Résumé:
Ce projet vise à développer des approches de modélisation et de biologie des systèmes pour une meilleure compréhension de deux processus de développement clés chez les plantes: la morphogenèse des embryons et la maturation des graines.
L'embryogenèse est un processus complexe par lequel une cellule zygotique conduit à un embryon mature composé de différents types cellulaires organisés. Pour cela, la croissance et la division cellulaires, le patterning et la différenciation cellulaire doivent être correctement régulés. Nous avons développé un nouveau cadre computationnel pour modéliser les divisions cellulaires dans des formes réelles de cellules observées dans des images 3D et avons montré que les patrons de division cellulaire précoces et stéréotypés chez Arabidopsis peuvent être expliqués en utilisant une règle unique reliant la géométrie de la cellule mère et le positionnement du plan de division. Ces résultats suggèrent que les processus auto-organisés pourraient jouer un rôle important dans la morphogenèse précoce des plantes.
Au cours de la phase de maturation qui suit la phase de morphogenèse, l'embryon accumule des produits de stockage spécifiques et devient progressivement tolérant à la dessiccation, préparant ainsi la graine à la dispersion. Cela nécessite l'activation de programmes spatio-temporels spécifiques qui sont déterminés par un groupe de facteurs de transcription en interaction dont l'expression est étroitement régulée, en partie par des mécanismes affectant les modifications de la chromatine. La chromatine est une structure dynamique dont l'organisation est liée à l'architecture nucléaire globale et à la régulation de l'expression des gènes. Nous avons développé un nouveau protocole hautement sensible pour quantifier l'expression des gènes dans des tissus microdisséqués à partir de graines sauvages et mutantes. Nous avons également généré une collection d'images 3D à partir de types de cellules identifiés dans des noyaux de plantes sauvages et de plantes mutantes. L'analyse de ces données avec des outils de modélisation spatiale nouvellement développés a mis en évidence une organisation multi-échelle de l'hétérochromatine constitutive chez A. thaliana et les rôles complémentaires de protéines de la famille CRWN dans la régulation de cette organisation.
Ce projet est toujours en cours. En raison de difficultés techniques rencontrées dans la production de données et dans le recrutement d'un post-doctorant, il a été décidé en octobre 2020 de reconfigurer la dernière partie du projet en un projet de thèse en lien avec la première partie, sécurisant ainsi la disponibilité des données expérimentales. Le projet de thèse a démarré le 1er décembre 2021, pour étudier l'utilisation d'approches basées sur l'apprentissage profond (intelligence artificielle) pour déchiffrer les mécanismes cellulaires dans la morphogenèse des plantes.
Publications :
Arpòn J, Gaudin V, Andrey P (2018). A method for testing random spatial models on nuclear object distributions. Plant Chromatin Dynamics : Methods and Protocols, M. Bemer & C. Baroux (Eds.), Methods in Molecular Biology, vol. 1675, pp. 493–507. Humana Press, New York, NY.
Arpón J, Sakai K, Gaudin V, Andrey P (2021). Spatial modeling of biological patterns shows multiscale organization of Arabidopsis thaliana heterochromatin. Scientific Reports, 11, 323.
Capilla-Pérez, L., Durand, S., Hurel, A., Lian, Q., Chambon, A., Taochy, C., Solier, V., Grelon, M., and Mercier, R. (2021). The synaptonemal complex imposes crossover interference and heterochiasmy in Arabidopsis. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 118: 1–11.
Christophorou, N., She, W., Long, J., Hurel, A., Beaubiat, S., Idir, Y., Tagliaro-Jahns, M., Chambon, A., Solier, V., Vezon, D., Grelon, M., Feng, X., Bouche, N., and Mezard, C. (2020). AXR1 affects DNA methylation independently of its role in regulating meiotic crossover localization. PLoS Genet. 16: 1–23.
Coen, O., Lu, J., Xu, W., De Vos, D., Péchoux, C., Domergue, F., Grain, D., Lepiniec, L., and Magnani, E. (2019). Deposition of a cutin apoplastic barrier separating seed maternal and zygotic tissues. BMC Plant Biol. 19: 1–20.
Coen, O., Lu, J., Xu, W., Pateyron, S., Grain, D., Péchoux, C., Lepiniec, L., and Magnani, E. (2020). A TRANSPARENT TESTA Transcriptional Module Regulates Endothelium Polarity. Front. Plant Sci. 10: 1–14.
Cromer, L., Jolivet, S., Singh, D.K., Berthier, F., De Winne, N., De Jaeger, G., Komaki, S., Prusicki, M.A., Schnittger, A., Guérois, R., and Mercier, R. (2019). Patronus is the elusive plant securin, preventing chromosome separation by antagonizing separase. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 116: 16018–16027.Del Prete S., Arpón J., Sakai K., Andrey P., Gaudin V. (2014). Nuclear Architecture and Chromatin Dynamics in Interphase Nuclei of Arabidopsis thaliana. Cytogenetic and Genome Research 143, 28-50.
Laruelle E, Belcram K, Trubuil A, Palauqui JC, Andrey P (2022). Large-scale analysis and computer modeling reveal hidden regularities behind variability of cell division patterns in Arabidopsis thaliana embryogenesis. eLife, 11, e79224.Moukhtar J, Trubuil A, Belcram K, Legland D, Khadir Z, Urbain A, Palauqui JC, Andrey P (2019). Cell geometry determines symmetric and asymmetric division plane selection in Arabidopsis early embryos. PLoS Computational Biology, 15, e1006771.
Romeiro Motta, M., Zhao, X., Pastuglia, M., Belcram, K., Roodbarkelari, F., Komaki, M., Harashima, H., Komaki, S., Kumar, M., Bulankova, P., Heese, M., Riha, K., Bouchez, D., and Schnittger, A. (2022). B1‐type cyclins control microtubule organization during cell division in Arabidopsis. EMBO Rep. 23: 1–18.
Sakai K, Taconnat L, Borrega N, Yansouni J, Brunaud V, Paysant-Le Roux C, Delannoy E, Martin Magniette ML, Lepiniec L, Faure JD, Balzergue S, Dubreucq B (2018). Combining laser-assisted microdissection (LAM) and RNA-seq allows to perform a comprehensive transcriptomic analysis of epidermal cells of Arabidopsis embryo. Plant Methods, 14, 10.
Vrielynck, N., Schneider, K., Rodriguez, M., Sims, J., Chambon, A., Hurel, A., De Muyt, A., Ronceret, A., Krsicka, O., Mézard, C., Schlögelhofer, P., and Grelon, M. (2021). Conservation and divergence of meiotic DNA double strand break forming mechanisms in Arabidopsis thaliana. Nucleic Acids Res. 49: 9821–9835.
Communications lors de congrès:
Andrey P (2023). TBA. Plant Computational Biology Workshop, 4-8 September 2023, Sainsbury Lab, Cambridge, UK. (Invited speaker).
Andrey P (2022). Computational approaches to decipher cell division patterns in plant embryo. Plant Computational Biology Workshop, 29 August–2 September 2022, ENS Lyon (invited speaker).
Lefranc S, Kodera C, Biot E, Ouddah A, Durrmeyer A, Uyttewaal M, Bouchez D and Andrey P (2022). Computational analysis of cell division patterns in the shoot apical meristem. In Proceedings of the First European conference: From genes to plant architecture : the shoot apical meristem in all its states, Toumaï Conference Center Poitiers (France), 28–30 November 2022.
Andrey P (2020). Statistical modeling of spatial interactions in biological patterns, with application to plant nuclear organization. Quantitative BioImaging Conference, Jan 6-9, Oxford, UK.
Laruelle L, Moukhtar J, Trubuil A, Belcram K, Legland D, Khadir Z, Palauqui JC, Andrey P (2019). Deciphering cell division patterns in plant early embryogenesis by combining 3D image analysis and computer modelling. Plant Growth and Form : International Symposium on Quantitative Plant Morphodynamics, 9–11 September 2019, Heidelberg, Germany (invited).
Moukhtar J., Laruelle, E., Trubuil, A., Belcram, K., Legland, D., Khadir, Z., Palauqui, J.-C., Andrey, P. (2019). Combining 3D image analysis and computer modeling to understand cell division patterns in plant early embryogenesis. Quantitative BioImaging Conference, 8-11 January 2019, Rennes, France.
Andrey P (2018). Image analysis and computer modelling of cell divisions in plant early embryogenesis. Phycomorph COST Action Workshop : “Imaging seaweed cells and tissues”, 12–13 November 2018, Roscoff, France (invited).
Andrey P (2017). Modeling 3D cell division patterns in plant early embryogenesis. CLIPS 2017 : Multiscale Live Imaging in Human, Animal and Plant Health, 12–13 septembre 2017, Gif-sur-Yvette, France (invited).
Gaudin V, Andrey P, Arpon J, Sakai K, Del Prete S (2017). Spatial 3D modelling of nuclear architecture in plants. Presented at 3D CHROME Symposium “Modelling of 3D Genome Organization: Integrating Genomics and Microscopy Data”, 2-3 Octobre, Gif-Sur Yvette, France.
Gaudin V (2016). Spatial 3D modelling of plant nuclear architecture, International Symposium on Nuclear Dynamics in Plants, 16 November, Tokyo, Japan.
Andrey P (2015). Modeling spatial distributions and patterns in biological imaging. GDR 2588, Third Mini-symposium on BioImage Informatics, 23–24 novembre 2015, Institut Pasteur, Paris (invited).
Arpón J, Del Prete S, Sakai K, Andrey P, Gaudin G (2015) Spatial 3D modelling of plant nuclear architecture, INUPRAG Meeting, 6-8 October, Nancy, France.
Moukhtar J, Belcram K, Trubuil A, Legland D, Palauqui JC, Andrey P (2015). Computational modelling of cell division patterns during plant early embryogenesis. International Workshop on Image Analysis Methods for the Plant Sciences, 21–22 septembre 2015, Louvain-la-Neuve, Belgium (orateur).
Arpon J, Sakai K, Del Prete S, Gaudin V, Andrey P (2015). A spatial statistical approach to analyze and model nuclear architecture. International Workshop on Image Analysis Methods for the Plant Sciences, 21–22 septembre 2015, Louvain-la-Neuve, Belgium.
Arpón J, Sakai K, Del Prete S, Gaudin V, Andrey P (2015). Recent developments on the statistical spatial modeling of nuclear architecture in A. thaliana. International Plant Nuclear Consortium Meeting, 3-5 July, Olomouc, Czech Republic.
Arpón J, Del Prete S, Sakai K, Andrey P, Gaudin V (2015) Spatial 3D modelling of plant nuclear architecture, European Workshop on Plant Chromatin, 25-26 June, Upssala, Sweeden.
Balzergue S., Borrega N., Yansouni J., Brunaud V., Delanoye E., Faure J.D., Dubreucq B. « Low RNAseq microdissected plant tissue », International Symposium on Microgenomics, Paris, France, May 15-16 2014.
P Andrey, « Modélisation 3D des patrons de divisions cellulaires au cours de l'embryogenèse précoce chez Arabidopsis thaliana », réunion du pôle Morphogenèse, Signalisation, Modélisation de l’IJPB, 29 avril 2014, Versailles.
P Andrey, “Modelling cell division patterns in Arabidopsis thaliana early embryos”. First TEFOR Symposium, December 16, 2013, Paris (invited talk).
Arpón J, Sakai K, Del Prete S, Gaudin V, Andrey P. Image analysis and spatial modelling of nuclear organisation in Arabidopsis thaliana. First Meeting of the International Plant Nuclear Group, Oxford Brookes University, 26–28 Juin 2013 (conférence invitée).
Sakai K, Del Prete S, Arpón J, Andrey P, Gaudin V, “Nuclear architecture and genome functions in Arabidopsis thaliana”, First Meeting of the International Plant Nuclear Group, Oxford Brookes University, 26–28 Juin 2013 (conférence invitée).
Présentation du projet-phare ”Modélisation des mécanismes développementaux” du LabEx ”Sciences des Plantes de Saclay” P Andrey, K Belcram, B Dubreucq, V Gaudin, P Laufs, J Moukhtar, JC Palauqui, A Trubuil, A Urbain & L Lepiniec, Septièmes Journées de Biologie cellulaire du Grand Campus, 14-15 Mai 2012, Institut Curie, Orsay.
Jeux de données :
Belcram K; Palauqui JC (2022), A collection of 3D images of Arabidopsis thaliana embryos, https://doi.org/10.15454/HIIBKW, Recherche Data Gouv, V1.
Gaudin V, Andrey P (2019). A collection of 3D images of Arabidopsis thaliana cell nuclei, https://doi.org/10.15454/1HSOIE, Recherche Data Gouv, V1.
