Fiche de révision : Développement des végétaux supérieurs

📋 Plan du Cours

1. Spécificités du développement végétal
2. Cycle de vie des angiospermes
3. Croissance et développement végétal
4. Méristèmes et cellules souches
5. Différenciation cellulaire végétale
6. Expression génique spécifique des cellules
7. Transgenèse et gènes rapporteurs
8. Croissance et formation des organes
9. Divisions cellulaires et différenciation
10. Expansion et élongation cellulaires
11. Totipotence et culture in vitro

📖 1. Spécificités du développement végétal

🔑 Notions clés & Définitions

• Géotropisme : Croissance de la racine vers le sol quelle que soit l’orientation de la graine.
• Thigmotropisme : Réorientation de la croissance à la suite d’un contact avec un objet.

★ À maîtriser

📌 Chez les animaux, l’embryon est une forme juvénile, tandis que chez les plantes terrestres, l’embryon ressemble à un adulte de taille réduite.

📌 Chez les animaux, l’ontogenèse se déroule principalement pendant l’embryogenèse, tandis que chez les plantes terrestres, elle se poursuit au-delà de l’embryogenèse.

• L’essentiel du développement des plantes se déroule après l’embryogenèse, l’embryon constituant une forme juvénile.

• Aucune lignée germinale n’est établie pendant l’embryogenèse végétale ; les cellules germinales se différencient dans la fleur de la plante adulte.

• Les plantes sont des organismes fixés dont le développement est fortement affecté par les facteurs de l’environnement, notamment les effets mécaniques du vent et les effets trophiques.

Compléments

• Chez les animaux, les lignées germinales sont déterminées pendant l’embryogenèse, tandis que chez les plantes terrestres, elles sont déterminées au cours du développement adulte.

• Les cellules animales sont mobiles, tandis que la mobilité des cellules végétales constitue une exception.

• Les animaux présentent un stade haploïde unicellulaire, tandis que les plantes terrestres présentent un stade haploïde pluricellulaire.

• Chez les végétaux, des cellules du méristème apical se divisent, donnent naissance aux fleurs, puis les cellules germinales se différencient dans celles-ci.

• Les plantes perçoivent notamment :

  • la lumière
  • les sollicitations mécaniques : toucher, vent et gravité
  • la température
  • la présence ou l’absence d’eau
  • la chimie du sol

• En réponse aux signaux du milieu, les plantes peuvent produire des nasties, modifier leur croissance par des tropismes, adapter leurs rythmes de vie et adapter continuellement leur métabolisme.

💡 Astuce mémo

Embryon animal juvénile, plante adulte encore en construction

📖 2. Cycle de vie des angiospermes

★ À maîtriser

• Le cycle de vie d’une angiosperme comprend :
  • le développement embryonnaire
  • le développement végétatif
  • le développement reproducteur

• Chez l’angiosperme, le grain de pollen est le gamétophyte mâle haploïde et le sac embryonnaire est le gamétophyte femelle haploïde.

• Chez l’angiosperme, la double fécondation unit un gamète mâle à l’oosphère pour former un zygote diploïde et un autre gamète mâle aux deux noyaux polaires pour former l’albumen triploïde.

Compléments

• L’embryon se développe à partir du zygote et l’ovule évolue en graine.

• Après la dissémination du pollen, le grain de pollen germe et la cellule générative se divise dans le tube pollinique pour former les deux gamètes mâles.

💡 Astuce mémo

Pollen et sac embryonnaire → double fécondation → embryon et albumen

📖 3. Croissance et développement végétal

🔑 Notions clés & Définitions

• Développement végétal : Acquisition de la taille, de la forme et de l’architecture finale de la plante, impliquant la croissance, la morphogenèse et la différenciation cellulaire.
• Croissance : Augmentation irréversible de la taille résultant des divisions cellulaires, ou mérèse, et de l’augmentation de taille des cellules, ou auxèse.

★ À maîtriser

📌 La croissance déterminée s’arrête lorsque la tige principale se termine par une inflorescence ou une autre structure reproductive, tandis que la croissance indéterminée permet à la tige principale de continuer à s’allonger sans limitation par une structure reproductive terminale.

Compléments

• Chez la tomate, certaines variétés ont une croissance indéterminée et d’autres une croissance déterminée.

• La croissance de la racine comprend une zone méristématique où ont lieu les divisions cellulaires et une zone d’allongement où les cellules grandissent.

• La croissance du fruit de tomate associe les divisions cellulaires, l’augmentation du nombre de couches cellulaires, l’élongation cellulaire et l’augmentation de la surface des cellules.

📖 4. Méristèmes et cellules souches

🔑 Notions clés & Définitions

• Cellule méristématique : Cellule non différenciée située dans un méristème et capable de se diviser.

★ À maîtriser

• Les cellules souches méristématiques se divisent régulièrement pour maintenir leur stock et produire des cellules qui peuvent perdre leur caractère de cellule souche, se multiplier puis se différencier.

Compléments

• Les types de méristèmes végétaux comprennent :
  • les méristèmes apicaux caulinaires
  • les méristèmes apicaux racinaires
  • les méristèmes axillaires
  • les méristèmes secondaires
  • les méristèmes adventifs

• Les méristèmes primaires comprennent :

  • des cellules souches
  • des cellules du centre organisateur
  • des cellules en division très active
  • des cellules en cours de différenciation

• Les méristèmes contribuent à :

  • la croissance
  • l’organogenèse
  • la différenciation cellulaire

💡 Astuce mémo

Un réservoir de cellules souches alimente des cellules qui se divisent puis se différencient

📖 5. Différenciation cellulaire végétale

🔑 Notions clés & Définitions

• Différenciation cellulaire : Acquisition de caractéristiques morphologiques et physiologiques spécifiques par une cellule.

★ À maîtriser

• La différenciation d’une cellule dépend de sa position dans la plante et conduit à différents types cellulaires selon les tissus et les organes.

Compléments

• Les trichomes constituent un exemple de cellules acquérant une forme spécifique au cours de leur différenciation.

• Les cellules de la columelle, dans la partie centrale de la coiffe racinaire, accumulent de l’amidon et différencient de gros amyloplastes appelés statolithes, qui servent de marqueur biochimique.

📖 6. Expression génique spécifique des cellules

★ À maîtriser

• L’hybridation in situ permet de localiser un ARNm cible dans une coupe de tissu d’environ 2 μm à l’aide d’une sonde d’acide nucléique simple brin, complémentaire de l’ARNm et marquée.

Compléments

• L’hybridation in situ sur des coupes de racines de luzerne avec une sonde antisens SIMK permet de repérer l’expression correspondante.

📖 7. Transgenèse et gènes rapporteurs

🔑 Notions clés & Définitions

• Plante transgénique : Plante dont un ou plusieurs caractères ont été acquis par génie génétique plutôt que par transfert de gènes entre deux plantes parentales lors d’un croisement.

★ À maîtriser

• Une fois intégrés au génome végétal, les transgènes sont transmis à la descendance comme les autres gènes.

• Pour localiser l’expression d’un gène marqueur, son promoteur est associé à un gène rapporteur dans un transgène, puis l’expression du rapporteur est observée.

Compléments

• Une plante transgénique comporte des séquences d’ADN obtenues par des manipulations in vitro.

• La transgenèse peut introduire des gènes de :

  • résistance
  • stérilité
  • production de nouvelles protéines

• Le promoteur de TRIPTYCHON, exprimé dans les trichomes, peut contrôler un gène rapporteur codant la β-glucuronidase (β-gluc).

📖 8. Croissance et formation des organes

🔑 Notions clés & Définitions

• Croissance : Augmentation de la taille liée à la division et au grandissement cellulaires.
• Morphogenèse : Élaboration de nouvelles structures qui donnent à la plante son organisation et sa forme.
• Différenciation cellulaire : Spécialisation des cellules.

★ À maîtriser

• L’organogenèse végétale se poursuit tout au long de la vie de la plante et ne se limite pas au développement embryonnaire.

Compléments

📌 La morphogenèse comprend l’histogenèse, qui forme de nouveaux tissus, et l’organogenèse, qui forme de nouveaux organes.

• Les trois systèmes tissulaires végétaux comprennent :
  • les tissus de revêtement : rhizoderme, exoderme et épiderme
  • les tissus fondamentaux : collenchyme, sclérenchyme et parenchyme
  • les tissus conducteurs : xylème et phloème

• Les organes végétaux présentés sont :

  • la racine
  • la tige
  • la feuille
  • les fleurs
  • les fruits

• Le méristème apical caulinaire produit la tige et les feuilles, tandis que le méristème apical reproducteur produit les fleurs.

📖 9. Divisions cellulaires et différenciation

★ À maîtriser

• La morphogenèse végétale dépend en majeure partie du contrôle spatial et temporel de la division et de l’expansion cellulaires.

📌 Des divisions répétées dans un même plan produisent une file de cellules, tandis que des divisions successives selon plusieurs plans produisent un massif de cellules.

📌 Une division péricline, ou tangentielle, a un plan parallèle à la surface, tandis qu’une division anticline a un plan perpendiculaire à la surface.

• Lors de la première mitose de la microspore, une division asymétrique produit une cellule végétative et une cellule générative ; le gène LAT52 ne s’exprime que dans la cellule végétative, repérée en bleu grâce au gène rapporteur GUS placé sous le contrôle de son promoteur. - Eady et al., The Significance of Microspore Division and Division Symmetry for Vegetative Cell-Specific Transcription and Generative Cell Differentiation, 1995

Compléments

• Une division asymétrique peut initier de nouveaux types cellulaires, notamment pendant l’embryogenèse et lors de la différenciation des cellules de garde au cours du développement végétatif.

• Le plan de division cellulaire est déterminé avant le début de la mitose, et les microtubules forment une bande préprophasique au niveau de ce futur plan.

• Après inhibition de la division asymétrique de la microspore par un traitement à la colchicine à 0,01 %, les deux cellules filles sont identiques et colorées en bleu, et elles expriment toutes deux LAT52.

• Après inhibition de la division de la microspore par un traitement à la colchicine à 0,05 %, la microspore ne se divise pas et se différencie en cellule végétative.

💡 Astuce mémo

Division symétrique : deux cellules semblables ; division asymétrique : identités cellulaires différentes

📖 10. Expansion et élongation cellulaires

📝 Points essentiels

• Les cellules végétales s’allongent rarement de la même façon dans toutes les directions, ce qui entraîne une élongation cellulaire orientée.

• L’orientation du cytosquelette contrôle celle des microfibrilles de cellulose dans la paroi et affecte ainsi la direction de l’élongation cellulaire.

📖 11. Totipotence et culture in vitro

🔑 Notions clés & Définitions

• Totipotence cellulaire : Capacité d’une cellule végétale à régénérer une plante entière.

★ À maîtriser

• La propagation in vitro de plantes comprend la stérilisation de l’explant, sa mise en culture et l’atteinte de la compétence, l’induction de la formation des tiges, l’induction de la formation des racines, puis le transfert en serre.

Compléments

• La présence d’une paroi végétale s’accompagne de l’absence de migration cellulaire au cours du développement des végétaux.

• La propagation in vitro du caféier peut être réalisée par embryogenèse somatique.

• La germination d’embryons somatiques est présentée avec des milieux dont les rapports cytokinine/auxine sont de 33,3, 0,06 et 0,006.