M1 - Coupler l'allocation de ressources cellulaires à l'expansion de cellules végétales : analyse d'un modèle dynamique

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<p>&nbsp;</p><p style="margin-bottom: 0in; line-height: 100%">INRIA Biocore Team, 2004 Route des Lucioles - BP 93<br />06902 Sophia Antipolis cedex</p><p>&nbsp;</p>
Sophia-Antipolis
France

Contacts
Baldazzi Valentina
Gouzé Jean-Luc
Chaves Madalena
Email du/des contacts
valentina.baldazzi@inra.fr
jean-luc.gouze@inria.fr
madalena.chaves@inria.fr
Description

<p>&nbsp;</p><h3 class="western">Contexte et objectifs</h3><p>La taille des cellules végétales varie énormément d&#39;une espèce à l&#39;autre et au sein d&#39;une même espèce. Au cours du développement tissulaire, le volume des cellules peut augmenter de 10 à 100 fois, ce qui entraîne une grande variabilité de la taille des cellules dans un seul tissu. La manière dont la croissance cellulaire est réalisée et régulée reste une des grandes questions en biologie cellulaire.</p><p style="margin-bottom: 0in; line-height: 100%">Chez les plantes, la croissance cellulaire résulte de deux processus principaux: une croissance cytoplasmique, induite par la synthèse macromoléculaire (RNAs, protéines..), et une croissance expansive entraînant une absorption d&#39;eau et une augmentation du volume de vacuoles. Outre les mécanismes ci-dessus, de nombreuses cellules végétales subissent un cycle cellulaire modifié (appelé endocycle) dans lequel l&#39;ADN est répliqué sans mitose, ce qui entraîne de multiples copies de l&#39;ADN (ploïdie) par cellule. Une forte corrélation entre le niveau de ploïdie et la taille des cellules a été observée chez de nombreuses espèces et tissus, mais les mécanismes exacts derrière cette corrélation restent encore à établir.</p><p>L&#39;allocation de ressources cellulaires peut fortement influer sur le taux de croissance cellulaire.</p><p style="margin-bottom: 0in; line-height: 100%">Dans les systèmes unicellulaires, il a été démontré que la répartition des ressources entre synthèse des ribosomes et des protéin<span style="background: transparent">es </span><span style="background: transparent">non ribosomales(</span><span style="background: transparent"> </span><span style="background: transparent">e.g. </span><span style="background: transparent">impliquées dans le</span><span style="background: transparent"> </span><span style="background: transparent">métaboli</span><span style="background: transparent">sme) </span>contrôlait le taux de croissance cytoplasmique. En particulier, une régulation de précision de la synthèse des ribosomes peut ajuster le taux de croissance cellulaire en fonction de la disponibilité des éléments nutritifs (Scott et al., 2014).<br />D&rsquo;un autre côté, le taux et la nature du métabolisme cellulaire peuvent avoir des conséquences importantes sur l&rsquo;expansion cellulaire via le contrôle des propriétés mécaniques des parois cellulaires, d&rsquo;une part, et l&rsquo;émergence d&rsquo;une pression osmotique interne, de l&rsquo;autre (Geitmann et Ortega, 2009).<br /><br />Dans ce stage, l&#39;étudiant associera des modèles d&#39;économie cellulaire (Molenaar et al., 2009; Giordano et al., 2016)) à un modèle biophysique d&#39;expansion cellulaire, décrivant explicitement l&#39;augmentation du volume cellulaire en fonction de sa pression interne (Lockhart équation) (Lockhart, 1965; Fishman et Génard, 1998)</p><p lang="en-US" style="margin-bottom: 0in; line-height: 100%"><span lang="fr-FR">Les conséquences de stratégies d&#39;allocation sur le taux de croissance </span><span lang="fr-FR">résultant </span><span lang="fr-FR">seront analysées à l&#39;aide de méthodes mathématiques et numériques. En particulier, les choix d&#39;allocation entre la synthèse d</span><span lang="fr-FR">e</span><span lang="fr-FR"> ribosome</span><span lang="fr-FR">s</span><span lang="fr-FR"> par rapport aux protéines et celui entre </span><span lang="fr-FR">synthèse d</span><span lang="fr-FR">es composants solubles (déterminant majeur de la pression osmotique) et métabolisme de la paroi cellulaire seront étudiés. L&#39;effet possible d&#39;un niveau élevé de ploïdie sur la croissance cellulaire peut également être étudié en supposant un effet positif sur le taux de synthèse des ribosomes (Sugimoto-Shirasu et Roberts, 2003).</span><br /><span lang="fr-FR">Le modèle sera paramétré </span><span lang="fr-FR">sur la base </span><span lang="fr-FR">des données de la littérature. Une analyse de sensibilité sera effectuée afin d&#39;identifier les paramètres importants. La gamme de comportements dynamiques possibles (états stables, stabilité ..) du modèle sera explorée en fonction de la stratégie d&rsquo;allocation de cellules et / ou de la valeur des </span><span lang="fr-FR">quelques </span><span lang="fr-FR">paramètres </span><span lang="fr-FR">clé</span><span lang="fr-FR">.</span></p><p lang="en-US" style="margin-bottom: 0in; line-height: 100%"><strong>Rôle de l&rsquo;étudiant(e)</strong></p><ul><li><p style="margin-bottom: 0in; line-height: 100%">Réaliser une étude bibliographique sur les mécanismes de croissance cellulaire et sur les modèles mathématiques correspondants</p></li><li><p style="margin-bottom: 0in; line-height: 100%">Construction et implémentation d&rsquo;un modèle couplant expansion de cellules et d&#39;allocation de ressources</p></li><li><p style="margin-bottom: 0in; line-height: 100%">Analyse numérique et mathématique du modèle pour les deux cas&nbsp;:</p><p style="margin-bottom: 0in; line-height: 100%"><br /><span lang="fr-FR">- Répartition entre métabolisme d</span><span lang="fr-FR">es composants </span><span lang="fr-FR">soluble</span><span lang="fr-FR">s</span><span lang="fr-FR"> et métabolisme de la paroi cellulaire<br />- Allocation entre synthèse d</span><span lang="fr-FR">es</span><span lang="fr-FR"> ribosome</span><span lang="fr-FR">s</span><span lang="fr-FR"> et protéine</span><span lang="fr-FR">s non ribosomales</span><br /><br /><span lang="fr-FR">États stables, stabilité, analyse dans le plan d</span><span lang="fr-FR">e </span><span lang="fr-FR">phase, analyse analytique et / ou numérique du taux de croissance cellulaire en fonction du paramètre d&#39;</span><span lang="fr-FR">allocation</span><span lang="fr-FR">, analyse de sensibilité&hellip;</span></p></li></ul><h2 class="western"><b>Profil </b><span lang="fr-FR"><b>souhaité</b></span><b> </b></h2><p>Master 1, école d&rsquo;ingénierie</p><p style="margin-bottom: 0in; line-height: 100%"><span lang="fr-FR">Ingénieur avec </span><span lang="fr-FR">compétences</span><span lang="fr-FR"> en </span><span lang="fr-FR"> systèmes dynamiques et simulations numériques. Un intérêt pour la biologie est </span><span lang="fr-FR">nécessaire.</span></p><p style="margin-bottom: 0in; line-height: 100%">&nbsp;</p><h2 class="western">Durée et gratification</h2><p style="margin-bottom: 0in; line-height: 100%">Stage de 3-4 mois à partir de Février 2019.</p><p>Gratification de 550 euros/mois (stage à temps complet, ~ 7h/jour)</p><p style="margin-bottom: 0in; line-height: 100%">&nbsp;</p><p>&nbsp;</p><br/>
Laboratoire: INRIA - équipe BIOCORE