Variation autour des feuilles Bourgeon Pétiole Limbe Feuilles des monocotylées Pétiole presque toujours largement engainant Poaceae : gaine et limbe Hedychium coronarium Poaceae, Zingiberaceae : ligule (languette adaxiale à la jonction limbe-pétiole) Musa sp. (Musaceae) : bananier Énorme variation des formes foliaires Feuilles simples : Un seul limbe foliaire insérées par un pétiole et avec un bourgeon axillaire Feuilles composées : plusieurs limbes foliaires (folioles) insérées sur un rachis (ou non) et avec un bourgeon axillaire Stipules Organes foliacés situés à la base d’une feuille de part et d’autre de son pétiole Monocots : dépourvus de stipules Peuvent supplanter la feuille elle même Feuilles composées pennées Paripennée Imparipennée Bipennée : 2ème degré de %, folioles portées par des ramifications (fines tiges) implantées sur la longueur du rachis et parallèles entre elles. Caryota urens (Arecaceae) Feuilles composées palmées Les folioles sont toutes insérées au même point Feuilles palmées peltées Les folioles forment une ombrelle (circonférence entière du pétiole) Arisaema taiwanensis (Araceae) Feuilles palmées nonpeltées Les folioles sont insérées sur une portion du pétiole Chorisia speciosa (Bombacaceae) Les rues de Buenos Aires Feuille trifoliée Feuilles épineuses Ulex Les épines des Cactaceae sont des feuilles modifiées Elles sont groupées en coussinets ou aréoles : branches modifiées Rhipsalis sp. Opuntia sp. (Cactaceae) Des épines (feuilles) produite sur une aréole Glochidie : épine à pointes recourbées Cladode (tige photosynthétique) aplatie Quelques feuilles spéciales Bout des feuilles différenciées en outre Nepenthes sp. (Nepenthaceae) Domaties Cavitées ménagées dans le limbe ou le pétiole foliaire destinées à abriter des organismes (acariens, termites, fourmis) Melastomaceae La morphogenèse de la feuille Morphogenèse de la feuille • Feuilles → A partir d’un cloisonnement péricline en L2 L1 L1 L2 Primordium foliaire L2 Initium foliaire Elodea Tabac Émergence d’une feuille • Primordium P1 → Symétrie radiale • P2 → Aplatissement adaxial abaxial • P2 → Dévt centro latéral par dévt de la lamina et extension centro latérale • Asymétrie adaxiale – abaxiale dans l’expression des gènes est acquise dès le stade P1 • Polarité acquise très tôt après l’initiation foliaire Primordium P1 Primordium P2 Proximodistale MAT Initium Symétrie radiale asymétrie adaxiale abaxiale P1 P3 P2 L3 L1 L2 P4 Développement de l’initium foliaire et établissement des domaines de la feuille (polarité adaxiale - abaxiale, proximodistale) Axe proximodistal Feuilles dicots et monocots → Différences proximodistales visibles au stade P3 Sens de la différenciation → Basipétale Basipétale → Sommet de la feuille est - différencié que la base Caractère fondamental de la feuille → Croissance déterminée Pourquoi primordium déterminé et méristème indeterminé? Chez les poaceae l’axe proximodistale est très asymétrique Proximal → Gaine Distal → Limbe Interface → Excroissance de nature épidermique (ligule + auricule) Polarité adaxiale-abaxiale Modèle • Un signal du méristème induit l’identité dorsale sur la face adaxiale de l’initium • Tissus abaxiaux de l’initium ou primordium ne sont pas touchés par le signal • Un autre mécanisme induit l’identité ventrale M A T Initium et P1 Développement des trichomes Destin cellulaire des ¢ épidermiques ¢ épidermiques Trichomes Stomates Trichomes Poils épidermiques uni¢ ou pluri¢ Polis branchés ou non branchés, glandulaires ou non glandulaires Zone adaxiale et abaxiale de la feuille Nbses fonctions Barrière physique aux herbivores Sécrétions de substances toxiques (métabolisme IIaire) Diminution des pertes d’eau Diminution des pertes en eau Populus Trichomes uni- ou pluri¢aires (uni-, bi-, pluriseriés) Trichomes étoilés, en T, en Y, écailles peltées Trichomes uni¢ ou pluri¢ Poils, épines ou glandes Trichome pluri¢ glandulaire Trichomes glanduleux Secrétions de composés secondaires Tête Pied Sessile Tête et pieds uni- ou pluri¢aire Souvent sécrétions stockées entre paroi et cuticule Les trichomes sont à la base des mécanismes de défenses Barrières physiques Sécrétion de substances toxiques Mentha Lavandula Origanum Canabis sp. Plusieurs glandes ≠ THC: Tétrahydrocannabinol THCV: Tétrahydrocannabivarine CBD: Cannabidiol CBN: Cannabinol CBC: Cannabichromène CBG: Cannabigérol Les défenses peuvent être actives Nymphe de sauterelle engluée Tibia Trichome glandulaire de luzerne Poils urticants Une aiguille siliceuse histamine, acetylcholine and 5hydroxytryptamine. Trichome à toxine d’Urtica dioica Dendrocnide (Laportea) excelsa, D. moroïdes (Urticaceae) Arbre à aiguilles (forêts primaire d’Australie, Nelle Guinée) Aiguille siliceuse qui injecte un produit extrêmement douloureux (qqs semaines à qqs mois) Cnidoscolus angustidens (Euphorbiaceae) (Méxique) Trichomes extrêmement douloureux !! Caiophora horrida Loasaceae • Famille Américaine: 300 sp. • Poils urticants très douloureux !! Caiophora cirsiifolia Nasa glandulosissima Nasa bicornuta Trichome des Loasaceae Les poils glandulaires des Drosera (Droseraceae) Les poils glandulaires rouges → Sécrètent des gouttelettes mimant du nectar Substance visqueuse + enzymes D. admirabilis D. capensis Croissance et ramification de la tige Quelques notions d'architecture Type de croissance Bourgeon terminal Bourgeon axillaire Tige monopodiale (type grappe): croissance exclusive à partir du bourgeon terminal (chêne, hêtre) Bourgeon terminal Bourgeon axillaire Croissance sympodiale (type cyme) : le bourgeon terminal meurt et la croissance est alors assurée par le(s) bourgeon(s) axillaire(s) (charme, tilleul, lilas) Croissance sympodiale à un axe (1) : monochasiale Croissance sympodiale à deux axes (2) : dichasiale Croissance sympodiale : arrêt du fonctionnement du bourgeon terminal par nécrose ou par transformation (épine, vrille, fleur, inflorescence) Rhamnus cathartica Viburnum lantana Inflorescence Acrotonie : ramifications latérales sommitales plus développée Mésotonie : ramifications latérales médianes plus développée Basitonie : développement privilégié des axes latéraux en partie basale Croissance monopodiale basitone (1) : ramifications latérales basales plus développée Croissance monopodiale acrotone (2) : ramifications latérales sommitales plus développée Croissance orthotrope : croissance verticale Croissance plagiotrope : croissance horizontale Hypotonie et épitonie : le port des branches Hypotonie (basitonie) : le bourgeon IIaire de dessous se dév plus Absence de ramification : la monocaulie Un végétal monocaule est formé par un axe unique terminé par un seul bourgeon La croissance des tiges peut être continue (A et B) vs. rythmique (C) : des conséquences sur l'architecture Le concept de modèle architectural Modèle architectural : le schéma de croissance qui détermine les phases architecturales d'un arbre ou d'une herbacée La nature et la séquence des activité des processus morphogénétiques endogènes d'un organisme Programme de croissance fondamental par lequel l'architecture entière est établie Basé sur 4 groupes majeurs d'événements en interaction (1) Le schéma de croissance Déterminé vs. indéterminé Rythmique vs. continu (2) Le schéma de branchement Terminal vs. latéral vs. pas de branchement, Branchement monopodial vs. sympodial, Branchement rythmique vs. continu vs. diffus , Branchement immédiat vs. retardé (3) Différenciation morphologique des axes Orthotrope vs. plagiotrope vs. axes à caractères morphologiques mixtes ou à caractères géométriques (à portions plagiotrope et orthotrope) (4) Type de floraison Terminale vs. latérale Chaque modèle architectural est défini par une combinaison particulière de ces quatre groupes (A) Modèle de Corner : Axe monocaule et inflorescences latérales (C) Modèle de Rauh : croissance et branchement rythmique, tous les axes sont monopodiaux, sexualité latérale (B) Modèle de Leeuwenberg : succession sympodiale d'unité sympodiales équivalentes chacune étant orthotrope et déterminée Seulement 23 modèles recensés actuellement Chaque modèle architectural s'applique des herbacées aux arbres des régions tempérées à tropicales Unité architecturale Expression spécifique du modèle architectural à une espèce donnée L'architecture est un système branché hiérarchisé (les axes peuvent être groupés en catégorie en f(morphologie, anatomie ou caractères fonctionnels distinctifs) Modèle architectural + observations précises sur la structure et la fonction de chaque catégorie d'axes Résultats comme table et diagramme (unité architecturale) : décrit et définit les éléments architecturaux spécifiques d'une plante Unité architecturale de Cedrus atlantica Pour chaque espèce l'unité architecturale est très stable Araucaria araucana Arbres unitaires et arbres coloniaires : réitération Qqs plantes conservent leur unité architecturale pendant leur vie : arbres unitaires (palmiers, pandanus, araucarias…) La plupart des plantes répètent leur unité architecturale pendant leur dévt tard dans leur ontogénie ou sous certaines conditions Réitération : processus morphogénétique par lequel un organisme duplique son architecture élémentaire (unité architecturale) Séquence architecturale de dévt chez Fraxinus excelsior Unité architecturale (B), (C) début de duplication, (D) succession de complexes réitérés dans une couronne mature La réitération peut être liée à plusieurs causes A partir de méristèmes dormants vs changement de fonctionnement de méristèmes apicaux (1) réitération adaptative : une réponse à une augmentation du niveau de ressource (ex. ouverture de la canopée) (2) réitération traumatique : une réponse de la plante qui a été endommagée (3) La réitération est aussi un processus de croissance inhérent et automatique des espèces (réitération automatique ou séquentielle) Réitération automatique Processus morphogénétique majeur de la construction des couronnes de la majorité des arbres forestiers Partie de la séquence de dévt morpho-anatomique des espèces Artocarpus elasticus Fagus sylvatica Une couronne endommagée d'un arbre tropical Parties endommagées (C) partie restante de la couronne endommagée, (B) complexes adaptatif réitéré (CR) Croissance du cacao (Theobroma cacao) Axes plagiotropes à croissance monopodiale (bourgeon terminal actif) Bourgeon axillaire principal + bourgeon subordonné Cicatrice foliaire Jeune cacaoyer : croissance monopodiale orthotrope Vers 12-18 mois la croissance Iaire s'arrète Bourgeon principal meurt Les bourgeons axillaires de la partie sommitale débourrent → couronne Tige Iaire (1 m) s'épaissit De nouveaux axes orthotropes peuvent apparaître Bourgeon qui se réveillent sur le tronc Croissance du feuillage (et des branches) par flushes (4-5/an) Tronc : orthotropie et croissance sympodiale Branches : plagiotropie et croissance monopodiale Modèle de NOZERAN Tronc sympodial orthothrope Etage de branches plagiothrope à croissance monopodiales Cauliflorie sur branches ou tronc II-3 - La floraison Introduction • Floraison : Changement (transition) dans la vie d’une plante • Annuelles, bisannuelles, monocarpiques pérennes : Marque la fin de la vie végétative • Polycarpiques : Reproduction sur certaines parties de la plante MAIS croissance végétative sur d’autres parties Fréquence de la reproduction Deux grandes stratégies: Monocarpiques (Semelpares) et polycarpiques (itéropares) Monocarpiques (Semelpares) • Une seule reproduction au cours de la vie et mort • Allocation des ressources végétatives stockées vers la reproduction • Mort est programmée • Reproduction de type « big bang » • Monocarpique annuelle: Une seule année végétative • Monocarpique vivace ou pérenne: Plusieurs années de vie végétative (2 à plusieurs dizaines d’années) Polycarpiques (Itéropares) • Organismes qui se reproduisent plusieurs fois au cours de leur vie Monocarpique annuelle • Cycle de vie (germination → graines) < 1 an (4 à 8 mois) • Conservation de l'espèce = Graine (pas appareil végétatif) • Annuelles d'hiver: Germent en automne et fleurissent au printemps • Annuelles d'été germent au printemps et bouclent leur cycle avant l'hiver Monocarpiques annuelles d’hivers Lamium purpureum (Lamiaceae) Senecio vulgaris (Asteraceae) Annuelles monocarpiques de printemps Roemeria hybrida (Papaveraceae) Monocarpiques à longues durée de vie • • • • • Rares parmi les plantes 5 familles de monocots 10 familles de dicots Bcp sp. à rosettes Régions alpine et subalpines tropicales • Région désertiques • Énorme investissement dans la biomasse reproductive au moment de la floraison Puya sp. (Andes) Yuccas Espeletia (Asteraceae) (Andes) Argyroxiphium sandwicense (Asteraceae) Echium (Boraginaceae) (Canaries) Lobelia (Hawaï) Quelques exemples Bambous Agaves Corypha umbracullifera Transition de la floraison • MAT : Reprogrammé pour fabriquer des inflorescences et/ou des organes floraux • Inflorescence : Système de tiges qui sert à la formation des fleurs et qui est modifié dans ce but • Inflorescence : Se développe grâce à l’activité d’un méristème d’inflorescence • 2 types fondamentaux d’inflorescences → Grappe et cyme Différents types de grappes • Grappe (racème) → Modèle de base • Fleurs → Échelonnées latéralement le long de l’axe de l’inflorescence Épis → Grappe de fleurs sessiles Lavandula sp. Spadice → Axe charnu Spathe (bractée) Corymbe → Pédicelles de longueur différentes → Fleurs au même niveau Ornithogallum umbellatum Ombelle → Insertion des fleurs au même niveau Pédicelles de longueur différentes Daucus carotta • Capitule → Pédicelles contracté disposé sur un réceptacle inflorescentiel Panicule → Axe inflorescentiel développe des axes latéraux à structure de grappe Syringa vulgaris L. (lilas commun) Cyme • Inflorescence fermée : Définie • Le méristème terminant l’axe primaire de l’inflorescence → Évolue très tôt en méristème floral • Les axes d’inflorescence latéraux → Évoluent très tôt en méristème floral 1 1 1 3 3 2 2 2 2 3 Pendant toute la construction de la cyme → Méristème terminant chaque axe produit une fleur précoce 3 Plusieurs types de cymes • Cyme bipare (dichasiales) → 2 bractées + 2 fleurs de 2ème ordre + 2 fleurs de 3ème ordre + … etc. 1 3 3 2 2 3 3 Capparis sp. Cyme unipare (monochasiales) → 1 bractées + 1 fleurs de 2ème ordre + 1 fleurs de 3ème ordre + … etc. Hélicoïde Scorpioïde Heliconia La transition de la mise à fleur Arabidopsis thaliana comme plante modèle Cycle d’Arabidopsis Induction florale • Transition de la mise à fleur : Processus d’induction florale • Induction florale: MAT : Méristème d’inflorescence (MI) • Induction florale : Contrôlé par des facteurs inductifs (majorité des plantes) • Facteurs inductifs : Facteurs environnementaux • Facteurs inductifs : Photopériode et vernalisation Photopériode • Plantes de jours longs : Floraison stimulée si durée de jours > Photopériode critique • Photopériode : Alternance jour/nuit • Plante de jours courts : Floraison stimulée si durée de jours < Photopériode critique • Plantes indifférentes • Organes de perception : Photorécepteurs sur feuilles (phytochromes, cryptochromes) Vernalisation • Vernalisation : Espèces qui ont besoin d’une certaine Qté de froid pour fleurir • Généralement 1 à 7°C pendant qqs semaines à 2-3 mois • Perception du froid sur tissus méristématiques (MAT ou méristèmes axillaires) • Mécanismes encore mal connus Intégration et évocation florale Méristème végétatif Évocation florale MI Intégration Induction florale Évocation florale: Séquence des évents intervenant dans un MAT en réponse à un processus inductif Méristème et primordium floraux Transition MAT → Méristème d’inflorescence (MI) • Élongation des entre nœuds • Activité mitotique ↑ dans l’apex • Taille et organisation de l’apex est modifiée • Activation du métabolisme énergétique • Activation de la prolifération cellulaire • Sinapis → Durée du cycle cellulaire ↓ de moitié Un processus hiérarchisé Switch croissance végétative → Reproduction (signaux envt ou endogènes) Signaux du temps de floraison sont intégrés → Activation des gènes FMI Gènes FMI → Activation locale des gènes d’identité des organes floraux (OF) OF → Activation réseaux de gènes constructeurs d’organes De multiples chemins d’induction contrôlent le temps de la floraison Arabidopsis → Plante de jours longs facultative • Photopériode de jours long LD • Gibbérellines (GA) • Vernalisation • Chemin autonome Chez Arabidopsis: induction de la floraison = De multiples voies Signaux environnementaux et endogènes Gibb. (GA) Chemin autonome Photopériode de jours long LD Vernalisation Intégration (LFY) Signaux environnementaux et endogènes Gènes du temps de floraison Intégration des signaux (LFY) Tous les chemins convergent vers qqs gènes (intégrateurs) Gènes d’identité des MI (TFL1, LFY, AP1, CAL) Gènes d’identité des organes (AP1, AP2…etc.) Réseaux de gènes fabricateurs d’organes Tous les chemins mènent à LFY LFY a un rôle central LFY nécessaire et suffisant pour spécifier un méristème comme floral LFY est un régulateur en amont des gènes d’identité des organes floraux ABC Orthologue présent chez ttes les angiospermes mais aussi dans d’autres groupes Les orthologues de LFY GpLFY (qqs exemples) ALF Gnetum FALSIFLORA (FA) EcFLO Petunia Lycopersicon VFL ELF1 Eschscholzia RFL NFL1 Nicotiana CrFL Chenopodium Vitis zfl1; zfl2 Zea Oriza Eucalyptus FLORICAULA (FLO) Antirrhinum NLY PRRFL Pinus Gènes d’identité des méristèmes 4 gènes FMI principaux → 2 sous classes STMI → Shoot Meristem Identity Gene (TFL1) FMI → Floral Meristem Identity Gene (LFY) FMI → Les méristèmes latéraux se dévent en fleur plutôt que tige Gène TERMINAL FLOWER 1 (TFL1) Mutant tfl → Floraison précoce + conversion prématurée du MAT en méristème floral Mutant tfl → Formation d’une fleur terminale prématurée TFL → MI croissance indéterminée (empêche de devenir une fleur) Mutant tfl → Transcription ectopique de LFY (dans l’apex de la tige) TFL LFY TFL n’est pas un facteur de transcription → Il régule donc LFY et AP1 indirectement Mutant lfy → Transformation complète ou partielle de la fleur en tige Caractéristiques végétatives → Fleurs sans pétales ou étamines (feuilles, sépales, carpelles) LFY → Rôle majeur dans la régulation des gènes d’identité des organes Mutant lfy → ARN TFL1 ectopique dans tige LFY ? TFL LEAFY (LFY) LEAFY est exprimé dans les méristèmes floraux Perte d’activité LFY → Initiation inflorescence et méristèmes floraux perdue Résumé LFY → Apex (primordium foliaire) à faible niveau 24 h après induction → LFY transcrit dans les MI sur zone des primordiums floraux LFY transcrit à fort niveau dans primordiums floraux LFY → Facteur de transcription → Site promoteur des gènes homéotiques MI → Organisé de façon voisine du MAT (exprime CLV1, CLV2, CLV3 et WUS) = Système de régulation de la taille MAIS il génère des organes différents Méristème d’inflorescence → TFL réprime LFY, AP1 et CAL Zone du prochain primordium floral LFY, AP1, CAL Primordium floral = fort taux de LFY, AP1 et CAL → Déclenchent les gènes ABC TFL LFY, AP1, CAL TFL LFY, AP1, CAL Gènes d’identité des organes Méristème Floral (MF) → 4 cercles concentriques → 4 types différents d’organes Carpelle Pétale Sépale Réceptacle Étamine Le MF fonctionne comme un MAT MAIS… (1) Entre nœuds très courts (2) Organes produits ≠ Sépales, pétales, étamines et carpelles (feuilles modifiées) (3) Croissance déterminée (4) Phyllotaxie ≠ (verticille) ≠ formes de fleurs = Variations autour de: Identité des organes, Longueur des entre nœuds, phyllotaxie et déterminisme de croissance Mutants homéotiques Un organe se développe correctement à la place d’un autre L’identité habituelle des organes n’est pas respectée 3 classes de mutants homéotiques chez Arabidopsis Fleur normale Mutant A Mutant B Mutant C Classe A → APETALA1 et APETALA 2 (AP1, AP2) Classe B → PISTILLATA (PI) et APETALA3 (AP3) Class C → AGAMOUS (AG) Mutant ap2 (A) Mutant ap3 (B) Mutant ag1 (C) On retrouve les mêmes classes de mutants chez Antirrhinum Classe B → DEFISCIENS (DEF), GLOBOSA (GLO) Classe A → SQUAMOSA (AP1), LIPLESS1,2 (AP2) Class C → PLENA (PLE) Le modèle ABC Coen et Meyerowitz (1991) Gènes de classes A, B, C contrôlent la morphogenèse des pièces florales Classe A → Contrôlent verticille 1 et 2 Classe B → Verticille 2 et 3 Classe C → Verticille 3 et 4 Les trois groupes de gènes agissent de façon combinée Chevauchement d’activité des trois fonctions A → Sépales A + B → Pétales B + C → Étamines C → Carpelle A et C mutuellement antagonistes A déficient → C s’exprime dans toute la fleur C déficient → A s’exprime dans toute la fleur Expression cadastrale des gènes dans le MF AGAMOUS (C) APETALA3 (B) Expression domains of ABC MADSbox genes correlate with their function AGAMOUS APETALA3 Primordium floraux P1, P2, P3, P4 Méristème d’inflorescence (MI) P4 P2 P Expression de AP1 Expression de AG AP1 → P1, P2 = Tt le primordium AG → P1 = Pas d’expression P3, P4 = Dans la zone externe P2, P3, P4 = Dans la zone interne Classe A Classe C Carpelle Fleur prémature Etamine AG AP1 AP1 chez mutant ag AG réprime l’expression de AP1 dans la zone centrale (étamine, carpelle) de la fleur LFY contrôle AP1, AP3, PI et AG LFY WUS AG AP1 UFO AP3 PI AP2 AG Le modèle ABC → ABCD 1995 → Fonction D ajoutée Mutant de classe D → Ovules transformés en carpelles SHATERPROOF1,2 (SHP1,2) et SEEDSTICK (STK) Triple mutant shp1-shp2-stk → Carpelles à la place d’ovules Ovule → Organe séparé Le modèle ABCD → ABCDE 2000 → Fonction E ajoutée au modèle ABCD Gène MADS de classe E → SEPALLATA 1, 2 et 3 (SEP1, SEP2, SEP3) Gènes de classe E interagissent avec les gènes ABC