Establishment of the apico-basal and medio-lateral axes during the embryogenesis of the brown alga Saccharina latissima
Mise en place des axes apico-basal et médio-latéral durant l’embryogenèse de l’algue brune Saccharina latissima
Résumé
In all organisms developing a 3-D architecture, growth axes are generally established early in development (e.g. apico-basal and dorso/ventral axes). Brown algae belong to the Stramenopiles phylogenetic group, which is phylogenetically independent of plants, animals and fungi. They appeared "only" 250 million years ago, i.e. relatively recently compared with the emergence of plants and animals (~ 600-700 Mya). Despite a level of morphological complexity well below that of plants and animals, brown algae, and in particular kelps (family Laminariales), develop very large bodies (up to 30 meters long), whose organization is based on the establishment of structuring spatial axes. However, nothing is known about kelp embryogenesis. The aim of this project is therefore to study the establishment of longitudinal and lateral axes in the early stages of Saccharina algal embryo development, identifying their determinism and the cellular factors involved. The initial stages of Saccharina development are as follows (Figure 1): i) the Saccharina egg (brown) remains attached to the maternal tissue (gametophyte filaments, transparent cell). After fertilization, it elongates vertically, forming a stack of wide cells through parallel transverse cell divisions. This establishes the apico-basal axis. ii) In a second phase, the lateral axis is formed by cell divisions oriented at 90° to the preceding ones. This establishes the lateral axis. Both axes are maintained throughout the alga's life (adult organism). Project : he project concerns 4 developmental events identified as key stages in the early embryogenesis of Saccharina. a) establishment of a longitudinal axis in the zygote, b) polarization of the zygote, c) maintenance of the longitudinal axis in the embryo, d) establishment of a lateral axis in the embryo For each of these key stages, the questions are as follows: 1) what are the factors that trigger and control these stages ("signal" or "determinism")? For the early stages (zygote and very early embryo), we have discussed the role of the maternal environment, which in this case is limited to a dead cell holding the embryo attached to the female gametophyte. For later stages (embryos of 2 to 8 cells), we studied the role of each cell of the embryo itself in the cell fate of its neighbors.2) what are the milestones of these stages? These are both implementing ("constructor", "organizer") factors such as the cytoskeleton and the cell wall, and factors that herald the establishment of future cell fate and potential signaling pathways, as reflected in the transcriptome ("barcode"). Technically, the project relies mainly on laser ablation and manual excision, immunolocalization (cell wall and cytoskeleton organization) and laser capture microdissection followed by NGS (barcode). In conclusion, the project has provided the first molecular and cellular data on the mechanisms of axis establishment and polarization during embryogenesis of a brown alga of the Laminaria family at early post-zygotic stages.
Chez tous les organismes développant une architecture 3-D, des axes de croissance sont mis en place généralement au début du développement (par exemple, les axes apico-basal et dorso/ventral). Les algues brunes appartiennent au groupe phylogénétique des Stramenopiles qui est phylogénétiquement indépendant des plantes, des animaux et des champignons. Elles sont apparues il y a “seulement” 250 millions d’années, c’est-à-dire relativement récemment par rapport à l’émergence des plantes et des animaux (~ 600-700 Mya). Malgré un niveau de complexité morphologique bien inférieur à celui des plantes et des animaux, les algues brunes, et notamment les laminaires (famille des Laminariales) développent des corps de très grande taille (jusqu’à 30 mètres de long), dont l’organisation repose sur la mise en place d’axes spatiaux structurants. Pourtant, on ne sait rien de l’embryogenèse des laminaires. Ce projet a donc pour but d’étudier la mise en place des axes longitudinaux et latéraux dans les premiers stades du développement de l’embryon de l’algue Saccharina, en identifiant son déterminisme et les facteurs cellulaires impliqués dans sa mise en place. Les étapes initiales du développement de Saccharina sont les suivantes (Figure 1) : i) l’œuf (brun) de Saccharina reste attaché au tissu maternel (filaments du gamétophyte, cellule transparente). Après la fécondation, il s’allonge verticalement, et forme un empilement de cellules larges par des divisions cellulaires transversales parallèles. Il établit ainsi l’axe apico-basal. ii) dans un second temps, l’axe latéral est formé par division cellulaire orientée à 90° par rapport aux précédentes. Ceci établit l’axe latéral. Les deux axes sont maintenus pendant toute la vie de l’algue (organisme adulte). Projet : Le projet concerne 4 événements développementaux identifiés comme des étapes clés de l’embryogenèse précoce de Saccharina. a) établissement d’un axe longitudinal dans le zygote, b) polarisation du zygote, c) maintien de l’axe longitudinal dans l’embryon, d) établissement d’un axe latéral dans l’embryon Pour chacune de ces étapes clés, les questions sont les suivantes : 1) quels sont les facteurs qui déclenchent et contrôlent ces étapes (“signal” ou “déterminisme”) ? Pour les étapes précoces (zygote et embryon très précoce), nous avons abordé le rôle de l’environnement maternel, qui dans le cas présent se limite à une cellule morte maintenant l’embryon attaché au gamétophyte femelle. Pour les étapes ultérieures (embryon de 2 à 8 cellules), nous avons étudié le rôle de chaque cellule de l’embryon proprement dit dans le devenir cellulaire de leurs voisines. 2) quels sont les repères de ces étapes ? Il s’agit à la fois de facteurs de mise en œuvre (“constructeur”, “organisateur”) comme le cytosquelette, la paroi cellulaire, et de facteurs annonçant l’établissement du futur destin cellulaire et la voie de signalisation potentielle, comme le reflète le transcriptome (“code-barres”). Techniquement, le projet s’appuie principalement sur l’ablation au laser et l’excision manuelle, l’immunolocalisation (organisation de la paroi cellulaire et du cytosquelette) et la microdissection par capture laser suivie de NGS (barcode). En conclusion, le projet a fourni les premières données moléculaires et cellulaires sur les mécanismes d’établissement et de polarisation des axes au cours de l’embryogenèse d’une algue brune de la famille des Laminaires à des stades précoce post-zygotiques.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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