem thickening. It was demonstrated to be the endodermis and pericycle the tissues that together promote the thickening and maintenance of this primary plant body. However, more evidences supporting the hypothesis that the primary thickening is accomplished by two tissues are required. Thus Chapter II deals with the characterization of the primary thickening in the light of gene expression. The SCARECROW (SCR) gene is good candidate to be a marker of endodermal activity, thereby separating and molecularly characterizing the tissues that promote primary thickening. Therefore, it was analyzed the expression of SCR throughout the development of the stem in Zea mays (Poaceae), evaluating the possibility of SCR gene be a marker of endodermal activity throughout the development of a monocot. With the confirmation, the ortholog of SCR gene of Vriesea gigantean was cloned and characterized. And finally, the expression pattern of SCR was analyzed in Vriesea gigantean and Tillandisia usneoides species chosen during the analysis of Chapter I

Au cours du développement, les cellules sont progressivement séparées dans des territoires distincts délimités par des frontières embryonnaires. La première ségrégation a lieu pendant la gastrulation, quand l’embryon s’organise en trois feuillets embryonnaires, l’ectoderme, le mésoderme et l’endoderme. Les mécanismes moléculaires et cellulaires assurant cette ségrégation n’ont pas encore été élucidés. Au cours de ma thèse, je me suis focalisée sur l’internalisation de l’endoderme chez le poisson-zèbre. À partir de résultats in vitro, il a été suggéré que les progéniteurs de feuillets embryonnaires soient ségrégés par un tri cellulaire passif. En combinant des expériences de transplantation de cellules, une imagerie confocale en temps réel et des analyses fonctionnelles, j’ai montré que l’internalisation des cellules endodermiques est due en réalité à un processus de migration active dépendante de Rac1 et de son effecteur Arp2/3, un régulateur direct de l’actine. De manière surprenante, les cellules endodermiques ne sont pas attirées par leur destination interne, mais semblent plutôt migrer hors de leurs voisines. Ce processus est dépendant de la voie Wnt/PCP et de la N-cadhérine. De plus, la N-cadhérine est suffisante pour induire l’internalisation de cellules ectodermiques, sans modifier leur identité. Dans leur ensemble, ces résultats conduisent à un nouveau modèle de formation des feuillets embryonnaires dans lequel les cellules endodermiques migrent activement hors de l’épiblaste pour atteindre leur position interne dans l’embryon. / During development, cells are progressively separated into distinct territories, delimited by embryonic boundaries. The first segregation event occurs during gastrulation, when the embryo is organised in three germ-layers, the ectoderm, the mesoderm and the endoderm. The molecular and cellular mechanisms ensuring this segregation have not yet been elucidated. During my PhD thesis, I have focused on the endoderm internalisation in the zebrafish embryo. Based on in vitro results, it has been suggested that germ-layer progenitors would be segregated by a passive cell sorting. Combining cell transplantation, live confocal microscopy and functional analyses, I have shown that endodermal cell internalisation actually results from an active migration process dependent on Rac1 and its effector Arp2/3, a direct regulator of actin. Strikingly, endodermal cells are not attracted to their internal destination but rather appear to migrate out of their neighbouring cells. This process is dependent on the Wnt/PCP pathway and N-cadherin. Furthermore, N-cadherin is sufficient to trigger the internalisation of ectodermal cells, without affecting their fate. Overall, these results lead to a new model of germ-layer formation, in which endodermal cells actively migrate out of the epiblast to reach their internal position.

A síndrome Kranz é um conjunto de características anatômicas, ultra-estruturais e bioquímicas que culminam na realização da fotossíntese C4. Tal síndrome apresenta grande diversidade dentre as Angiospermas, tornando-se conveniente seu estudo em todos os níveis acima citados para a completa caracterização da mesma. No presente trabalho foi investigada a síndrome Kranz de Gomphrena arborescens e G. scapigera (Amaranthaceae) com ênfase na origem ontogenética da bainha Kranz, na descrição ultra-estrutural e na confirmação bioquímica sobre o tipo de fotossíntese C4. O desenvolvimento foliar dessas espécies indica que a bainha Kranz é originada da camada mais interna do mesofilo, a endoderme foliar. Uma discussão sobre os termos presentes na literatura para a descrição dessa bainha, todos eles focados em sua função na fotossíntese C4, demonstra a importância de se utilizar termos que informem a origem ontogenética dessa bainha, como endoderme e periciclo. Na análise ultra-estrutural, foram identificados possíveis fatores que interferem na fotossíntese de ambas as espécies, como o espessamento e a composição da parede da bainha Kranz, o posicionamento centrípeto dos cloroplastos e a presença de retículo periférico nos mesmos. Embora a análise bioquímica tenha resultado em informações ainda não conclusivas, o dimorfismo dos cloroplastos sugere a realização da fotossíntese C4 do tipo NADP-ME. O presente trabalho, de uma forma geral, contribui ao conhecimento da síndrome Kranz dentre as Amaranthaceae s.s., um grupo em que a ultra-estrutura e a bioquímica ainda são pouco conhecidas, e ressalta a importância dos estudos anatômicos, principalmente com enfoque ontogenético, para o melhor conhecimento da diversidade da síndrome Kranz dentre as Angiospermas. / The Kranz syndrome is a set of anatomical, ultrastructural and biochemical features that culminate in the C4 photosynthesis. This syndrome has a huge diversity among Angiosperms, so it became suitable to survey all the levels above cited for its complete characterization. In the present work the Kranz syndrome of Gomphrena arborescens and G. scapigera (Amaranthaceae) is studied, with emphasis on the ontogenetic origin of the Kranz sheath, on the ultrastructural description, and on the biochemical confirmation about the C4 photosynthesis kind. The foliar development of these species shows that the Kranz sheath is originated from the inner layer of the mesophyll, the foliar endodermis. A discussion about the literature terms used to describe the Kranz sheath, all of them referring to the function of this layer in C4 photosynthesis, demonstrates the importance of using terms that inform the ontogenetic origin of this layer, such as endodermis and perycicle. The ultrastructural analysis identified possible factors that interfere on the C4 photosynthesis of both species, such as wall thickening and composition of Kranz sheath cells, the centripetal position of chloroplasts and the peripheral reticulum in chloroplasts. Although biochemical analysis has resulted in no conclusive information, the chloroplast dimorphism suggests the NADP-ME C4 photosynthesis. This work, in a general way, contributes to the knowledge of the Kranz syndrome among Amaranthaceae s.s., a group that has the ultrastructure and the biochemistry of C4 photosynthesis poorly known. It also draws attention to the importance of anatomical surveys concerning the ontogenetic origin of Kranz sheath for a better understanding on the diversity of Kranz syndrome among Angiosperms.

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Au cours de la préimplantation, l'embryon de souris produit deux lignages cellulaires, le trophectoderme (TE), et la masse cellulaire interne (MCI) qui elle-même se différencie en épiblaste (Epi) et en endoderme primitif (EPr), caractérisés respectivement par l'expression exclusive de Nanog et de Gata6. La voie FGF/MAPK joue un rôle critique dans l’acquisition de l’identité EPr. J’ai examiné l’expression de pERK, DUSP4 et ETV5 qui permettent de visualiser l'activité des MAPK. Ces analyses ont été effectuées en activant ou inhibant la voie FGF/MAPK, ainsi que dans des embryons mutants pour Nanog et/ou Gata6. Ceci a permis d’observer l’activation de la voie FGF/MAPK dès E3,25. Un autre volet de mon travail a été d'analyser la voie de l’IGF dans les embryons préimplantatoires afin de comprendre l’influence de cette voie dans les différents lignages. J’ai montré que le récepteur activé pIGF1R est exprimé de manière différentielle dans le TE, l’EPr et l’Epi au cours du développement. Une supplémentation d’IGF1 induit une augmentation du nombre de cellules en deux phases, d'abord de l’Epi puis de l’EPr. A l’inverse, une perte de fonction d’IGF1R induit une diminution du nombre de cellules entre E3,75 et E4,25. / During preimplantation, mouse embryo produces two cellular lineages, the trophectoderm (TE), and the inner cell mass (ICM), which differentiates in epiblast (Epi) and primitive endoderm (PrE), characterized respectively by the complementary expression of Nanog and Gata6. FGF/MAPK pathway plays a critical role in the acquisition of a PrE identity. I examined the expression of the markers of MAPK activity pERK, DUSP4 and ETV5. The analyze was performed with activation or inhibition of FGF/MAPK pathway and in mutant embryos for Nanog or Gata6. This showed that FGF/MAPK pathway is activated as soon as E3,25. I have also analyzed the IGF pathway in preimplantation embryos in order to understand the role of this pathway in embryonic lineages. I showed that active receptor pIGF1R is differentially expressed in TE, PrE and Epi during embryonic development. Supplementation with IGF1 induces an increase in cell number in two phases, first in Epi then in PrE. Conversely, loss of function of IGF1R induces a decrease in cell number between E3,75 and E4,25.

Les acides gras à très longues chaine (VLCFA) sont essentiels dans le développement, particulièrement dans les mécanismes de trafic vésiculaires, de différenciation et division cellulaire. Cependant, le rôle de ces VLCFA dans ces différents processus chez les plantes n’est pas encore bien compris. Afin d’identifier de nouveaux acteurs associés à la biosynthèse ou la fonction des VLCFA, un crible suppresseur multicopies a été réalisé dans un mutant d’élongation des VLCFA de levure. La perte de l’activité déshydratase PHS1 chez la levure et de PASTICCINO2 chez les plantes perturbe la croissance et induit des défauts de cytokinèse. La PROTEIN TYROSIN PHOSPHATASE-LIKE (PTPLA) historiquement caractérisée comme une déshydratase inactive est capable de restaurer les défauts de croissance et d’élongation de phs1 mais non de pas2. PTPLA interagit avec plusieurs membres du complexe élongase dans le RE et son absence conduit à l’accumulation 3-hydroxyacyl-CoA, signature des déshydratases impliquées dans l’élongation des acides gras. Cependant, la perte de PTPLA conduit à une augmentation des VLCFA, probablement dépendante de PAS2 montrant que PTPLA serait un répresseur potentiel de l’élongation. Les deux déshydratases ont des profils d’expression divergents dans la racine. PAS2 est majoritairement exprimé dans l’endoderme tandis que PTPLA s’exprime uniquement dans les tissus vasculaires et le péricycle. La comparaison de l’expression ectopique de PAS2 et PTPLA dans leur tissus respectif confirme l’existence de deux complexe élongase indépendant associé à PAS2 ou PTPLA et interagissant de manière non cellule autonome. Les cytokinines pourraient constituer le signal entre les deux complexes élongase du fait que la biosynthèse de ces hormones est réprimée par les VLCFA. Les VLCFA répriment ainsi l'expression d'IPT3 dans les racines comme observées pour la partie apicale. Les cytokinines semblent aussi réguler la teneur en VLCFA dans la racine suggérant la présence de boucles de rétrocontrôles entre ces hormones et les VLCFA / Very long chain fatty acids (VLCFA) are involved in plant development and particularly in several cellular processes such as membrane trafficking, cell division and cell differentiation. However, the precise role of VLCFA in these different cellular processes is still poorly understood in plants. In order to identify new factors associated with the biosynthesis or function of VLCFA, a yeast multicopy suppressor screen was carried out in a yeast mutant strain defective for fatty acid elongation. Loss of function of the elongase dehydratase PHS1 in yeast and PASTICCINO2 in plants prevents growth and induces cytokinesis defects. PROTEIN TYROSIN PHOSPHATASE-LIKE (PTPLA) previously characterized as an inactive dehydratase was able to restore yeast phs1 growth and VLCFA elongation but not the plant pas2 defects. PTPLA interacted with elongase members in the ER and its absence induced the accumulation of 3-hydroxyacyl-CoA as expected from a dehydratase involved in fatty acid (FA) elongation. However, loss of PTPLA function led to increased VLCFA levels, effect that was dependent of the presence of PAS2 indicating that PTPLA activity repressed FA elongation. The two dehydratases have specific expression profiles in the root with PAS2, mostly restricted in the endodermis, while PTPLA was confined in the vascular tissue and pericycle cells. Comparative ectopic expression of PTPLA and PAS2 in their respective domains confirmed the existence of two independent elongase complexes comprising PAS2 or PTPLA that were functionally interacting in a non-cell autonomous manner. A putative regulating signal could involve cytokinins that were described to be regulated by VLCFA. VLCFA were indeed found to repress IPT3 expression in roots like in leaves. Cytokinins were also found to regulate VLCFA levels suggesting the existence of regulatory feedback loops between cytokinins and VLCFA

Dans la première partie de cette thèse effectuée en collaboration avec le groupe expérimental de C. Chazaud (Clermont Université), nous avons étudié théoriquement un processus de différenciation cellulaire intervenant avant l’implantation de l’embryon dans l’utérus. Il s’agit de la spécification des cellules de la masse cellulaire interne (MCI) en épiblaste (EPI) et en endoderme primitif (EPr), processus dans lequel les facteurs de transcription Nanog et Gata6 jouent un rôle essentiel. En effet, en absence de Nanog, les cellules de la MCI acquièrent toutes une identité EPr, tandis qu’en absence de Gata6, elles se différencient toutes en EPI. De plus, la voie de signalisation Fgf/Erk active l’expression de Gata6 et inhibe celle de Nanog. Enfin, Nanog active la sécrétion dans le milieu extracellulaire de Fgf4, une molécule qui active la voie de signalisation Fgf/Erk en se liant au FgfR2. Nous avons développé un modèle mathématique pour ce réseau de régulations, fondé sur des équations différentielles ordinaires décrivant l’évolution temporelle des niveaux de protéines Nanog, Gata6, Fgf4 et Fgfr2 et de l’activité de la voie Fgf-Erk. Nous avons validé ce modèle en montrant qu’il récapitule les résultats expérimentaux obtenus in vivo, dans les embryons wild-type et dans les mutants Nanog-/- et Gata6-/-. De plus, l’analyse des résultats du modèle permet de proposer un nouveau mécanisme pour l’émergence d’une population mixte de cellules EPI et EPr au sein de la MCI. Ce mécanisme repose sur le fait que le système décrit par notre modèle peut présenter trois états stationnaires stables, dont les niveaux d’expression de Nanog et Gata6 correspondent à l’EPI, l’EPr et la MCI non-différenciée, respectivement. De plus, le modèle a été utilisé afin d’interpréter des résultats expérimentaux récents et contre-intuitifs, concernant les embryons hétérozygotes Gata6+/-. Enfin, nous avons établi des prédictions théoriques, dont certaines ont été ultérieurement vérifiées en laboratoire. <p>Dans la seconde partie de la thèse, effectuée dans le laboratoire d’O. Pourquié (Université de Strasbourg), nous avons étudié un processus de différenciation in vitro, par une approche expérimentale. Il s’agit de la différenciation des cellules souches embryonnaires (ES) en cellules de mésoderme paraxial, un tissu dont dérivent –au cours du développement embryonnaire– les cellules formant notamment les vertèbres, les côtes, la peau et les muscles squelettiques du dos.<p> / Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Au cours de gastrulation chez la Drosophile, deux vagues successives de constriction ont lieux au niveau des cellules ventrales menant à l'invagination du mésoderme. La première vague de constriction est stochastique et entraine la constriction de 40% des cellules mesodermales réparties aléatoirement et est contrôlée par le facteur de transcription Snail. La seconde vague de constriction arrive immédiatement après et implique également la constriction des 60% manquant de cellules mésodermales. Cette seconde vague est contrôlée par le facteur de transcription Twist et requière la présence de la protéine sécrétée Fog. L'invagination complète du mésoderme riquière la redistribution de la protéine moteur Myosine II au niveau de l'apex des cellules en cours de constriction. Il a été montré que la mutation de Snail mène à une perte des deux phases de constriction, mais qu'une indentation sur les cellules du mésoderme permet de rétablir la seconde phase de constriction Twist dépendante. Nous avons cherché à étudier les interaction entre les deux phases de constriction, la protéine sécrétée Fog et le moteur moléculaire Myosine II à l'aide d'une simulation numérique. Nous avons également chercher à étudier la corélation entre l'invagination globale du mésoderme et la phosphorylation de la Bêta-Cathenine qui est impliquée dans l'activation de Twist. Nous avons étudier l'invagination de l'endoderme postérieur qui présente de nombreuses similitude avec l'invagination de l'endoderme et leurs interactions. Enfin également à l'aide d'une simulation numérique, nous avons testé l'hypothèse de l'apparition d'une invagination dans un organisme primitif mécano-sensible ( la gastræ d'HAECKEL ) au contact avec le plancher océanique. / During Drosophila gastrulation, two waves of constriction occur in the apical ventral cells, leading to mesoderm invagination. The first constriction wave is a stochastic process mediated by the constriction of 40% of randomly positioned mesodermal cells and is controlled by the transcription factor Snail.The second constriction wave immediately follows and involves the other 60% of the mesodermal cells. The second wave is controlled by the transcription factor Twist and requires the secreted protein Fog. It is known that Snail mutation lead to the loss of the two constriction phases but a mechanical poking on the mesoderm cells can rescue de second phase of Twist dependent constriction. The interactions between the two constriction phases, la secreted protein Fog and the molecular motor Myosin II with a numerical simulation. The posterior endoderm invagination that presents similarities with mesoderm invagination have been study, as well as the interaction between them. Finally with an other numerical simulation, the hypothesis of an induced invagination on a primitive mechanosensible organism ( the HAECKEL grastrae ) on the contact with the oceanic floor has been tested.