1.3 Suspenseur. Embryogenèse chez les Gymnospermes En parallèle au développement de l'embryon:

Transcription

1 Embryogenèse chez les Gymnospermes En parallèle au développement de l'embryon: suspenseur dégénère albumen prolifère (puis est utilisé: cas des graines exalbuminées) téguments de l'ovule (tissu maternel-2n) téguments de la graine ovaire fruit The cellular and molecular biology of conifer embryogenesis. John Cairney and Gerald S. Pullman. New Phytologist (2007) 176: Suspenseur Origine embryonnaire Grande diversité morphologique souvent des cellulles polyploïdes ou plurinucléées ou des chromosomes polytènes (corrélation avec taille des cellules) Fonction: au début de l'embryogenèse: fournit à l'embryon des substances nutritives et des régulateurs de croissance (GA, p.e.) provenant de la plante-mère Echanges apoplastiques (pas de plasmodesmes) pour éviter transmission de pathogènes (virus, en particulier) à l'embryon. Mort cellulaire programmée Il dégénère: à partir du stade cordiforme (Dicots) à partir du stade 1 (Poacées) The suspensor: not just suspending the embryo. Tomokazu Kawashima and Robert B. Goldberg. Trends in Plant Science 15, (2009)

2 L embryon contrôle le développement du suspenseur Ex. 1: mutation raspberry (Arabidopsis): embryon bloqué au stade globuleux suspenseur : prolifération anormale, accumulation de réserves différenciation cellulaire : normale, typique de l embryon mature Conclusions: relation embryon-suspenseur la différenciation ne dépend pas de la morphogenèse et du développement des organes Remarque : l inverse n est pas vrai WT mutant mutant WT Ex. 2: mutation "twin": formation de 1 ou 2 embryons à partir de cellules du suspenseur Conclusion: le suspenseur possède un potentiel embryogène (il est génétiquement identique à l embryon) qui est contrôlé par des signaux provenant de l'embryon. 1.4 Albumen: structure et développement Graines albuminées (ayant un albumen à maturité): la plupart des Monocots plusieurs Dicots tissu généralement triploïde (3n) Fonctions: fournit à l'embryon des substances nutritives et des régulateurs de croissance pendant l'embryogenèse pendant la germination (graines albuminées) favorise prolifération des cellules des téguments (communication embryon-ovule) Albumen formé de 2 parties: Albumen «de réserve» p.e. albumen amylacé (amidon) Epiderme (couche à aleurone, assise protéique) 1-3 couches de cellules réserves protéiques réserves lipidiques enzymes hydrolytiques (germination)

3 Développement de l albumen selon un des 3 modes suivants: Evolution et diversité de l albumen mode nucléaire (le plus courant): divisions des noyaux 3n sans cloisonnement formation d'un syncitium Puis: cellularisation mode cellulaire: toujours 1 noyau/cellule type mixte En absence d'albumen: l'embryon avorte Evolutionary origins of the endosperm in flowering plants. C. Baroux, C. Spillane, U. Grossniklaus. Genome Biology 2002, 3(9):reviews Téguments: structure et développement Origine: téguments de l'ovule différenciation téguments de la graine (enveloppe) -dépôts de: -mucilage (pectines et cellulose) -lignine -pigments -substances phénoliques : imperméabilité protection contre pathogènes -déshydratation, mort cellulaire programmée Développement des téguments: Arabidopsis tégument externe: 2 couches de cellules couche 1: épiderme (parois épaisses) couche 2: parenchyme palissadique (lignification) sur figure tégument interne : 3 couches de cellules Fonctions: protection de l'embryon contrôle au moins partiel des phénomènes de dormance et de germination

4 Structure: très variable - d'une famille à l'autre - parfois d'une espèce à une autre à l'intérieur d'une même famille (critère taxonomique) 1.6 Maturation de la graine arrêt du développement de l'embryon synthèse et l accumulation de réserves préparation à la déshydratation ; induction de la dormance Colza Moutarde Contrôle : hormonal (ABA) + génétique épiderme Parenchyme palissadique L'ABA intervient dans: la déshydratation et l'arrêt métabolique le maintien de la dormance l'inhibition de la germination Remarque: la dormance n est pas nécessaire au développement: embryon retiré de la graine à la fin de la phase de différenciation entre immédiatement dans la phase de développement végétatif Aussi: mutants «vivipares» germination immédiate Embryogenèse: marqueurs biochimiques Les différents types de graines albumen embryon * * N.B. caryopse: fruit

5 1.7 Embryogenèse somatique «suspensor-like» Embryo production through somatic embryogenesis can be used to study cell differentiation in plants. Francisco R. Quiroz- Figueroa, Rafael Rojas-Herrera, Rosa M. Galaz-Avalos, Victor M. Loyola-Vargas. Plant Cell Tiss Organ Cult (2006) 86: Réserves des graines Graines (caryopses chez les Graminées): principale source de protéines et de glucides (amidon) de l'alimentation humaine (surtout céréales et légumineuses): environ 85% de l'alimentation humaine provient directement ou indirectement des graines. Protéines de réserve - 4 types de protéines de réserve (classification ancienne, basée sur les propriétés physico-chimiques) - Localisation: dans des corps protéiques ("protein bodies") de 0,1 à 25 µm de diamètre, originant du réticulum endoplasmique ou d une vacuole modifiée

6 CÉRÉALES: riches en prolamines (PROLine et glutamine) : peu de lys et thr pas une source équilibrée en AA exception: avoine: 80% globulines OK NB Types de protéines de réserve déterminent les propriétés des farines: p.e. panification LÉGUMINEUSES (Fabacées): surtout des globulines: vicilines (7S) et légumines (11S) pauvres en AA contenant du soufre (met et cys) graines les plus riches en protéines: symbiose avec Rhizobium Remarque: Protéines de réserve à propriétés nutritives indésirables: inhibiteurs d'hydrolases: protéases, amylases (plusieurs albumines) lectines (p.e. ricine) 2. Contrôle génétique de l embryogenèse 2.1 Influence maternelle? OUI: polarité du zygote provient souvent de la polarité de l'oosphère l axe apical-basal (la polarité du zygote puis de tout le développement embryonnaire): NON: s établit selon l axe chalaze-micropyle de l ovule dans certains cas: polarité du zygote ne provient de l oosphère des embryons zygotiques ou somatiques peuvent se développer in vitro en absence de tissu maternel (dans milieu de culture approprié) L influence maternelle est maintenant confirmée par la génétique : Effet maternel sporophytique: Gène SHORT INTEGUMENTS 1 (SIN1) / DICER-LIKE1 (DCL1) Mutants : malformations de l'ovule (plante-mère) et de l'embryon (problèmes dans l établissement de la polarité- axe apical-basal et symétrie radiale) génotype maternel génotype, embryon phénotype, embryon sin1/sin1 sin1/sin1 mutant sin1/sin1 SIN1/sin1 mutant sin1/sin1 sin1/sin1 sauvage le génotype maternel détermine le phénotype - Conclusion: fonction SIN1 doit provenir de la plante-mère (sporophyte) Effet maternel gamétophytique gènes FIS: -FIS1/MEDEA -FIS2 -FIS3/FIE Expression: - d abord : sac embryonnaire (avant la fécondation) Mutants: expression maternelle - puis : embryon et albumen prolifération de l albumen, même en absence d embryon - Protéine SIN1 (DCL1): noyau, cellules de l ovule participe à la production de mirna mirna de la plante-mère: influence directe ou indirecte sur l embryon

7 Exemple : FIS1 (même principe pour les 2 autres) génotype maternel génotype de l'embryon phénotype de l'embryon FIS1/FIS1 ou fis1/fis1 normal FIS1/fis1 FIS1/fis1 ou FIS1/fis1 embryon avorte fis1/fis1 dév. prolongé de l albumen Explication: "imprinting" (empreinte génomique ou mémoire nucléaire): seul le gène FIS1 provenant de la mère est transcrit (albumen et embryon) pendant toute la phase de différenciation de l embryon Vérification: construction promoteur FIS2-GUS A) plante transgénique FIS2-GUS, pollen sauvage B) plante sauvage, pollen FIS2-GUS Conclusion : phénotype dépend du gène transmis par le gamète Fonction des gènes FIS: contrôle négatif de la prolifération de l albumen, en absence d embryon Produits des gènes FIS: Régulateurs de la transcription NB FIS1 et FIS3: font partie d un complexe protéique (de type «Polycomb»: Drosophile) modifiant la structure de la chromatine régulation simultanée de l expression de plusieurs gènes L imprinting est-il spécifique aux gènes FIS? Plusieurs allèles paternels sont inactivés pendant la différenciation terminale des gamètes (chromatine condensée, histones spécifiques, méthylation, sirna...) Pourquoi? pour prolonger la phase n élimination de mutations récessives néfastes (provenant du génome )? Conclusion Pour plusieurs plantes, toute la période de différenciation de l embryon présente normalement un contrôle maternel très important