Insights into the embryo/endosperm interface in Zea Mays and Arabidopsis thaliana - Thèses de l'ENS de Lyon Access content directly
Theses Year : 2019

Insights into the embryo/endosperm interface in Zea Mays and Arabidopsis thaliana

Étude de l’interface embryo/albumen chez Zea Mays et Arabidopsis thaliana

Nicolas Doll

Abstract

Angiosperm seeds comprise two zygotic compartments generated by double fertilization: the embryo, which will give the future plant, and the endosperm which surrounds and nourishes the embryo. Harmonious seed development requires the coordination and cooperation of these two compartments, implicating an intricate and sustained communication at their interface. The aim of this thesis was to characterize some of the important characteristics of this interface in the two model species Arabidopsis thaliana and maize (Zea Mays). The embryo/endosperm interface is formed by the external cell layers of the embryo and by the endosperm cells immediately adjacent to the embryo. These cell populations contribute to specific apoplastic structures such as the embryonic cuticle and the embryo sheath in Arabidopsis. However, little is known about this interface in maize. In a first part of this thesis, transcriptomic analysis of embryo/endosperm interface in maize coupled with in situ hybridization has led to the identification of a new endosperm domain composed of endosperm cell layers in immediate contact with the expanding embryo, and potentially involved in nutrient movement between the two tissues. A reverse genetics approach has been developed based on CRISPR/Cas9 technology to target candidate genes potentially involved in embryo/endosperm communication. In the second part of the thesis, the function and characteristics of the embryo sheath, produced by the endosperm and deposited on embryo surface, have been investigated in Arabidopsis. The maintenance of the sheath on seedlings post germination has been demonstrated, contradicting the classical view that the cuticle forms the most external structure on the seedling at germination. Atomic force microscopy and phenotypic characterization of mutants demonstrate the strong anti-adhesive properties of the sheath, which facilitate cotyledon escape during germination. In a last part of the thesis, the apoplastic signalling pathway controlling cuticle integrity in Arabidopsis has been completed by the identification of a peptide, produced by the embryo, and cleaved by an endosperm-specific protease, which binds to receptors at the embryo surface, leading to the closure of gaps in the cuticle and the generation of a continuous and functional structure.
La graine est une structure de dissémination et de résistance jouant un rôle clé dans la vie de la plante. L’arabette des dames (Arabidopsis thaliana) et le maïs (Zea Mays) sont deux espèces modèles étudiées pour le développement de la graine. Leurs graines possèdent deux compartiments filiaux : l’embryon (la future plante) et l’albumen (un compartiment de réserves). Le développement normal de la graine passe par une coordination entre ces deux compartiments qui implique des communications étroites (nutritionnelles, signalisations) à leur interface. L’interface embryon/albumen est constituée des couches cellulaires externes de l’embryon et de l’albumen ainsi que de structures apoplasmiques les séparant telles que la cuticule et la gaine embryonnaire chez l’arabette. Dans une première partie, une analyse transcriptomique des tissus à l’interface embryon/albumen chez le maïs a permis d’identifier une nouvelle région se composant des couches d’albumen amylacé au contact de l’embryon. En parallèle, nous avons utilisé la technologie CRISPR/Cas9 pour cibler des gènes candidats potentiellement impliqués dans la communication albumen/embryon. Dans une seconde partie, la fonction et les caractéristiques de la gaine embryonnaire, produite par l’albumen et déposée à la surface de l’embryon ont été étudiées chez l’arabette. Nous avons montré que cette structure se maintient sur la plantule après germination ce qui va à l’encontre de la vision classique considérant la cuticule comme la couche la plus externe de la jeune plantule. Une approche de microscopie à force atomique couplée à des caractérisations de mutants, a permis de montrer que cette gaine a de fortes propriétés antiadhésives aidant à la germination. Dans une dernière partie, la voie de signalisation permettant le contrôle de l’intégrité de la cuticule chez l’arabette a été complétée par la découverte d’un peptide, produit par l’embryon, clivé dans l’albumen et liant des récepteurs dans l’embryon déclenchant la fermeture des trous de la cuticule et la formation d’une structure continue et fonctionnelle.
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Dates and versions

tel-04435039 , version 1 (05-02-2024)

Identifiers

Cite

Nicolas Doll. Insights into the embryo/endosperm interface in Zea Mays and Arabidopsis thaliana. Life Sciences [q-bio]. ENS de Lyon, 2019. English. ⟨NNT : 2019LYSEN015⟩. ⟨tel-04435039⟩
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