Plant Sciences

legend  Identification and characterization of SCEP1 and SCEP2.  DAPI staining of chromosomes in male meiosis at metaphase I or metaphase II in the wild type (WT), scep1-1 and scep2-1. The white arrows indicate univalents. Scale bars, 5 μm.

The synaptonemal complex (SC) is a proteinaceous structure that forms between homologous chromosomes during meiosis prophase. The SC is widely conserved across species, but its structure and roles during meiotic recombination are still debated. While the SC central region is made up of transverse filaments and central element proteins in mammals and fungi, few central element proteins have been identified in other species. Here we report the identification of two coiled-coil proteins, SCEP1 and SCEP2, that form a complex and localize at the centre of the Arabidopsis thaliana SC. In scep1 and scep2 mutants, chromosomes are aligned but not synapsed (the ZYP1 transverse filament protein is not loaded), crossovers are increased compared with the wild type, interference is lost and heterochiasmy is strongly reduced. We thus report the identification of two plant SC central elements, and homologues of these are found in all major angiosperm clades.

Vrielynck N., Peuch M., Durand S. et al. (2023). SCEP1 and SCEP2 are two new components of the synaptonemal complex central element. Nat. Plants ​​​​​​. https://doi.org/10.1038/s41477-023-01558-y

Dear colleagues,

The International Master 1 'Plant and Microbial molecular Biology', entirely taught in English, has opened at the beginning of the academic year 2023, in the framework of the "Saclay Plant Sciences" (SPS) network.

This Master 1, intended primarily for international students, aims to train, through research, future specialists in the most recent concepts of biology at a molecular level, applied to the current challenges of research on plants and micro-organisms.

This training is part of new pedagogical practices called "active" which favours the dynamic participation of students, an immersion in the laboratories as well as individual tutoring to develop the autonomy of students in project management.

We would be grateful if you could circulate this announcement and the attached flyer within your structure and international networks.

All details are available on the WEBSITE.

Marianne Delarue and Matthieu Jules
Coordinators of the Master PMB

From the construction of predictive models to the development of pharmacological solutions and diagnostic tools

Athanasios Beopoulos
(Bio-Modeling Systems, France)

Understanding the causal mechanisms of a disease is the necessary step to find the most adapted therapeutic solutions and effective biomarkers. To this purpose, a complementary approach between heuristic and mathematical modeling is adapted, since, in biology, functional linearity cannot be assumed and the components of a model cannot incorporate solely what is known.

​Heuristic modeling plays the role of an architect (defines the nature, the structure, the functionalities and the contextual constraints of the system under study) whereas mathematical modeling, to be implemented at a later stage, plays the role of an engineer (reveals the dynamics and robustness of the structures within the system while defining the set of parameters sufficient to give rise to similar or very different phenotypes).

Our methodology is a problems solving approach evaluating each step in a process, searching for satisfactory solutions rather than for optimal solutions, using all available qualitative information instead of quantitative information.

Since it strictly relies upon systematic implementation of negative selection of hypotheses, models arising from this procedure contain elements that had hitherto never been described but cannot be refuted by current knowledge and/or available biological data, thereby generating novel understanding.

Concrete paradigms of our approach from research to development will be presented.

Métabolites spécialisés : perspectives d’innovations pour une production agricole durable et la valorisation des plantes

Les métabolites spécialisés jouent un rôle clé dans les interactions des plantes avec leur environnement et interviennent dans leur résistance aux stress biotiques (i.e. ravageurs, pathogènes) et abiotiques (e.g. température, sécheresse). Parmi les métabolites spécialisés synthétisés par les végétaux, on peut citer les terpènes, les phénylpropanoïdes et les alcaloïdes. Ces composés s'accumulent largement dans les plantes, aussi bien dans les parties aériennes que dans les graines, et sont présents dans de nombreuses espèces cultivées et sauvages. Ces métabolites spécialisés suscitent un intérêt croissant dans un contexte de transition agroécologique, allant de la protection à la nutrition des plantes. Une meilleure compréhension de l'accumulation des métabolites spécialisés fournira de nouveaux outils pour modifier leur production à des fins appliquées, telles que le développement de plantes mieux adaptées aux changements climatiques et aux attaques de pathogènes. Ainsi, cela contribuera au développement d'une agriculture durable, utilisant moins d'intrants synthétiques. Les métabolites spécialisés végétaux sont utilisés dans l'industrie alimentaire en tant qu'arômes naturels, colorants et conservateurs (e.g. huiles essentielles riches en terpènes, anthocyanes). En cosmétique, ils peuvent être utilisés pour leurs propriétés antioxydantes et anti-inflammatoires, ainsi que pour leur capacité à favoriser la santé de la peau. Certains métabolites spécialisés présentent également un potentiel d'utilisation dans les produits pharmaceutiques en raison de leurs propriétés antimicrobiennes, anticancéreuses et anti-inflammatoires. Dans l'ensemble, les métabolites spécialisés ont le potentiel de contribuer à diverses industries et applications en positionnant les systèmes de productions agricoles à la base de la santé globale.

Inscriptions L'inscription à cette journée est gratuite mais obligatoire.

Date limite d'inscription : 25 octobre 2023 (minuit)

Programme prévisionnel

Sex determination evolved to control the development of unisexual flowers. In agriculture, it conditions how plants are cultivated and bred. We investigated how female flowers develop in monoecious cucurbits. We discovered in melon, Cucumis melo, a mechanism in which ethylene produced in the carpel is perceived in the stamen primordia through spatially differentially expressed ethylene receptors. Subsequently, the CmEIN3/CmEIL1 ethylene signalling module, in stamen primordia, activates the expression of CmHB40, a transcription factor that downregulates genes required for stamen development and upregulates genes associated with organ senescence. Investigation of melon genetic biodiversity revealed a haplotype, originating in Africa, altered in EIN3/EIL1 binding to CmHB40 promoter and associated with bisexual flower development. In contrast to other bisexual mutants in cucurbits, CmHB40 mutations do not alter fruit shape. By disentangling fruit shape and sex-determination pathways, our work opens up new avenues in plant breeding. Sex determination evolved to control unisexual flowers. This study shows that ethylene produced in the carpel activates the expression of CmHB40 in stamens to inhibit genes required for stamen development and yield female flowers in melon.

Le voile se lève sur les secrets de la reproduction végétale
COMMUNIQUÉ DE PRESSE - Des scientifiques d’INRAE et du CEA ont fait un pas de géant pour lever le voile sur la reproduction végétale, en identifiant des protéines essentielles pour la création de nouvelles variétés de plantes. Leurs résultats sont parus le 16 novembre dans la revue Nature Plants.

Publié le 16 novembre 2023

© INRAE
Les scientifiques se sont plongés dans la manière dont les plantes se reproduisent. Comme pour les animaux, un processus est au cœur de la reproduction et de création de diversité génétique : la méiose. Il aboutit à la fabrication des cellules reproductrices, les gamètes.

Ces gamètes contiennent la moitié de l’information génétique de chaque individu : elle est portée, physiquement, par des chromosomes.

Les gamètes mâles (spermatozoides ou pollen) et femelles (ovules) fusionnent ensuite lors de la fécondation pour créer un nouvel individu. Chaque individu ou plante a donc dans ses cellules une paire de chaque chromosome, l’une venant du gamète mâle, l’autre du gamète femelle.

La transmision des chromosomes dans les gamètes se fait sous haute surveillance, la moindre petite erreur pouvant avoir des risques importants, comme la trisomie (ce n’est plus une paire mais 3 chromosomes). C’est donc toute une cascade de régulation et de contrôle à chaque étape qui s’opère. Mais tous les acteurs du film de la méiose ne sont pas connus.

C’est pourquoi des chercheurs d’INRAE ont fait un arrêt sur image sur une des machines primordiales pour que la méiose se fasse. Cette machine, c’est le “complexe synaptonémal”.

Il est composé de nombreux blocs, les protéines, imbriquées non seulement entre elles, mais aussi avec les chromosomes. Il permet aux chromosomes d’échanger correctement l’information génétique.C’est une étape cruciale de la reproduction, qui permet d’augmenter la diversité génétique de l’espèce, diversité à la base de la création de nouvelles variétés de plantes. Mais toutes les protéines contribuant à l’architecture du complexe synaptonémal ne sont pas connues.

Nos chercheurs ont fait un pas de géant dans la compréhension du complexe synaptonémal grâce à des approches d’intelligence artificielle et de microscopie à haute résolution. En effet, nos scientifiques ont identifié deux nouvelles protéines du complexe. Et elles ont un rôle clé dans  la cascade méiotique !

Lorsqu’elles ne sont pas présentes, l’architecture du complexe synaptonémal est perturbée, il ne fonctionne pas correctement. Les échanges entre chromosomes ne sont plus régulés, ce qui empêche la bonne transmission aux gamètes.

En comprenant comment ces protéines influencent la méiose, les chercheurs pourraient proposer des pistes pour améliorer la création de nouvelles variétés de plantes plus résistantes aux maladies, capables de pousser dans des conditions environnementales difficiles et de produire de meilleurs rendements.

Le plus ? Ces deux protéines nouvellement découvertes se trouvent aussi dans la plupart des plantes à fleurs. Cela signifie que cette découverte pourrait s'appliquer à toutes sortes de plantes.

Combiner les approches, une stratégie gagnante
Ce travail a nécessité la combinaison de plusieurs approches expériementales. Ils ont notamment, grâce à la collaboration avec une équipe du CEA, utilisé de façon originale l’algoryhtme de deep learning AlphaFold, comme outil de criblage in silico d’interaction protéines-protéines. Des approches de génétiques et d’études de microscopie à haute résolution on complété l’analyse des deux protéines.

Référence
Vrielynck, N., Peuch, M., Durand, S. et al. SCEP1 and SCEP2 are two new components of the synaptonemal complex central element. Nat. Plants (2023). https://doi.org/10.1038/s41477-023-01558-y

In the global warming era, we are facing extreme changes in environmental conditions such as high and low temperatures, high light and ultraviolet radiation intensity, as well as drought and increased CO2 levels. The effects of these factors on plants are often interrelated and usually result in a disturbed balance between the amount of energy received and the ability to process it. In order to balance energy input and prevent photooxidative damage, plants have evolved multiple mechanisms for energy dissipation and photoprotection. To efficiently dissipate the excess excitation energy (EEE), the additional electron sinks, such as photorespiration, biosynthesis of phenolics and nitrate reduction are stimulated.

Variegated leaves of Pelargonium zonale containing photosynthetically active green leaf (GL) and non-active white leaf (WL) provide an excellent model system for studying processes associated with photosynthesis and sink-source interactions, enabling the same microenvironmental conditions, unlike common root-shoot studies. WL present a carbon sink and depends on photosynthetic and energy-generating processes in GL. The upregulated nitrogen metabolism in WL compensates for the insufficient energy from carbon metabolism by providing alternative respiratory substrates. At the same time, WL serves as nitrogen storage. Natural leaf variegation, as a unique system, provides a distinct combination of spatially separated antioxidants, but capable of communicating. WL exhibited upregulated H2O2 scavenging network, based on ascorbate–glutathione cycle, Mn and Cu/Zn superoxide dismutase and glutathione (mostly located in mitochondria). GL antioxidant defence is relied on thylakoid-bound ascorbate peroxidase (tAPX), ascorbate (predominantly localised in the nucleus, peroxisomes, plastids and mitochondria) and catalase.

Overall, our research provides a new molecular data resource for further research with this excellent model system. Furthermore, it contributes to uncovering molecular genetic mechanisms underlying foliar variegation and understanding its adaptive value, as no consistent conclusions on its ecological benefits have been proposed so far.

Localisation du poste : Bureau à l'Institut Jean-Pierre Bourgin (IJPB, Versailles) avec déplacements en Île-de-France
Statut : CDD Ingénieur.e d’études
Durée : 12 mois, avec prolongation possible
Date limite d’envoi des candidatures pour les premiers entretiens : 30 novembre 2023, plus tôt si possible
Prise de fonction : Dès que possible

Contexte et environnement du poste

Le réseau Sciences des Plantes de Saclay (www.saclayplantsciences.fr) représente plus de 700 personnes regroupées en une soixantaine d'équipes de recherche spécialisées dans les sciences du végétal, appartenant à cinq instituts de la région parisienne. Les activités de recherche des équipes SPS portent sur la compréhension des mécanismes génétiques, moléculaires et cellulaires qui contrôlent le développement et la physiologie des plantes, et leurs interactions avec l’environnement biotique et abiotique.

Le/la médiateur.trice aura pour mission de participer au rayonnement et à la transmission des découvertes scientifiques dans les domaines de la biologie et des biotechnologies végétales, auprès des publics scolaires et du grand public, afin de susciter l'intérêt pour la recherche et l'innovation scientifique dans ce périmètre.

Il/elle participera à un programme ambitieux d'accueil de groupes scolaires (niveaux collège et lycée) dans les équipes de recherche du réseau SPS. Avec les animateurs du groupe de travail Plantes et Société, il/elle animera un atelier interactif illustrant la domestication et la sélection des plantes au fil des âges, gèrera l'organisation des visites scolaires, sera en charge de la création de nouveaux ateliers et coordonnera les actions de médiation scientifique du réseau SPS.

Le poste à pourvoir est singulier car il conjugue à la fois des interactions régulières avec les chercheurs du réseau SPS (animations conjointes, cocréation de nouvelles activités de médiation) et avec les publics accueillis dans les laboratoires du réseau. Cette dualité est au cœur des tâches à accomplir.

Pour en savoir plus et candidater

Le réseau Sciences des Plantes de Saclay (SPS) vous donne rendez-vous à la Fête de la Science. Venez rencontrer des chercheurs spécialisés dans les sciences du végétal !
SPS participera comme chaque année au Village des Sciences Paris-Saclay, organisé cette année par La Diagonale Paris-Saclay.

programme complet

ATELIER : Méiose et reproduction sexuée à croquer
Avec nos délicieux insectes sucrés, vous découvrirez comment la méiose et la reproduction sexuée engendrent la diversité indispensable à toute adaptation. Grâce à une expérience de reproduction contrôlée, phénotype et génotype n’auront plus aucun secret pour vous et vous pourrez même dévorer le fruit de votre travail.

Vendredi 6 octobre (scolaires) -  9h >12h
Dimanche 8 octobre (grand public) - 11h>18h

ATELIER : L’association plantes/bactéries pour réaliser une agriculture non polluante et plus durable
A l’aide de 2 petits jeux, découvrez comment des bactéries du sol sont capables d’aider certaines plantes à pousser et peuvent grandement participer à une agriculture plus durable. Identifiez quelles sont les plantes que vous consommez et qui bénéficient de cette relation avec des bactéries (symbiose).

Samedi 7 octobre (grand public) - 14h>18h

ATELIER : Des plantes hautes en couleur !
Venez découvrir la chimie de la couleur chez les plantes, une palette infinie ! Nous vous invitons à venir jouer avec la couleur au travers d’une expérience, de jeux et de quiz, sans oublier l’observation au microscope de cellules végétales en couleur.

Dimanche 8 octobre (grand public) - 11h>18h

CONFÉRENCE : Adaptation des plantes cultivées aux changements climatiques, que nous apprennent l’histoire et la génétique du maïs ? 
Le changement climatique questionne l’avenir de notre agriculture. Faut-il changer d’espèces cultivées, faire évoluer de façon drastique les variétés actuelles, quelles marges de manœuvre avons-nous ? L’exemple du maïs illustre comment l’histoire et la génétique nous apportent des éléments pour éclairer ces questions et mieux valoriser la diversité génétique.

Samedi 7 octobre (grand public) - 15h35>16h05

CONFÉRENCE : Pourquoi la frisée n‘est pas de la laitue…. Comment se développent les feuilles
Les feuilles, par exemple celles des arbres, ont des formes très différentes qui nous permettent de reconnaître l’espèce qui les produit. Mais au départ, toutes les jeunes feuilles présentent la même forme rudimentaire et ce n’est qu’au cours du développement qu’elles élaborent petit à petit leurs formes caractéristiques. Les mécanismes à l’action durant ce phénomène seront abordés.  

Samedi 7 octobre (grand public) - 16h10>16h40

CONFÉRENCE : La génétique pour répondre aux défis du changement climatique
La fleur se développe normalement jusqu’au stade anthèse (fleur ouverte) où un mécanisme de blocage se met en place. Après fécondation, la fleur peut reprendre sa croissance pour donner le fruit. Nous avons isolé un gène qui contrôle cette barrière de développement. Lorsqu’il est absent, toutes les fleurs donnent des fruits, indépendamment de la pollinisation, y compris dans des conditions de climat extrêmes incompatibles avec la production de fruits. Le mécanisme nouveau de régulation génétique élucidé dans cette étude chez les plantes devrait permettre d’expliquer des maladies chez l’homme.

Dimanche 8 octobre (grand public) - 15h35>16h05

CONFÉRENCE : La contribution des sucres des plantes dans notre quotidien : Pour nous nourrir, nous vêtir, nous loger et nous chauffer
Les sucres produits par les végétaux sont valorisés par l’homme pour se vêtir, se loger, se chauffer et se nourrir. Ils sont également essentiels au développement et à la croissance des plantes et à leur adaptation aux changements climatiques. Dans cette conférence, je vous expliquerai comment les sucres sont produits et utilisés par les plantes, puis, à partir d’exemples concrets, je reviendrai sur l’utilisation quotidienne des sucres végétaux par l’homme.

Dimanche 8 octobre (grand public) - 16h10>16h40

L'Université Paris-Saclay, ses composantes universitaires, grandes écoles, universités de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines et d'Evry, et organismes nationaux de recherche partenaires vous accueillent du 6 au 16 octobre 2023 à cette occasion. Venez à la rencontre de notre communauté scientifique qui vous fera découvrir de manière ludique le monde de la recherche. Au programme : ateliers, visites de laboratoires, conférences, expositions, jeux scientifiques, performances artistiques... gratuitement, pour petits et grands !

Plant defense responses involve several biological processes that allow plants to fight against pathogenic attacks. Yet, how these different processes are orchestrated within organs and depend on specific cell types remains poorly known. To address this question, the STRESS team from IPS2, with the support of the POPS platform, and in collaboration with statisticians from the UMR MIA of Paris-Saclay, obtained and analyzed the transcriptomes of thousands of single cells coming from leaves of the model species Arabidopsis thaliana in response to a bacterial infection. The results of this study, published recently in Plant Communications, showed notably that the different cell types can undergo common and specific gene reprogramming mediated by selective sets of transcription factors. The common reprogramming includes both cell-autonomous immune responses and non-autonomous phytohormone-mediated responses that reflect a ubiquitous antagonism between immune and susceptible mechanisms. The specific reprogramming corresponds to non-cell-autonomous responses and allows the coordination of various immune processes. Altogether, these data uncover an upgraded map of the battlefield between pathogens and host cells, and also open new perspectives to enhance plant resistance against biotic stress.

Figure legend: (left) Expression levels of different cell-type marker genes in the different cell clusters characterized. (right) UMAP projection of the analyzed cells with their identification in different cell types.

Mitochondria are eukaryotic organelles required for energy conversion and metabolism. As mitochondria are likely remnants of bacteria that were once incorporated through endosymbiosis, they have retained many features similar to their bacterial ancestors. Mitochondria in most eukaryotes have retained their own genome, which encodes a set of proteins required for mitochondrial operation. During evolution many mitochondrial components have, however, diverged substantially between eukaryotic kingdoms, of which the mitochondrial ribosome (mitoribosome) is a prime example. How mitochondrial mRNAs are recognized by mitoribosomes to initiate protein translation in plants has been an enigma, especially because mitochondrial mRNAs lack bacterial-type Shine-Dalgarno ribosome-binding sequences.

APPELS D'OFFRES METABIODIVEX
Appel à projet de recherche : aide au démarrage
L'objectif est d'amorcer de nouvelles directions de recherche qui s’inscrivent dans le cadre des axes de METABIODIVEX et de générer des données préliminaires

Date limite : 7 septembre 2023

Texte de l'appel à projet et formulaire de candidature

Potential PCI contributors

A form aiming to kickstart a potential Peer Community In... plant sciences / photosynthetic organisms / phototrophs biology, including marine photosynthetic organisms. We want to try to gather together people that wish to start and maintain a community-based, post-publication peer review and recommendation system through a new Peer Community In.

More info about why- and how a PCI works can be found here: https://peercommunityin.org/faq/

and in this short, accessible video: https://www.youtube.com/watch?v=4PZhpnc8wwo

Problem/solution:

Current publishing system through for-profit journals is inefficient, costly, takes a lot of time, and is prone to gamification, with a focus on journal - rather than the work itself - quality. Critically, the work of reviewers is lost upon a transfer to another journal.

The PCI evaluation process is high-quality, free, and transparent. 

Key features of the process (see https://peercommunityin.org):

1. It fulfils the open science commitments requested by an increasing number of institutions, countries, funding agencies

-All articles recommended by PCI have open data, scripts and code.

-All articles recommended by PCI are open access, freely accessible on preprint servers or institutional archives

-PCI ensures transparent peer review

2. It results in a peer-reviewed article that can be cited as is or published in a journal

-Authors are free to either leave their recommended article on the preprint server, or, if they need journal articles for their career, to publish it directly to Peer Community Journal or submit it to a PCI-friendly journal

3. It provides a solution to value reviewing and editorial work

-Recommendations (and associated reviews) are citable with their DOI

-Reviewers can choose to publish their names or to remain anonymous

-Institutions have direct access to reviewing work of their researchers, since each recommender of a thematic PCI has their own personal page for displaying and reporting their reviews, comments and recommendations.

4. It focuses on the scientific contents of articles and watches out for the ethical rules of publication

-Conflicts of interest are kept track of throughout the process

-Financial conflict of interest are forbidden

5. It shares the workload between researchers

-Recommenders, unlike associate editors in traditional scientific journals, have no commitment to review and recommend papers. Each recommender is rather encouraged to review and recommend 1 or 2 articles per year in average.

-Because of the high number of recommenders, PCI will not be jeopardized if some recommenders are inactive.

6. It benefits from a solid infrastructure

-PCI is managed by scientists from research institutions

-It was funded by the French National Open Science Fund

-It is financially supported by many universities and research bodies

-PCI ensures long-time conservation of its contents in CLOCKSS

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This form aims to gather together people that wish to start and maintain a community-based, post-publication peer review and recommendation system through Peer Community In
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Terminé
Spreading the word

Could you provide email addresses to a few colleagues that you think could be interested in being involved in a PCI plant sciences? Feel free to also send them this form. Please include your own email address if you are potentially interested! This way we will have them all in one place.
Emails of potential contributors