In Arabidopsis, the mucilage secretory cells (MSC) of the seed coat produce a pectinaceous mucilage. Very little is known about which genes are involved in the synthesis of pectins. A reverse genetic approach was used to identify genes involved in mucilage synthesis. A publicly available microarray database was screened with expression visualization tools, and was complemented by in-lab microarray experiments between wild type and known MSC mutants to identify candidate cell wall genes highly expressed at the time of mucilage synthesis. Several cell wall genes were also chosen based on their putative functions which would implicate them in mucilage synthesis. Phenotyping of mutant lines obtained for the cell wall candidate genes revealed no abnormal mucilage phentoypes in single or select double mutant lines. These results indicate that significant genetic redundancy exists in cell wall genes and/or the genes studied do not play significant roles in mucilage synthesis.

This project was designed to investigate the impact of natural levels of ultraviolet-B radiation on the genomic mutation rate in Arabidopsis thaliana. UV-B radiation is a known mutagen, but plants may have evolved mechanisms to cope with any genomic damage induced by routine exposure to this radiation. In an attempt to determine whether the genomic mutation rate in a plant species is elevated in the presence of UV-B, two eleven generation mutation accumulation studies were preformed. One study incorporated levels of UV-B similar to that encountered on a clear mid-summer's day, while the other was performed in the absence of this mutagen. Mutation rate estimates, obtained primarily from maximum likelihood analysis of phenotypic data, were not significantly greater than zero, both in the presence and absence of UV-B. No evidence was found to support the notion that the genomic mutation rate is increased by exposure to natural levels of UV-B.

Thesis (Ph. D.)--University of Washington, 2006. / Vita. Includes bibliographical references (p. 64-73).

Les tissus vasculaires sont d’une grande importance pour la physiologie et le développement de la plante. Le xylème et le phloème composent ce tissu. En assurant le transport des sèves brutes et élaborées, ils permettent ainsi de redistribuer minéraux et métabolites entre les différents organes de la plante. La régulation de la mise en place de ces deux tissus est hautement contrôlée tant d’un point de vue génétique que spatio-temporel. Parmi les gènes impliqués dans la mise en place des tissus vasculaires, le gène OCTOPUS (OPS) intervient très précocement au cours du développement dans la mise en place du patron vasculaire ainsi que différenciation du phloème(Bauby et al., 2007; Truernit et al., 2012). OPS appartient à une famille de gènes spécifiques des plantes supérieures. Cependant la fonction moléculaire de la protéine OPS reste inconnue. Une combinaison d’approches physiologique, biochimique, moléculaire, cytologique et génétique a permis de montrer que le gène OPS est un nouveau régulateur positif de la voie signalisation des brassinostéroïdes (BR). Les BR sont des hormones végétales impliquées dans de nombreux processus développementaux incluant l’élongation cellulaire ou encore l’organisation des tissus vasculaires. Bien que la découverte des BR date seulement de 1970 (Mitchell et al., 1970; Mitchell and Gregory,1972; Grove et al., 1979), l’intérêt commun que les scientifiques lui ont porté fait que sa voie de signalisation est aujourd’hui très détaillée. Parmi les composants de la voie des BR, la protéine kinase BIN2 en est le régulateur clef (Li et al., 2001) réprimant la voie par son action sur les facteurs de transcription BES1 et BZR1(Yin et al., 2002; Wang et al., 2002). OPS interagit physiquement avec la protéine BIN2 au niveau de la membrane plasmique, pouvant créer une inhibition par délocalisation de la protéine BIN2 de son site d’activité. A ce titre, les défauts de phloème observés chez le mutant opssont restaurés lorsque l’activité de BIN2 est abolie ou lorsque la voie est induite en dessous de BIN2. Ainsi nous montrons que la voie des BR est directement impliquée dans la différenciation du phloème. Plus généralement, une étude de la redondance fonctionnelle d’autres membres de la famille OPS semble indiquer qu’ils pourraient exercer une fonction similaire de régulateurs positifs de la voie des BR au sein d’autres tissus de la plante / Vascular tissues play an important role in plant physiology and development. Vascular tissues consist on xylem and phloem that ensure sap transport and permit to redistribute mineral and metabolites between different organs. Regulation of vascular tissues establishment is highly controlled in space and time. Among genes involved in vascular tissues formation, OCTOPUS (OPS) gene operates early during development to control vascular patterning and to induce phloem differentiation(Bauby et al., 2007; Truernit et al., 2012). OPS belongs to a multigenic family conserved in high plant. However, molecular function of OPS protein remains unclear. A combination of physiological, biochemical, molecular, cytological and genetic approaches allowed to show that OPS gene is a new positive regulator of brassinosteroid (BR) signaling pathway. BR are phytohormones involved in many developmental processes such as cell elongation or vascular tissues organization. Although BR were discovered in 1970 (Mitchell et al., 1970; Mitchell and Gregory, 1972; Grove et al., 1979), interest of researchers for this hormone permitted its detailed description. Among the component of BR signaling, the BIN2 kinase is the key regulator (Li et al., 2001) which represses the pathway through its action on BES1 and BZR1 transcription factors(Yin et al., 2002; Wang et al., 2002). OPS interacts physically with BIN2 at the plasma membrane which could create an inhibition by delocalization of the BIN2 protein from its activity place. As such, opsphloem defects are restored when the activity of BIN2 is inhibited or when the pathway is induced downstream of BIN2. Thus, we show that BR pathway is directly involved in phloem differentiation. More generally, a study of the functional redundancy of other OPS family members suggests that they could have a similar function as positive regulators of BR pathway in other plant tissues.

Dans cette thèse nous nous intéressons à la manière dont la structure des plantes émerge du fonctionnement de leur méristème apical. Pour cela, nous étudions la structure du méristème apical d'Arabidopsis thaliana à différentes échelles. La thèse commence par étudier les plantes à l'échelle macroscopique dont la phyllotaxie a été perturbée et par le développement d'outils mathématiques pour quantifier et analyser ces perturbations. Ensuite, nous étudions à une échelle plus microscopiques quelles peuvent être les raisons de telles perturbations. Pour cela, nous avons testé une version étendue d'un modèle proposé par Douady et Couder (1996) dans lequel plusieurs paramètres clés sont modifiés par différentes sources de bruit. Cette étude de modélisation suggère que la stabilité de la taille de la zone de la zone centrale peut être un facteur clé dans la robustesse phyllotaxie. Alors que des modèles 3D réalistes des champs d'inhibition autour des primordia ont été développés récemment, une telle étude est toujours manquante pour les tissus réalistes en 3D dans le cas de la zone centrale. Cela nous conduit finalement à analyser en profondeur le réseau de régulation génétique qui contrôle la taille de la zone centrale dans le méristème. Nous avons implémenté une version 3D d'un modèle de la littérature de la zone centrale et testé ce modèle sur des méristèmes 3D obtenues à partir des images 3D de la microscopie laser. / In this dissertation we are interested in how shoot structure emerges from the functioning of their apical meristem. For this, we investigate the structure of Arabidopsis thaliana shoot apical meristem at different scales. The thesis starts by studying at macroscopic scale plants in which the regularity of phyllotaxis has been perturbed and developing mathematical tools to quantify and analyze such complex patterns. Then we try to investigate at more microscopic scales what can be the reasons for such perturbations. For this we tested an extended version of Douady and Couder's model (1996) in which several key parameters are varied by adding different sources of noise. This modeling study enables us to hypothesize that the stability in size of both the primordia inhibition zone and the central zone may be key factors in phyllotaxis robustness. While realistic 3D models of primordia inhibitory fields have been developed recently, such a study is still missing for realistic 3D tissues in the case of the central zone. This lead us finally to analyze in depth the gene regulatory network that controls the size of the central zone in the meristem. We implemented a 3D version of a model in literature modulating the size of the central zone and tested this model on 3D meristem cellular structures obtained from 3D laser microscope images.

Please read the abstract in the section 00front of this document / Dissertation (MSc)--University of Pretoria, 2008. / Plant Science / unrestricted

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published_or_final_version / Botany / Doctoral / Doctor of Philosophy