Les organismes produisent des organes de formes similaires, malgré une forte variabilité intrinsèque. La régulation de la forme des organes a été largement étudiée, cependant la robustesse des formes est encore mal comprise. Une plante telle qu’Arabidopsis possède de nombreux sépales, notre système modèle car il est possible d’étudier leur variabilité. Comme les cellules végétales contrôlent leur croissance à travers les propriétés mécaniques de leur paroi, ma thèse vise à étudier le lien entre mécanique cellulaire et robustesse des formes.J’ai d’abord cherché à comprendre si la forme des organes est influencée par la réaction cellulaire aux contraintes mécaniques induites par la croissance. J’ai validé cette hypothèse grâce un modèle mécanique, et fait des prédictions de la forme des sépales qui ont été confirmées expérimentalement par un collaborateur.D’autre part, j’ai mesuré les propriétés mécaniques de la paroi qui se révèlent spatialement hétérogènes. L’ajout de cette hétérogénéité dans le modèle conduit à des organes de forme variable. J’ai obtenu des formes robustes en ajoutant de la variabilité temporelle, et j’ai montré que, contre-intuitivement, le niveau de variabilité spatiale est anti-corrélé avec la robustesse des formes.Ces prédictions ont été testés en étudiant un mutant présentant des formes de sépales variables. J’ai en particulier montré que les propriétés mécaniques de ce mutant étaient moins variables spatialement que le sauvage. Ainsi, ma thèse a permis de mieux comprendre la régulation de la robustesse de forme des organes, en particulier en montrant que la variabilité des propriétés mécaniques peut conduire à une robustesse des formes. / Developmental robustness is the ability to produce similar phenotypes despite intrinsic variability.Regulation of organ shape has been widely studied, but regulation of organ shape reproducibility is yet to be elucidated.A. thaliana sepals, flower external organs, can be used to study such robustness : each plant produces more than 60 flowers, allowing variability measurement.Plant cells modulate their surrounding cell wall stiffness and anisotropy to control growth, thus my PhD aims at elucidating the role of cell wall mechanics on organ shape robustness.Cells sense their physical environment and accordingly adjust their cell wall mechanics: we studied whether the strength of this feedback influenced organ shapes. Using a model, I showed that a strong feedback lead to the formation of a pointy sepal tip; this prediction was experimentally validated by a PhD student of the team.Measurements of the cell wall mechanical properties using atomic force microscopy (AFM) showed that they were highly spatially variable. When this variability was added in the model, the organ shapes were variable. To get reproducible shapes, I increased the temporal variability of the mechanics: it smoothed the spatial variability over time. Likewise, decreasing spatial variability reduced organ shape robustness. These theoretical results suggest that spatial and temporal variability influence shape robustness.To experimentally test these results, our collaborators identified a mutant displaying less robust sepal shapes. Using AFM, I showed that the spatial variability was reduced in the mutant, confirming that mechanical spatial variability influenced shape robustness.

La plupart des organes et organismes ont une forme remarquablement reproductible, malgré une très grande variabilité de forme et de croissance au niveau cellulaire. Des signaux supracellular, gradient de morphogène ou contraintes mécaniques, pourraient coordonner le comportement des cellules et via de multiples boucles de rétroaction canaliser les formes finales. Des progrès récents en imagerie du vivant, micromécanique et modélisation, permettent aujourd’hui d’analyser la relation entre la variabilité cellulaire, la communication intercellulaire et la forme globale d’un organe de façon quantitative. Nous avons choisi de travailler sur le sépale abaxial chez Arabidopsis thaliana, car sa forme est reproductible et il est facilement accessible pour l’imagerie. Nous avons choisi de nous concentrer sur l’analyse des microtubules corticaux : ils s’alignent le long des tensions maximales dans les tissus et, en guidant le dépôt des microfibrilles de cellulose, ils renforcent l’anisotropie mécanique des parois dans la direction des contraintes maximales. Nous avons observé un alignement supracellulaire des microtubules à la pointe du sépale et nous avons pu corréler ce comportement à un patron de tensions causé par un différentiel de croissance dans le sépale. En utilisant des approches micromécaniques et des mutants affectés dans la dynamique des microtubules, nous avons confirmé que les microtubules étaient capables de s’aligner en fonction des contraintes mécaniques, la forme finale du sépale dépendant de la force du rétrocontrôle. Nous proposons donc que cette réponse déclenche un arrêt de croissance de la pointe du sépale jusqu’à sa base et limite ainsi l'expansion des sépales. Plus localement, nous avons également analysé la contribution des conflits mécaniques entre cellules voisines, soit en utilisant le différentiel de croissance naturel autour d’un trichome, soit en générant des mosaïques artificielles avec le système cre-lox. Nos résultats suggèrent une contribution de l'hétérogénéité de croissance dans la forme finale des sépales, encore une fois par l'intermédiaire de la réponse des microtubules aux contraintes mécaniques. Ces résultats nous permettent donc d’élaborer un scénario dans lequel une rétroaction mécanique, locale et globale, sur les microtubules contrôle la forme finale du sépale. / Most organs and organisms have remarkably consistent final shapes, yet at the cellular level, growth and shape can be highly variable. Surpacellular signals, e.g. morphogen gradients or force fields, may coordinate cell behavior, involving multiple feedback loops, to yield such reproducible shapes. Because of the recent progress in live-imaging techniques, micromechanics and modeling, the relation between cellular noise, cell-cell communication and global shape is now amenable to quantitative analysis. We chose to work on the abaxial sepal, as it displays consistent shapes and is easily accessible for live imaging. We focus our analysis on cortical microtubules: they align along maximal tensile stress directions in plant tissues, and as they guide the deposition of cellulose microfibrils, the main load-bearing component in plant cell walls, they largely determine the mechanical anisotropy of cell walls, providing mechanical strength in the direction of maximal stress. We identified a supracellular alignment of microtubules at the tip of the sepal and we could match this pattern with predicted growth-derived tensile stress patterns. Using micromechanical approaches and mutants impaired in microtubule dynamics, we confirm that microtubules in the sepal can align along maximal tension directions, the final sepal shape depending on the strength of the feedback. We thus propose that this response triggers a wave of growth arrest from the tip of the sepal and thus restricts the expansion of the sepal. More locally, we also analyzed the contribution of mechanical conflicts between adjacent cells that grow at different rates, using the naturally occurring fast growing trichome cells as well as cre-lox induced artificial growth mosaics. Our results support a contribution of growth heterogeneity in final sepal shape, again via the microtubule response to mechanical forces. Altogether, this provides a scenario in which global and local mechanical feedback on microtubules channels the sepal final shape.