Divisions cellulaires dans l’embryon de plante : quand un principe déterministe se cache derrière la variabilité apparente

Le positionnement des plans de division joue un rôle crucial dans l’élaboration des architectures tissulaires de la plante. Si de nombreux éléments impliqués dans la division cellulaire végétale sont bien connus, la régulation du positionnement du plan de division demeure moins comprise. L'équipe "Modélisation et Imagerie Numérique" MiN en collaboration avec Jean-Christophe Palauqui, équipe "Design, Ingénierie, Compartimentation du Métabolisme des Lipides " DIPOL et Alain Trubuil, unité "Mathématiques et Informatique Appliquées du Génome à l'Environnement" MaIAGE, avait récemment montré que les plans observés au cours des premières divisions dans l’embryon d’Arabidopsis thaliana correspondaient à des surfaces minimales passant par le centre des cellules¹. Alors qu’ils sont stéréotypés jusqu’au stade 16 cellules, les patrons de division deviennent variables au-delà. La question se posait alors de caractériser cette variabilité et de déterminer si elle correspondait à une nouvelle règle de division.

En combinant microscopie 3D et une approche originale d’analyse d’images quantitative, les chercheurs ont montré que la variabilité dans l’orientation des plans de divisions dans l’embryon de la plante modèle Arabidopsis thaliana s’accompagne, paradoxalement, d’une homogénéisation de la forme des cellules. La modélisation informatique a permis de montrer que la plupart des divisions variables observées au-delà du stade 16 cellules pouvaient être prédites par la même règle déterministe que les divisions stéréotypées initiales. Les chercheurs ont également mis en évidence l’apparition au stade 16 cellules de géométries cellulaires quasi-invariantes par rotation. En reliant géométrie cellulaire et positionnement du plan de division, la modélisation a ainsi permis de résoudre le paradoxe entre variabilité dans l’orientation des divisions et homogénéisation des formes cellulaires. Les résultats montrent que l’élaboration des tissus dans l’embryogenèse d’A. thaliana obéit à un principe d’auto-organisation reliant forme cellulaire et orientation des divisions, suggérant ainsi une remarquable économie de moyens dans le contrôle de l’orientation des divisions embryonnaires.

Cette recherche illustre comment la modélisation contribue à déchiffrer la complexité apparente des systèmes biologiques. Les approches développées permettront d’élucider les principes qui sous-tendent l’élaboration des tissus dans différents systèmes et conditions expérimentales

¹ J Moukhtar, A Trubuil, K Belcram, D Legland, Z Khadir, A Urbain,  J-C Palauqui & P Andrey (2019). Cell geometry determines symmetric and asymmetric division plane selection in Arabidopsis early embryos. PLoS Computational Biology, 15, e1006771.
https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1006771