Reconstituer le film du développement des organes

Pouvoir suivre dans le temps la croissance d’un organe est important pour comprendre les étapes clés de son développement.  L'équipe IJPB "Modélisation et Imagerie Numérique" MIN a mis au point une approche originale pour reconstituer le développement de n’importe quel organe sur le long terme. Cette méthode a été appliquée à l’analyse de la croissance des feuilles de plantes. Durant plusieurs semaines, les scientifiques ont prélevé et photographié plus de 1 000 feuilles à différents stades de croissance sur autant de plantes. Puis, grâce à des algorithmes spécifiques, ils ont réussi à reconstituer le film du développement complet des feuilles. Leurs résultats, publiés le 3 février dans la revue Quantitative Plant Biology, ont permis de mettre en évidence des étapes clés lors de la croissance des feuilles. Ces connaissances pourraient permettre d’optimiser la croissance des plantes à l’avenir. La méthodologie développée, simple à mettre en place et accessible, est potentiellement applicable à tout type d’organe végétal ou animal.

Le développement des organismes vivants est le résultat de multiples processus qui se coordonnent et interagissent dans le temps et l’espace tout au long de la croissance. Une seule fausse note dans cette symphonie délicate peut mener à des conséquences catastrophiques. Mais la partition précise est bien souvent inconnue des scientifiques. Pour l’étudier, la croissance des organes peut parfois être observée en temps réel grâce à des techniques avancées de microscopie. Seulement, ces approches sont peu adaptées aux observations sur le long terme, et elles peuvent aussi stresser l’organe et perturber son développement.  

Pour pallier ce problème, l'équipe IJPB "Modélisation et Imagerie Numérique" MIN en collaboration avec l'équipe "Facteurs de Transcription et Architecture" FTA a mis au point une méthode se basant sur la prise de vue de feuilles prélevées sur un grand nombre de plantes à tous les stades du développement. Les algorithmes mis au point attribuent ensuite un âge à chaque feuille. Puis le film du développement dans le temps est reconstitué grâce à la banque d’images générée et au logiciel libre d’accès MorphoLeaf qu’ils ont mis au point en 2016 avec l’ENS de Lyon. Le développement des feuilles de la plante modèle Arabidopsis thaliana a pu être précisément caractérisé grâce à cette méthode. Durant plusieurs semaines, les scientifiques ont prélevé régulièrement les feuilles de centaines de plantes sauvages ou de plantes ayant subi des mutations génétiques modifiant la forme de leurs feuilles. Un avantage important de cette méthode est qu’elle ne nécessite pas de matériel sophistiqué et peut donc être mise en œuvre facilement. Les prises de vue se ont été faites en utilisant un microscope standard pour les premiers stades (quand la feuille mesure moins d’un dixième de millimètre), tandis que les feuilles plus grandes (plusieurs centimètres) ont été simplement numérisées à l’aide d’un scanner à plat.

Arabidopsis thaliana en serre à différents stades de croissance des feuilles


Les films révélant précisément la croissance des feuilles ont permis d’identifier des événements clés du développement et de démontrer qu’il est indispensable de connaître l’agencement de ces événements dans le temps et l’espace pour comprendre le développement. Ils ont notamment démontré que des formes finales différentes, de souches sauvages et mutantes par exemple, peuvent avoir connu des premiers stades de développement identiques, mais que leurs trajectoires ont simplement divergé à partir d’un certain stade. La compréhension fine du développement des plantes pourrait permettre à l’avenir de mieux optimiser leur croissance. La méthodologie développée étant flexible et adaptable à tout type d’organe, y compris chez les animaux, elle pourra constituer un outil précieux dans les études visant à mieux comprendre le développement des organes et organismes.

Rejouer le développement de la feuille au cours du temps :