feuilles

Morphogénèse du bourgeon végétatif,
conséquences pour l’étude de la dormance et du
débourrement (determinisme endogène et
exogène de l’endo et de l’éco dormance)
Marc Bonhomme
GDR-2968 : Antibes 18-19/04/2013
Cette morphogénèse est la résultante du fonctionnement d’un méristème
que l’on appelle primaire
Les méristèmes
primaires se
situent en bout de
l’axe (apex) ou
des racines et en
position axillaire à
la base des
feuilles
(les méristèmes dit
secondaires que sont le
cambium et le
phellogène permettent la
croissance en diamètre
des axes)
Un méristème est constitué au départ d’une ou plusieurs cellules
méristématiques
Schema : www.unisciel.fr
Schéma:
Benjaminray.eu/energiesdusoleil
Une cellule méristématiques est une cellule indifférenciée « totipotente »
doté d’une forte capacité de multiplication (c’est l’équivalent d’une cellule
souche)
Elle présente généralement des plastes rudimentaires, de petites vacuoles,
de nombreuses mitochondries et un rapport nucléocytoplasmique proche
de 1
Ces cellules vont se multiplier en se divisant dans différents plans
On parle de divisions anticlines et
périclines selon que la division se
fait perpendiculairement à la
surface (pour les couches L1 et
L2) ou parallèlement à la surface
(les divisions sont anticlines et
periclines pour L3)
1 - zone centrale
2 - zone périphérique
3 - méristème médullaire
4 - tissus médullaires (issus du méristème médullaire)
(Source : Dakdada - Wikipedia)
En s’éloignant progressivement les cellules vont se différencier ce qui
conduit à la structure d’apex
Schémas: www.afd-ld.org/~fdp_bio
Contrôle interne du fonctionnement du méristème
État méristématique est associé l’expression de quelques gènes importants
STM (shoot meristemless): qui permet de maintenir l’état méristématique
indifférencié. Il code pour une protéine qui inhibe la différenciation. Sa
mutation entraine l’absence de méristème (arabidopsis)
Wuschel (WUS ébouriffé) : qui permet de maintenir l’état méristématique
(donc si l’expression de WUS est réprimée, la différenciation est accélérée et
des ébauches apparaissent dans la zone centrale). Il s’exprime à la base de
la ZC et code pour un facteur de transcription
Clavata (massue)
1 et 2 : codent pour un récepteur
3 : code pour une petite protéine qui vient se liguer au récepteur
Ceci entraine la répression de WUS , favorise la différenciation
Sa mutation provoque un dôme méristématique très grand (en massue)
Schema : F SaintPierre prep agreg int 2008
Il y a évidemment d’autres gènes mais il n’est pas question de les lister tous ici
schema : F SaintPierre prep agreg int 2008
Il faut retenir que le maintien de l’état
méristématique est le résultat de régulations
complexes
Ensuite, très rapidement ces cellules vont se différencier en réponse à
leur environnement immédiat, pour donner différents tissus
Ainsi, on va obtenir rapidement une structure complexe à l’extrémité de la
tige
Schéma: www..unisciel.fr
Schéma: www..svtlagos.com
Contrôle hormonal
Ref : F SaintPierre prep agreg int 2008
Au niveau de l’apex (méristème + ébauches) il y a production d’hormone,
principalement l’auxine (AIA : acide indole acétique) qui favorise
l’allongement cellulaire via une augmentation de la plasticité des parois et
une stimulation du métabolisme cellulaire
La quantité produite et la capacité d’exporter cette hormone vers le reste
de la tige joue un rôle fort dans l’inhibition des méristèmes axillaire et le
développement de la vascularisation
L’auxine est au cœur de ce que l’on appelle la dominance apicale (qui
est une paradormance)
L’apex subit aussi l’influence d’hormones venant d’autres parties de la
plante ... On en reparlera plus loin
Fonctionnement macroscopique du méristème
Le fonctionnement peut être
Continue
Déterminé ou rythmique
Comme il n’est pas facile de regarder directement le fonctionnement des
cellules méristématiques, souvent on suit l’activité indirectement en
regardant le nombre de feuilles fabriquées dans un temps donné
On peut donc avoir une mesure quantitative approchée, que l’on appelle
le plastochrone apparent (nbre de feuilles emises par jour)
Les ébauches de feuilles sont disposées, selon les cas selon 1 ou
plusieurs spirales avec des angles déterminées
C’est la phyllotaxie
Schéma: www.afd-ld.org/~fdp_bio
Au cours des saisons, ce rythme va varier et ces variations seront
accompagnées de changement dans les processus de
différenciations
printemps
mars
débourrement
reprise de croissance
avril-mai
croissance active
organogenèse
pousses feuillées
juin
hiver
été
jan-fév
transition
fin juillet-sept
arrêt complet
repos hivernal
divisions 0
croissance ralentie
formation des écailles
bourgeons
nov-déc
automne
Dessin JL Julien 2009
La formation du bourgeon
Ralentissement du plastochrone, de l’activité métabolique en général
Ralentissement de l’allongement des entrenoeuds, et des ébauches
Modification des processus de différenciation
Rôle de l’ABA (mutant insensible à l’ABA = pas de formation de bg)
Ebauche foliaire
feuille
Ebauche foliaire
écaille
Structure de bourgeon
La dormance, un processus analysé au niveau du bourgeon
Dessin JL Julien 2009 d’après
Saure, 1985
Lang et al, 1987
Intensité de dormance
les phases de la dormance
endodormance
écodormance
paradormance
07
08
09
10
11
12
01
02
03
temps
paradormance : inhibitions corrélatives. Eté-octobre.
Inhibition extérieure au bg, de + en + proche, réversible
endodormance : issue de la paradormance. Inhibition intrinsèque irréversible
dure jusque fin décembre (début hiver).
écodormance : Début hiver – printemps.
Inhibition par conditions environnementales (froid), réversible
CROISSANCE
printemps
mars
débourrement
reprise de croissance
avril-mai
croissance active
organogenèse
pousses feuillées
juin
jan-fév
hiver
Construction
des bg
ECODORMANCE
transition
= « quiescence »
août-sept
Conditions
extérieures
ENDODORMANCE
arrêt complet
Entrée
(oct)
et levée
repos
hivernal
(déc) 0
divisions
nov
été
PARADORMANCE
croissance
ralentie
Inhibitions des
corrélatives
formation
écailles
« lointaines »
bourgeons
DMD
oct
automne
NON-CROISSANCE
Dessin JL Julien 2009
La phase d’entrée en endodormance
cette phase est contrôlée par :
La température
passage en dessous de 15°C , 10 °C ?
La Photopériode
Analyses issues de conditionnements
Champagnat, 1992 : Salix, Betula,
Li, 2003 : Betula
Jian et al, 1997 : Populus deltoïdes etc ….
Analyses QTL : région chromosomique associée à la periode de formation
du bourgeon contenant un gène de Phy (Frewen, 2000-peuplier)
Peuplier : 2 nucleotides de la proteine PhyB2 Ingvarsson et al 2008
Implication de FT et de la protéine CONSTANS : surex = pas d’arrêt de
croissance en jours courts
Les hormones
AIA : Auxine (AUX-RE sur promoteurs)
ABA : acide abscissique: inhibiteur de croissance (feuilles)
C2H4 : éthylène
Corrélations réponses du phytochrome / teneurs en ABA-éthylène
(Finlayson, Weatherwax, 1998)
Signalisation de l’endodormance
sénescence (ABA-C2H4)
GA : acide gibbérellique ( allongement, LD, récepteur membranaire pas
identifié)
CTK : Cytokinines (favorise la multiplication cellulaire, viennent des racines)
D’autres facteurs corrélatifs +/- inexpliqués
Interaction photopériode / hormone et régulation des divisions cellulaires
(Olsen et al 2010)
Jours courts
Modulation de l’expression
de la GA20 Oxydase
Altération du système de
phytochromes
Réduction de la
concentration en GA
Réduction de l’expression
des gènes PIFs
Augmentation de la stabilité
des protéines DELLA
Stimulation de l’expression
des protéines DELLA
Réduction de la sensibilité aux GA
Réduction de la stimulation des divisions
L’endodormance vue au niveau cellulaire et sub-cellulaire
Au niveau cellulaire, ceci s’accompagne de changement structuraux
Cellule non dormante
Cellule dormante et/ou acclimatée au froid
Ref Rinne et al 1999,2001
Autres changements structuraux au niveau cellulaire
réticulum endoplasmique présente un aspect lisse traduisant un
ralentissement des synthèses protéiques
Présence de corps protéiques (réserves)
Présence de corps lipidiques (réserves)
Fermeture des plasmodesmes
Ref Rinne et
al 2001
Changement au niveau de l’expression des gènes
méthylation de l’ADN à l’entrée en endodormance (pdt : Law, 2003)
Méthylation de l’ADN = répression épigénétique de la croissance
= possibilité de « mémorisation » de conditions climatiques
par l’état de méthylation de l’ADN, à mettre en lien avec
« caractérisation et satisfaction des besoins de foid »
Ceux dont on a parlé au niveau du meristème lui même
D’autres familles de gènes (DAM : dormancy associated Mads-box)
notamment DAM5 et DAM6 Horvath et al 2010; Jimenez et al 2010
Les gènes très liés à la division cellulaire : cdc2a, cyc1At
La phase d’arrêt = endodormance
Progressivement le fonctionnement du méristème s’arrête ou se
ralenti très fortement
Arrêt de l’allongement des ébauches
Quasi arrêt des divisions
Arrêt total : frêne : Cottignies 81
Fort ralentissement pêcher
L’endodormance vue au niveau du bourgeon
Détournement trophique par les tissus sous jacents (Gendraud 1981 )
Contrôle trophique de la croissance et pHi
Approvisionnement des cellules en nutriments
zone potentielle de croissance
bourgeon
force de puits
=
pHi
=
pHi
force de puits
forte
=
pHi
force de puits
faible
=
pHi
faible
force de puits
forte
Métabolites
Métabolites
Pas de croissance
Croissance possible
LA THEORIE TROPHIQUE
DE LA CROISSANCE
bourgeon
pH 7.6
tissu
sous-jacent
NON DORMANT
DORMANT
ATP
ADP+Pi
H+H+
ATP
pH 7.2
ADP+Pi
tissu
sous-jacent
saccharose
saccharose
pH cytosolique basique
teneur ATP importante
activité ATP-H+ impliquée
absorption saccharose
bourgeon
pH plus acide
Teneur ATP plus faible
Gradient de pH (H+) faible
Faible absorption
L’hypothèse de contrôle hormonal
+
-
lumière
Phy
C2H4
levée
froid
ABA
levée
« chromatin
remodeling »
répression
épigénétique
auxine
Dessin JL Julien 2009
Le contrôle via le métabolisme énergétique
Capacité à synthétiser les molécules énergétiques nécessaires aux
synthèses protéiques et à la croissance :
ATP et NTP
C’est ce qui est la base du test nucléotide (Gendraud 1975, 1977)
http://www.chups.jussieu.fr/polys/biochimie/CNbioch/POLY.Chp.3.17.html
Le contrôle via les processus oxydatifs (en fait résistance au stress
environnemental) : détoxification des cellules
Le contrôle via les aspects hydriques (réhydratation des tissus nécessaire
pour la croissance)
Bourgeon de frêne
Cottignies 1990
La phase de réactivation progressive : l’écodormance
Sous l’action des températures fraiches, on sort du blocage de façon
encore mystérieuse
On passe alors en phase d’écodormance de façon plus ou moins rapide
Là aussi un certain nombre de gènes ont été mis en relation avec cette
reprise de croissance et notamment un gène codant pour une protéine
kinase (cdc2a) et une cycline (cyc1At) associés au cycle cellulaire
Expression des gènes associés à l’activité métabolique en général
Réhydratation, développement de la vascularisation
Reprise des communications cellulaires
Reprise des flux de nutriments, activité des transporteurs membranaires
La croissance des ébauches ne dépend plus (sauf blocage par la
photopériode) que de la température et de la reprise de
l’absorption racinaire (elle même fonction de la température du sol)
La loi de réponse à la température est cependant sous contrôle génétique et hormonal
140
Mélèzes
120
Noyers
T.
DMD (jours)
100
80
Chênes
P.
60
40
R² = 0.9946
20
R² = 0.9867
R² = 0.9848
0
0
5
10
15
20
25
Température (°C)
AE Bouchardon 2011
Un petit résumé des influences exogènes et du
contrôle hormonal
Influences subies par les bourgeons
Influence de
l’apex
Influence
des tissus
proches
Influence des feuilles
°C
Influence des
rameaux éloignés
Influence des racines
Endodormance
Paradormance
courte distance
Paradormance
longue distance
+
-
Les 3 phases de la dormance
et les régulateurs de croissance
écodormance
lumière endodormance
Phy
C2H4
levée
froid
stress
environnement
ABA
levée
« chromatin
remodeling »
répression
épigénétique
auxine
paradormance
Et nos tests classiques de dormance dans tout cela
Ils sont en réalité des test de croissance
on élimine les facteurs bloquants de l’écodormance (T°C et photopériode) et
on regarde la réponse
Si réponse rapide: on était en éco, si pas réponse ou lente : on était en endo
Le test « nucléotides » serait un test d’endodormance mais …
Conclusions
Il faut rechercher d’autres marqueurs au niveau physio et génétique
Une grosse difficulté : dé-corréler dormance et résistance au froid
Faut-il aller à des niveau plus fin que le niveau bourgeon ? Revenir au
niveau du méristème lui-même ?
Merci de votre attention
GDR-2968 : Antibes 18-19/04/2013