Les organes aériens des plantes sont générés par le méristème apical caulinaire (MAC), dont la mise en place et le maintien ont été largement étudiés. Alors qu’un vaste réseau de gènes assure une régulation robuste de la population de cellules souches, deux gènes se distinguent ; CLAVATA3 (CLV3) et WUSCHEL (WUS). CLV3 s’exprime dans les cellules souches et code pour un peptide signal dont la liaison à des récepteurs transmembranaires mène à la sous-régulation de WUS. Ce dernier code pour un facteur de transcription dans le centre organisateur sous-jacent. En retour, WUS active directement l’expression de CLV3 et l’équilibre entre ces deux molécules est primordial pour la restriction de la population de cellules souches. La perte d’activité de CLV3 conduit à une augmentation de la taille du MAC, tandis que la perte d’activité de WUS abolit le MAC. Selon le modèle actuel, l’apex élargi des mutants clv3 est composé de cellules souches en sur-prolifération. Précédemment, notre groupe a couplé la microscopie à force atomique (mesurant la rigidité cellulaire) à la microscopie confocale (déterminant l’identité cellulaire) et a montré que l’identité des cellules souches est corrélée à une rigidité plus élevée. Dans cette thèse, je montre que les MAC clv3 ont des défauts d’organisation et de mécanique puisque leurs cellules sont moins rigides que ce que prédit le modèle, suggérant que les MAC clv3 diffèrent mécaniquement des cellules souches. J’examine cette contradiction en utilisant un ensemble de gènes exprimés dans différents domaines du MAC pour montrer que les MAC clv3 sont des mosaïques de cellules exprimant simultanément des gènes indiquant un état indifférencié et d’autres indiquant des états de différenciation. De plus, je montre que la composition cellulaire du MAC clv3 diffère de celle du sauvage, que la taille des cellules est dérégulée et que la surface du MAC clv3 est altérée.Notre hypothèse est que les cellules des MAC clv3 subissent un phénomène de ‘stop-start’, au cours duquel leur identité oscille entre cellule souche et cellule différenciée, conduisant à des changements morphométriques à l’origine des phénotypes clv3. En résumé, le ré-examen du rôle que joue CLV3 dans la morphogenèse au niveau du MAC, et donc du modèle CLV-WUS d’homéostasie des cellules souches, me mène à la conclusion que notre vision actuelle est limitée et que les paramètres mécaniques sont à prendre en compte pour une compréhension plus exhaustive des cellules souches. / The shoot apical meristem (SAM) gives rise to above-ground organs and its establishment and homeostasis have been extensively studied. While a vast genetic network ensures the robust regulation of the stem cell population, two genes, CLAVATA3 (CLV3) and WUSCHEL (WUS), are key players. CLV3 is expressed in stem cells and encodes a secreted peptide to signal via transmembrane receptors to downregulate WUS, which encodes a transcription factor in the underlying organising centre. In turn, WUS directly activates the expression of CLV3 and the balance between the two molecules restrains the stem cell pool. The loss of CLV3 activity leads to an increase in SAM size, whereas the loss of WUS activity abolishes the SAM. The prevailing model is that the enlarged clv3 apex is composed of over-proliferating stem cells.Previously, our group coupled atomic force microscopy (to measure cell rigidity) and confocal microscopy (to determine cell identity) to show that stem cell identity correlates with increased stiffness. In this thesis, I show that in addition to altered mechanics, enlarged clv3 SAM also display severe defects in cell organisation. I find that cells in clv3 SAM are soft, instead of being stiff, as we had predicted in light of the model regarding the clv3 phenotype. Our data instead suggest that clv3 SAM differ mechanically from stem cells. I further investigate this contradiction using genetic markers for different domains of the SAM and show that clv3 SAM are in fact mosaic structures, made up of cells that simultaneously express genes that indicate an undifferentiated state and several that indicate multiple states of differentiation. Additionally, I show that the cellular makeup of mutant SAM is significantly altered from the wild type, with a misregulation of cell size in the outer cell layers. Furthermore, mutant SAM also display altered surface smoothness from wild-type SAM.Our working hypothesis is that in clv3 mutant SAM, cells undergo a constant stop-start phenomenon, where they cycle between stemness and specification, resulting in cell-level morphometric changes that generate the characteristic clv3 phenotypes. In summary, during my thesis, I have re-examined the role of CLV3 in morphogenesis at the SAM, and thus the CLV-WUS model of stem cell homeostasis. I conclude that the existing view in the field is limited, and that mechanical parameters need to be considered for a fuller understanding of stem cells.

Les plantes perçoivent et enregistrent les stimuli environnementaux. Du fait de leur immobilité, elles y répondent principalement par des modifications de leur croissance et de leur morphogenèse. La modification transitoire de la concentration du calcium libre dans divers compartiments cellulaires semble avoir un rôle fondamental dans les mécanismes de perception. Les systèmes de transduction des signaux font aussi intervenir des kinases pour véhiculer l'information jusqu'au noyau cellulaire et générer une réponse spécifique. Dans ce travail nous avons étudié l'effet de stimuli abiotiques (stress mécaniques, de froid ou exposition à des micro-ondes de fréquence 0.9 et 105 GHz à une puissance non thermique) chez le lin (Linum usitatissimum L.) et Arabidopsis thaliana. Chez le lin, le modèle de la production de méristèmes épidermiques hypocotylaires nous a permis d'analyser les effets des différents stimuli en l'absence ou en présence d'inhibiteurs de canaux calciques et de chélateur du calcium. En parallèle nous avons développé l'analyse protéomique de l'hypocotyle de lin. Ainsi, nous avons établi un critère statistique permettant d'améliorer la fiabilité de détermination des changements observés sur une carte protéique obtenue par 2-DE. De plus, afin de déterminer si certains changements observés correspondent à des phosphorylations, nous avons mis au point une nouvelle technique d'analyse par spectrométrie de masse d'ions secondaires permettant de détecter directement la présence de phosphore dans un spot après une séparation électrophorétique et qui pourrait permettre la mise en évidence de phosphorylations difficiles à observer par les méthodes conventionnelles. L'analyse protéomique chez le lin a révélé que 4 protéines au moins interviennent dans la réponse rapide aux stimuli mécaniques, 7 à un choc de froid et 3 à une irradiation à 0.9 GHz. Les effets des inhibiteurs de canaux calciques et de l'EGTA portent sur 5 protéines et ceux d'une déplétion calcique (nécessaire pour induire la formation de méristèmes) sur 7. Cependant 5 parmi ces protéines sont affectées de la même façon par deux à quatre de ces stimuli et ont probablement un rôle fondamental dans le traitement des signaux abiotiques chez le lin. Parmi ces protéines une seule impliquée dans la réponse à un choc de froid a été identifiée comme étant la saccharopine déshydrogénase. L'absence de bases de données sur le lin rend difficile l'identification des protéines modifiées par les stimuli. Ainsi en utilisant le modèle Arabidopsis thaliana nous avons mis en évidence des modifications concernant quatre protéines après un choc de froid et outre ces quatre, deux autres après une irradiation de 2 h à 0.9 GHz. Parmi les protéines modifiées par ces deux stimuli, 2 ont été identifiées : l'anhydrase carbonique et la spermidine synthase. De plus l'une des protéines affectées spécifiquement par le rayonnement à 0.9 GHz est une protéine homologue aux phérophorines. Nous avons ainsi apporté des données nouvelles permettant d'avancer dans la compréhension des phases précoces du traitement des signaux abiotiques chez les plantes. En particulier nous avons montré que, de façon inattendue, les plantes perçoivent le rayonnement électromagnétique dans le domaine des GHz en utilisant probablement les voies de transduction des signaux abiotiques.

La morphogenèse des plantes repose sur deux mécanismes cellulaires : la division et l'élongation. Par ailleurs, la croissance est source de contraintes mécaniques qui affectent les cellules et guident la morphogenèse. Si les contraintes mécaniques influencent l'orientation du plan de division dans les cellules animales, rien n'est prouvé pour les cellules végétales. À l'heure actuelle, la forme de la cellule est proposée comme le facteur principal gouvernant l'orientation du plan dans les divisions symétriques : les cellules se divisent selon un des plans les plus courts. Cette règle géométrique a été validée dans des tissus à croissance ou courbure isotropes, mais les mécanismes moléculaires sous-jacents demeurent inconnus. Dans cette thèse, un pipeline a été mis au point pour analyser les divisions cellulaires dans les différents domaines du méristème apical caulinaire d'Arabidopsis thaliana et questionner l'application de la règle géométrique dans ce tissu. La zone frontière du méristème présente une proportion anormalement basse de plans de division très courts. Des simulations de tissus en croissance, dans lesquelles une règle de division mécanique a été implémentée, ont montrées le même biais sur les orientation des plans, comparé à la règle géométrique. Des ablations laser de quelques cellules de l'épiderme ont également été effectuées afin de perturber localement le patron de contraintes mécaniques. Les résultats montrent que l'orientation du plan des divisions postérieures à cette perturbation suit le nouveau patron de contraintes. Enfin, une nouvelle méthode quantitative, basée sur l'utilisation d'un micro-indenteur, a été mise au point pour quantifier la réponse du cytosquelette, et en particulier des microtubules, aux contraintes mécaniques. Le protocole de compression a été testé et validé sur les mutants katanin et spiral2, dans lesquels la réponse aux contraintes est respectivement faible ou amplifiée. / Morphogenesis during primary plant growth is driven by cell division and elongation. In turn, growth generates mechanical stress, which impacts cellular events and channels morphogenesis. Mechanical stress impacts the orientation of division plane in single animal cells; this remains to be fully demonstrated in plants. Currently, cell geometry is proposed to be the main factor determining plane orientation in symmetric divisions: cell divide along one the shortest paths. This geometrical rule was tested on tissues with rather isotropic shapes or growth and the corresponding molecular mechanism remains unknown, although it could involve tension within the cytoskeleton. To address these shortcomings, we developed a pipeline to analyze cell divisions in the different domains of the shoot apical meristem of Arabidopsis thaliana. We computed the probability of each possible planes according to cell geometry and compared the output to observed orientations. A quarter of the cells did not follow the geometrical rule. Boundary domain was enriched in long planes aligned with supracellular maximal tension lines. Computer simulations of a growing tissue following a division rule that relies on tension gave the most realistic outputs. Mechanical perturbations of local stress pattern, by laser ablations, further confirmed the importance of mechanical stress in cell division. To explore the role of microtubules in this process, we developed a microindenter-based protocol to quantify the cytoskeletal response to mechanical stress. This protocol was tested and validated in the katanin and spiral2 mutants, in which the response to stress is delayed or promoted respectively.