Published February 2021 | Version v1
Journal article

A multiscale analysis of early flower development in Arabidopsis provides an integrated view of molecular regulation and growth control

Others:
Reproduction et développement des plantes (RDP) ; École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL) ; Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement (INRAE)
University of Cambridge [UK] (CAM)
Fractionnement des AgroRessources et Environnement (FARE) ; Université de Reims Champagne-Ardenne (URCA)-Institut National de Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement (INRAE)
Morphologie et Images (MORPHEME) ; Inria Sophia Antipolis - Méditerranée (CRISAM) ; Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut de Biologie Valrose (IBV) ; Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS) ; COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA)-Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS) ; COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA)-Signal, Images et Systèmes (Laboratoire I3S - SIS) ; Laboratoire d'Informatique, Signaux, et Systèmes de Sophia Antipolis (I3S) ; Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS) ; COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA)-Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS) ; COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA)-Laboratoire d'Informatique, Signaux, et Systèmes de Sophia Antipolis (I3S) ; Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS) ; COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Image & Interaction (ICAR) ; Laboratoire d'Informatique de Robotique et de Microélectronique de Montpellier (LIRMM) ; Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Caltech Department of Astronomy [Pasadena] ; California Institute of Technology (CALTECH)
University of California [Los Angeles] (UCLA) ; University of California (UC)
Sainsbury Laboratory Cambridge University (SLCU) ; University of Cambridge [UK] (CAM)
Simulation et Analyse de la morphogenèse in siliCo (MOSAIC) ; Inria Grenoble - Rhône-Alpes ; Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)
Lund University [Lund]
ERC grant morphogenetics17-CAPS-0006-01Gene2Shape ERACAPS via BBSRCBB/S004645/1Gene2Shape ERACAPS via the U.S. National Science Foundation Division of Integrative Organismal Systems, the US part of the Genes2Shape ERACAPS grantIOS1826567
ANR-19-CE43-0010,BIOMOD,Analyse Multiéchelle et Modélisation Spatio-temporelle de la Déconstruction de la Biomasse Lignocellulosique(2019)

Description

We have analyzed the link between the gene regulation and growth during the early stages of flower development in Arabidopsis. Starting from time-lapse images, we generated a 4D atlas of early flower development, including cell lineage, cellular growth rates, and the expression patterns of regulatory genes. This information was introduced in MorphoNet, a web-based platform. Using computational models, we found that the literature-based molecular network only explained a minority of the gene expression patterns. This was substantially improved by adding regulatory hypotheses for individual genes. Correlating growth with the combinatorial expression of multiple regulators led to a set of hypotheses for the action of individual genes in morphogenesis. This identified the central factor LEAFY as a potential regulator of heterogeneous growth, which was supported by quantifying growth patterns in a leafy mutant. By providing an integrated view, this atlas should represent a fundamental step toward mechanistic models of flower development.

Abstract

International audience

Additional details

Created:
December 4, 2022
Modified:
November 29, 2023