Letteratura scientifica selezionata sul tema "Thigmomorphogeneses"

Environmental mechanical forces, such as wind and touch, trigger gene-expression regulation and developmental changes, called “thigmomorphogenesis,” in plants, demonstrating the ability of plants to perceive such stimuli. In Arabidopsis, a major thigmomorphogenetic response is delayed bolting, i.e., emergence of the flowering stem. The signaling components responsible for mechanotransduction of the touch response are largely unknown. Here, we performed a high-throughput SILIA (stable isotope labeling in Arabidopsis)-based quantitative phosphoproteomics analysis to profile changes in protein phosphorylation resulting from 40 seconds of force stimulation in Arabidopsis thaliana. Of the 24 touch-responsive phosphopeptides identified, many were derived from kinases, phosphatases, cytoskeleton proteins, membrane proteins, and ion transporters. In addition, the previously uncharacterized protein TOUCH-REGULATED PHOSPHOPROTEIN1 (TREPH1) became rapidly phosphorylated in touch-stimulated plants, as confirmed by immunoblots. TREPH1 fractionates as a soluble protein and is shown to be required for the touch-induced delay of bolting and gene-expression changes. Furthermore, a nonphosphorylatable site-specific isoform of TREPH1 (S625A) failed to restore touch-induced flowering delay of treph1-1, indicating the necessity of S625 for TREPH1 function and providing evidence consistent with the possible functional relevance of the touch-regulated TREPH1 phosphorylation. Taken together, these findings identify a phosphoprotein player in Arabidopsis thigmomorphogenesis regulation and provide evidence that TREPH1 and its touch-induced phosphorylation may play a role in touch-induced bolting delay, a major component of thigmomorphogenesis.

ABSTRACT Climbing Epipremnum aureum plants develop larger leaves than unsupported, hanging plants. This effect may be regarded, in part, as a thigmomorphogenic response, but gravimorphogenetic effect may also be involved, since polar auxin transport is known to be negatively affected in plants with horizontal or hanging stems, which may result in an altered hormone balance at the whole plant level. The present work was aimed at studying how exogenous auxins and cytokinins may influence growth of E. aureum rooted cuttings under different training systems. Rooted cuttings of E. aureum were cultivated either climbing on an upright wooden board or creeping on the glasshouse bench or hanging from a basket. All leaves of each plant were sprayed to run-off at sunset with four indole-3-acetic acid (IAA) doses 7 days after transplanting and one week later, with four benzylaminopurine (BAP) concentrations, rendering 16 hormone combination treatments. The application of IAA or BAP at 50 mg L-1 to creeping and hanging plants significantly promoted growth but, in climbing plants, a negative effect was generally observed. Changes in net assimilation and photosynthetic rates, together with modified allometric coefficients, accounted for these responses. The higher growth promotion by exogenous growth regulators observed in creeping or hanging plants compared to climbing plants, may be interpreted mostly as a gravimorphogenetic response.

Caracterisation des repercussions d'un stimulus mecanique sur le metabolisme phenolique et evaluation de l'impact des effets observes sur le ralentissement de croissance des entre-noeuds. Precision sur le metabolisme de l'ethylene et le mode d'intervention de ce regulateur de croissance dans la thigmomorphogenese

Si l'accès aux ressources telles que la lumière ou l'eau détermine le potentiel de croissance des arbres, l'allocation de la biomasse produite est fortement influencée par les stimulus mécaniques perçues par la plante. La réponse des arbres aux stimulus mécaniques tels que ceux induits par le vent est appelée thigmomorphogénèse. Cette réponse a surtout été étudiée sur de très jeunes plants en conditions contrôlées, et seulement peu en conditions naturelles. Cette étude est la première à étudier la croissance d'un arbre dans un peuplement de feuillus ayant pour objectif de quantifier l'importance de l'effet thigmomorphogénétique en tant que facteur de croissance dans un contexte sylvicole. Pour ce faire, quarante arbres répartis en quatre groupes de dix arbres chacun ont été sélectionnés dans un peuplement dense de F. sylvatica L. âgé de 35 ans. Chaque groupe était soumis à un des traitements suivants : éclaircie sans haubanage, éclaircie avec haubanage, haubanage et témoin.En ce qui concerne l'allocation de la croissance, les résultats montrent que 45% de la croissance volumique du tronc ainsi que 61% de la croissance radiale des racines des arbres éclaircis sont dus aux stimuli mécaniques induits par le vent. Par ailleurs, la distribution de la surface des cernes suivant la hauteur de l'arbre est sous un fort contrôle mécanosensitif. A l'opposé, aucun effet des sollicitations mécaniques ni de l'éclaircie n'a été observé sur la croissance axiale. Concernant l'anisotropie circonférentielle de la croissance, l'étude ne permet pas de mettre en évidence un effet thigmomorphogénétique, malgré l'identification des secteurs dominants pour les vents et les déformations fortes. L'hypothèse avancée est que la variabilité directionnelle des déformations perçues est trop grande pour induire une réaction de croissance orientée dans une direction précise comme c'est le cas en conditions contrôlées
While the tree growth potential is mainly determined by access to resources such as light or water, the distribution of produced biomass is under strong biomechanical control. The tree response to mechanical stimuli such as those induced by wind is called thigmomorphogenesis. This response has been mainly studied on very young trees under controlled condition, and only rarely in natural condition. This is the first study dealing with the tree growth in a broadleaf stand aiming to quantify the importance of thigmomorphogenetic effect as a growth factor in the silvicultural context. The experimental set-up includes forty trees divided into four groups of ten trees selected in a dense 35yrs old F. sylvatica L .stand. Each group was submitted to one of following treatments: thinning without guying, thinning with guying, guying only and controls.Considering the thigmomorphogenetic effect on the biomass allocation inside the tree, our results show that 45% of the stem volume growth and 61% of the root radial growth of thinned trees are due to wind-induced mechanical stimuli. Further, the distribution of tree ring area along the tree stem is under strong mechanosensitive control. In contrast, no effect of mechanical stimuli or thinning was observed on axial growth. Considering the explanation of the circumferential growth anisotropy, our results do not highlight a thigmomorphogenetic effect despite the identification of dominant sectors for strong winds and strains. The hypothesis put forward is that the directional variability of perceived strains is too high to induce a strongly directional growth response as it is usually the case under controlled conditions

Une stimulation mecanique effectuee sur un entre-nud jeune de bryonia dioica provoque une delocalisation tres rapide de l'ion calcium lie a la membrane plasmique (30 secondes apres le stimulus). La recherche de proteines mediatrices du signal calcium a conduit a l'etude de proteines se fixant aux phospholipides des membranes de facon calcium-dependante: les annexines. L'extraction de ces proteines est basee sur la reversibilite de leur accrochage aux phospholipides acides des membranes a l'aide de chelateurs de l'ion calcium. Une proteine de 35 kda a ete utilisee pour l'obtention d'anticorps polyclonaux qui reconnaissent, en plus de la proteine p35, d'autres proteines de 23, 33 et 68 kda dont les poids moleculaires correspondent a des annexines vegetales connues. Les proteines p33 et p35 sont reconnues par des anticorps anti-annexines-like de mais. Une etude immunocytochimique montre une delocalisation des annexines du cytosol vers les membranes, 30 minutes apres la stimulation mecanique. Parallelement, une analyse biochimique, comparant la repartition membranaire des annexines a la suite du signal, a ete effectuee par electrophorese en flux continu suivie d'un test elisa. Un immuno-marquage sur membrane de nitrocellulose a montre que la p35 avait la meme localisation membranaire chez les plantes temoins et irritees, au contraire, la p33 n'est presente que chez les plantes irritees. L'ensemble des donnees montre que la proteine p33 de la bryone intervient dans la mediation du signal calcium a la suite d'un stimulus mecanique

Une stimulation mecanique appliquee sur de jeunes entre-nuds de bryone provoque une inhibition de la croissance longitudinale et une stimulation de la croissance radiale. L'etude des evenements precoces deja connus, liee a la reception et la transduction du signal dans les cellules suggere une intervention du plasmalemme dans le phenomene. Le stimulus induit rapidement au sein de la membrane plasmique une baisse de l'ordre moleculaire et une augmentation de la fluidite lipidique globale (determines par polarisation de fluorescence). Celle-ci resulte a la fois d'un accroissement de la diffusion laterale (evaluee par spectroscopie de fluorescence) et du gradient transverse de fluidite en fonction du nombre de carbones (determine par polarisation de fluorescence et resonance paramagnetique electronique). Ces phenomenes sont correles avec des changements des constituants du plasmalemme et font ressortir le role preponderant tenu par les acides gras dont le degre d'insaturation s'eleve et par les tetes polaires des phospholipides; le taux de phospholipides ayant un caractere fluidifiant augmentant. D'autre part, la baisse de l'energie d'activation des le stimulus mecanique, traduit une perte d'aptitude intrinseque du plasmalemme a modifier sa fluidite. Par ailleurs, l'augmentation du degre d'ordre et la diminution de la fluidite lipidique 36 heures apres le signal seraient des signes de la senescence precoce observee chez les plantes stimulees. La discussion montre que la variation de la dynamique lipidique et de l'ordre moleculaire: i) peut etre modulee par le glycocalix et le cytosquelette, ii) joue un role preponderant dans la reception et la transduction du signal

Le travail presente dans ce memoire tente de preciser le role joue par les membranes et les ions mineraux (calcium et lithium plus particulierement) dans le controle de la thigmomorphogenese de la bryone. La thigmomorphogenese de la bryone est mimee par une concentration elevee en calcium et partiellement inhibee par le lithium, le cobalt ou un chelateur du calcium, l'egta. L'apport de chlorure de lithium ou d'egta a la solution nutritive augmente la fluidite du plasmalemme. Ce travail s'est ensuite oriente vers l'etude de deux activites enzymatiques membranaires susceptibles d'intervenir dans le retour de la cellule vegetale a l'etat de repos. Une stimulation du transport microsomal de calcium est observee et resulte de l'activite accrue d'une ca#2#+-atpase et d'un antiport h#+/ca#2#+. La stimulation de l'activite ca#2#+-atpase est correlee avec une redistribution cellulaire de la calmoduline en faveur des membranes. Dans les echantillons irrites, l'activite k#+, mg#2#+aptase associee au plasmalemme est inhibee des le signal mecanique, puis elle est stimulee pendant les deux heures suivantes. La participation de cette activite enzymatique a des transports d'ions (protons, potassium, calcium) est suggeree. De plus, des variations globales d'atp et de la charge energetique ont ete observees en relation avec les activites membranaires citees precedemment. L'importance des interactions entre lipides et proteines membranaires dans la regulation de l'activite des enzymes ainsi que l'impact possible du stress mecanique sur l'expression du genome sont envisages dans la discussion

Un stimulus mecanique realise sur de jeunes entre-nuds de bryone induit une inhibition de la croissance longitudinale et une stimulation de la croissance radiale. Ces changements morphologiques lies des la stimulation a une acceleration du processus de lignification (augmentation de l'activite des peroxydases, de la pal) et a une flambee d'ethylene laissent entrevoir des modifications rapides de l'expression du genome. Dans une premiere partie, la regulation de l'expression genetique a ete abordee par l'etude de la methylation de l'adn. Les resultats ont montre une chute du niveau de methylation (passant de 25% a 0% moins d'une heure apres le signal) et un retour au taux initial dans les trois heures. De plus, une demethylation progressive de l'adn a ete observee dans les entre-nuds de plus en plus ages le long d'une tige temoin. Un traitement des plantes par deux inhibiteurs de la methylation de l'adn a ete entrepris: la 5-azacytidine induit des changements biochimiques et morphologiques comparables a ceux observes apres le stimulus, tandis que la 5-azacytosine ne montre pas de difference par rapport aux plantes temoins. Dans une seconde partie, nous avons essaye de relier les changements de methylation avec d'eventuelles syntheses d'arnm specifiques. Une augmentation des arnm codant pour l'ubiquitine, la cyclophiline et une hsp a ete observee apres le signal. Une banque d'adnc a ete construite et un clone complet d'adnc de calmoduline a ete isole, sequence et son expression analysee. Une synthese maximale est observee 30 minutes apres le stimulus. L'importance de la methylation de l'adn dans la regulation genetique ainsi que le role du calcium et des calciproteines sont commentes dans la discussion en relation avec les modifications de l'environnement

Les arbres, enracinés au sol, adaptent leur développement à leur environnement fluctuant et en particulier aux conditions mécaniques imposées en permanence par le vent. Les tempêtes des dernières décennies ont mis en lumière le rôle majeur, pour la survie à long-terme des arbres, du processus d’acclimatation aux contraintes mécaniques dues au vent. Au premier ordre, le vent exerce principalement des efforts de flexion répétés sur les branches et tiges des arbres qui tendent à osciller pendant les épisodes venteux. Ces flexions entrainent une modification de la croissance des arbres en hauteur, en diamètre ou au niveau du système racinaire mais également la formation d’un bois à l’anatomie et aux propriétés particulières ; lequel est désigné par le terme « bois de flexion ». Au cours de ces travaux de thèse, nous avons développé des dispositifs expérimentaux originaux nous permettant, d’une part, d’appliquer des traitements de flexions unidirectionnelles répétées sur des tiges de jeunes peupliers, en contrôlant l’amplitude des déformations appliquées à la tige, et d’autre part, de contrôler différents niveaux de stress hydrique. Les suivis de croissance pendant une saison de végétation complète ont montré que l’acclimatation mécanique des arbres est un processus qui, bien que très couteux en matière de construction de biomasse, s’avère primordial et se met en place même lors de conditions de stress hydrique sévère. De plus, nous avons pu démontrer que l’augmentation de biomasse liée à cette acclimatation s’effectue principalement dans les zones où les déformations tissulaires sont les plus fortes ; conduisant ainsi à des géométries de sections particulières qui accroissent considérablement la rigidité de flexion des tiges. Une modélisation mécanique par éléments finis a aussi permis de révéler que ces configurations issues de l’acclimatation conduisent à une meilleure répartition des contraintes mécaniques, en abaissant en particulier l’intensité des contraintes maximales de compression subies par le bois. Afin de descendre dans les échelles spatiales, nous avons développé des outils et des méthodes de caractérisation originaux qui ont permis de mesurer, au niveau tissulaire, l’impact des différents types de sollicitations (compression et/ou traction répétées), engendrées au cours d’une flexion de tige, sur les propriétés hydrauliques et mécaniques du bois vert ; tant du point de vue des propriétés usuelles (comportement élastique, conduction hydraulique) que du point de vue des fonctions de sécurité (rupture, sensibilité à la cavitation, …). Nous avons alors pu mettre en évidence le comportement singulier du bois formé sous sollicitations de compressions répétées qui montre en particulier une nette augmentation de sa capacité à subir des déformations importantes avec un endommagement très réduit. L’ensemble des résultats expérimentaux et de modélisation aux échelles tissulaires comme de l’organe entier, indique que les acclimatations de la croissance secondaire et des propriétés intrinsèques du matériau bois procurent un bénéfice mécanique pour la pérennité de l’arbre dans son environnement venteux fluctuant
Trees, anchored in the ground, adjust their development to their fluctuating environment and particularly to the mechanical conditions daily imposed by wind. Storms of last decades enlightened that acclimation of trees to mechanical stresses due to wind is a vital requirement for their long-term survival. Wind mainly leads to repeated bending of the branches and stems of trees that swing during windy events. These bending cause a modulation of trees growth in height, in diameter or at the level of the root system but also imply the formation of a wood with specific anatomy and properties; this wood was defined as “Flexure wood”. In our work, we developed original experimental setups in order to apply a treatment of repeated unidirectional bending to the stem of young poplars, while controlling the magnitude of the strains applied to the stem. The setup controlled different levels of hydric stress too. The monitoring of the growth during a growing season showed that the mechanical acclimation is a process that, although costly in terms of biomass construction, turns out to be essential and takes place even under severe hydric stress. Besides, we demonstrated that the increase of biomass, linked to this acclimation, is mainly provided in the areas where tissue strains are the highest; leading to specific cross-section geometries that considerably increase the stem bending rigidity. A mechanical modelling using Finite Elements also enlightens that these configurations, due to acclimation, lead to a better distribution of mechanical stresses, especially by decreasing the intensity of maximal compressive stresses endured by wood. In order to investigate the microscopic scale, original experimental devices were developed at the tissue scale to measure the effect of different mechanical stresses (repeated compression and/or tension), applied by stem bending, on the hydraulic and mechanical properties of green wood; as much in terms of usual properties (elastic behaviour, hydraulic conduction) as in terms of security functions (rupture, sensibility to cavitation, …). Thus, we enlighten the specific behaviour of wood formed under repeated compressive stresses that shows a significant increase of its ability to withstand high levels of strains with a very reduced damaging. The whole experimental and modelling results, as much at the tissue scale as at the tree scale, points out that the acclimations of secondary growth and wood properties provide a mechanical benefit for tree sustainability in its fluctuating windy environment

Les tempêtes sont de loin la première cause de dégâts pour les arbres. Toutefois ceux-ci ne font pas que subir passivement le vent. Ils perçoivent leurs propres déformations sous l'effet du vent (comme de toute force externe) et y répondent en modifiant leur croissance et les propriétés mécaniques de leurs tissus. Mais ce processus, appelé thigmomorphogénèse, a surtout été étudié sur de très jeunes arbres en conditions contrôlées. Cette thèse vise à étendre pour la première fois cette étude à l'échelle d'un peuplement forestier afin de comprendre comment des arbres adultes s'acclimatent au vent en conditions naturelles en adaptant leur croissance. Elle s'appuie sur un dispositif expérimental mis en place dans un peuplement régulier de hêtre (Fagus sylvatica) non éclairci. La vitesse du vent, les déformations longitudinales et la croissance radiale de quinze paires d'arbres de dimension et d'exposition au vent contrastées (et regroupés selon leur statut social dominant ou dominé) ont été suivies pendant une année. En contrôlant l'intensité des déformations subies, par haubanage ou à l'aide de flexions artificielles, nous avons pu démontrer que les arbres ne répondent qu'à des stimulations mécaniques provoquées par des vents suffisamment forts ayant un temps de retour supérieur à la semaine. Cette réponse se traduit par contre par une très forte augmentation de leur croissance radiale et suit une loi de mécano-perception commune à l'ensemble des arbres, quelle que soit leur taille. Nous avons ensuite étudié les conséquences de la régulation des déformations sur le dimensionnement mécanique des arbres et leur risque d’endommagement. Il s'avère que malgré des dimensions et des expositions au vent contrastées, le régime de déformation reste uniforme entre les hêtres du peuplement, en accord avec l'hypothèse d'un dimensionnement mécanique optimal souvent inférée mais jamais validée dans son mécanisme. Finalement, les équations constitutives d'un possible modèle de croissance dépendant du vent sont proposées et discutées
Storms are by far the major hazard damaging the trees. However, trees do not just behave passively in the wind. They sense their own strains under the influence of an external force such as wind andrespond by modifying their growth and the mechanical properties of their tissues. But this process, called thigmomorphogenesis, has mainly been studied in very young trees in controlled conditions. This thesis aims to expand for the first time such studies at the scale of a forest stand in order to understand how adult trees acclimate to the wind in natural conditions by adapting their growth. It relies on an experimental set up in a regular stand of beech (Fagus sylvatica) which have never be thinned. The wind speed, the longitudinal strains and the radial growth of fifteen pairs of trees with contrasted sizes and wind exposures (split into two social status, dominant and suppressed trees) were monitored for one year. By controlling the strain intensity experienced by the trees, either by guying or by additional bendings, we show that the trees respond only to mechanical stimulation caused by rather strong winds with a return period higher than a week. This response leads however to a very strong increase in radial growth. And it follows a law of mecano-sensing uniform among the trees, regardless of their sizes. We then studied the effects of the strain regulation on the mechanical design of the trees and the potential risk of stem breakage. Despite the contrasted sizes and wind exposures, the strain regime remained uniform within the beech stand, in agreement with the hypothesis of an optimal mechanical design often inferred but never validated in its mechanism. Finally, the constitutive equations of a possible growth model dependent on wind are proposed and discussed

Climate change culminating in increased temperature, sea-level rise, flooding amidst strong winds and heavy rainfall cause mechanical stress (MS) that affects the habitat of several plant species. In response, plants activate a plethora of molecular and physiological processes that alter their architecture causing a phenomenon referred to as thigmomorphogenesis. Plants develop thicker stem, smaller leaves, reduced height and overall increased in tensile strength. These alterations facilitate forest trees to survive windthrows and mitigate subsequent stress. Plants can desensitise their molecular response to repetitive MS, as an adaptive mechanism to prevent unwanted thigmomorphogenesis. Plants may want to ‘remember’ MS since it is natural ubiquitous stress stimuli that occur daily, be it from insect feeding, high winds, animal stamping or heavy rainfall. For more than a century, in Japan and China, stamping on crops, as a form of MS has been used to harden crops against extreme weather changes, pathogens, insect herbivory and to increase yield, a practice known as ‘mugifumi’. However, the molecular mechanisms involved in MS-induced morphological changes, phytohormone regulation and gene regulation that promote stress acclimation are unclear. In this thesis, I unraveled how MS regulates the cross-talk between Jasmonic acid (JA), salicylic acid (SA) and gibberellic acid (GA) to affect thigmomorphogenesis and plant immunity. I showed that epigenetic processes such as permissive histone lysine methylation, DNA methylation, and RNA dependent DNA methylation pathways can mediate thigmomorphogenesis. Understanding these mechanisms can help farmers adopt MS as a sustainable agricultural practice to harden crops in modern agricultural systems (glasshouses and in commercial farms) in light of changing climatic conditions and to reduce the effect of pesticides on the environment.