Équipes de recherche

Différenciation et polarité cellulaire

DIPOL 9 membres

Ingénierie et biologie synthétique
Le groupe DIPOL a développé plusieurs projets de recherche en recherche translationnelle pour développer un nouveau modèle de culture des oléagineux dans le cadre d'une agriculture plus durable.

L'objectif est d'utiliser une large gamme d'approches pour modifier et améliorer différents caractères des plantes utiles pour élargir les utilisations finales allant de la nutrition et la santé à l'agro-écologie. La recherche sur Arabidopsis dans le groupe DIPOL a identifié plusieurs lipides (acides gras et sphingolipides) pouvant avoir un intérêt potentiel pour améliorer le rendement et la qualité de l'huile. La culture oléagineuse Camelina sativa, une espèce de Brassicae facile à transformer et à extraire de l'huile, a été utilisée pour évaluer les résultats obtenus chez Arabidopsis.
Fleurs de cameline
Les projets en cours se focalisent sur la modification de l'accumulation des lipides dans l'huile, le raccourcissement du temps de floraison et le développement d'une plante " sentinelle " pour le suivi environnemental.
Concevoir de nouveaux profils d'huile chez Camelina : de l'ingénierie métabolique à l'évaluation au champs. La désaturation de l'acide oléique par les désaturases FAD2 et FAD3 permet la synthèse de l'acide linoléique (oméga 6) et de l'acide linolénique (oméga 3). Une mutagenèse sélective et ciblée des trois gènes de la delta-12-désaturase FAD2 a été réalisée chez Camelina sativa par édition de gènes (CRISPR-Cas9), fournissant une grande diversité de lignées avec différents profils lipidiques, allant de 10 % à 62 % d'accumulation d'acide oléique dans l'huile (Morineau et al. 2017). L'impact de la réduction des acides gras polyinsaturés sur le développement des plantes et la réponse au stress sont actuellement étudiés.

Des approches de biologie synthétique sont également en cours pour canaliser des acides gras spécifiques dans l'huile. Il s'agit de stratégies innovantes combinant l'amélioration du métabolisme par multiplex CRISPR et l'assemblage enzymatique synthétique. De nouvelles combinaisons d'enzymes et de mutants sont maintenant testées pour obtenir une large gamme de profils d'huile. L'objectif principal est de produire des plantes de caméline avec des profils d'acides gras pour de nouveaux usages avec des lipides adaptés.

Le développement de nouveaux caractères nécessite une validation au champ pour évaluer leur pertinence dans des conditions agronomiques réelles.

Les plants de caméline édités ont été évalués en 2018 et 2019 en essais au champ pour la première fois en Europe (Faure et Napier 2018).
La qualité de l'huile pourrait avoir un impact important sur la santé humaine et animale. En particulier, les bénéfices potentiels des sphingolipides végétaux accumulés dans les graines pour la nutrition et la santé animale ont été évalués pour la première fois dans le cadre du projet NUTRICAM financé par AgroParisTech. Des graines de caméline au profil en sphingolipides très contrasté ont été utilisées pour évaluer pour la première fois leurs effets sur le syndrome métabolique et l'inflammation intestinale chez la souris (Hermier et al. 2020).

Concevoir des Camélines à floraison précoce. Le court cycle de vie de la caméline ouvre des possibilités particulièrement intéressantes de double culture qui auraient des avantages agro-écologiques positifs : par exemple réduire l'érosion des sols; augmenter l'agrobiodiversité. La combinaison d'approches de sélection traditionnelle et de mutagenèse par CRISPR a permis d'identifier plusieurs nouvelles lignées de caméline à floraison précoce qui devront être évaluées dans diverses conditions de culture.


Mettre au point des capteurs abiotiques et biotiques pour la surveillance de l'environnement. L'utilisation de la technologie brevetée OPIOM a permis la détection à distance de la fluorescence même en plein jour (Querard et al. 2017, Zhang et al. 2019). Cette technologie pourrait maintenant être utilisée pour surveiller les changements environnementaux abiotiques et biotiques et pour fournir une évaluation quantitative et spécifique en temps réel de l'état physiologique des cultures.


Identité cellulaire, reprogrammation, régénération
La remarquable capacité des plantes à régénérer de nouveaux individus repose en grande partie sur leur aptitude à spécifier de nouvelles niches de cellules souches pour établir de novo des méristèmes apicaux. L'initiation d'un méristème apical (SM) est une étape clé dans de nombreuses méthodes de régénération de plantes adultes fidèles à leur type à partir de tissus cultivés in vitro. Dans ce contexte, des données convergentes suggèrent que l'initiation du méristème apical ne nécessite pas toujours une dédifférenciation mais peut également se faire par trans-différenciation, c'est-à-dire par la transition directe de types cellulaires dans d'autres. Par exemple, notre laboratoire a récemment montré que les primordia latéraux de la racine d'Arabidopsis thaliana (LRP) peuvent être convertis en méristème apical de bourgeon. Nous avons récemment découvert que le changement d'identité des organes reposait sur une niche de cellules souches de racine ainsi que les couches cellulaires environnantes qui sont recrutées pour former le nouveau méristème apical par des divisions cellulaires actives et coordonnées. Les différentes transitions de l'identité de ces cellules semblent être la force motrice de la régénération.

1) la polarité et la (ré)-organisation de l'identité cellulaire. L'information positionnelle qui spécifie les identités cellulaires semble être régie par la distribution précise et dynamique des protéines transporteur d'efflux de l'auxine (comme la protéine PIN1) qui contrôle les flux directionnels hormonaux tout au long du processus de conversion. L'évolution dynamique des gradients d'auxine pourrait indiquer des changements d'état cellulaire qualitativement différents qui redéfinissent progressivement les identités cellulaires pour orchestrer la position de la nouvelle niche de cellules souches des bourgeons.
2) La conversion des méristèmes est un système unique pour étudier la morphogenèse et peut être exploitée pour répondre à un certain nombre de questions fondamentales concernant les mécanismes cellulaires et moléculaires de la détermination du devenir des cellules et de la reprogrammation cellulaire, ou la découverte de nouveaux régulateurs capables de conférer un potentiel régénérateur aux espèces végétales récalcitrantes.
Outils : Hybridation in situ 3D, immunolocalisation.

La nature dynamique du processus de conversion nécessite le développement d'approches modernes comme les techniques d'imagerie 3D+temps, analyse sur cellulaire unique, l'ablation spécifique des cellules par microdissection laser, dispositifs microfluidiques pour étudier la conversion in vivo des méristèmes.


Régulation du métabolisme lipidique localisé au niveau du réticulum endoplasmique et tolérance au stress
Chez les cellules eucaryotes, le réticulum endoplasmique (RE) est le siège de la synthèse, du repliement et de la maturation de la majorité des protéines sécrétées, qu’elles soient solubles ou membranaires ; ce qui représente près d’un tiers des protéines de la cellule. C’est également au niveau de cet organite qu’ont lieu la synthèse et la modification de plusieurs familles de lipides, telles que les acides gras à très longues chaînes, les phospholipides, les sphingolipides ou encore les triglycérides constitutifs des huiles. Dans les cellules végétales, la coordination de ces deux types de métabolisme (lipidique et protéique) garantit l’homéostasie du RE. Dans ce contexte, nous nous intéressons à l’impact des stress biotiques et abiotiques sur les régulations de la biosynthèse des protéines et des lipides du RE et cherchons à les comprendre en utilisant le modèle Arabidopsis thaliana. Inversement, nous utilisons des mutants qui présentent une perte d’homéostasie protéique ou lipidique pour appréhender le rôle de ces changements métaboliques dans la tolérance aux stress.
 
Différenciation et polarité cellulaire

Responsable :

Jean-Denis Faure
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