L'équipe de E. Bayer se concentre sur la communication intercellulaire des plantes dédiée par des nanopores membranaires appelés plasmodesmes (30 nm de diamètre). Les plasmodesmes contrôlent le flux moléculaire entre les cellules et sont décisifs pour la croissance, le développement, l'adaptation à l'environnement et la signalisation de défense des plantes (Bayer-Benitez-Alfonso 2024). Contrairement aux jonctions cellulaires animales, les plasmodesmes végétaux sont constitués d'un brin de réticulum endoplasmique (RE) qui traverse le pore, relié de manière extrêmement étroite (~10nm) à la membrane plasmique (PM).



Notre groupe étudie le paysage moléculaire et les éléments régulateurs de la de la formation des plasmodesmes, en utilisant le modèle végétal Arabidopsis thaliana. Nos derniers travaux mettent notamment en évidence 1) un nouveau mécanisme de régulation du flux moléculaire intercellulaire, basé sur l'apposition ER-PM médiée par un complexe protéine-lipide (Perez-Sancho, Smokvarska et al. accepté dans Cell) ; 2) le rôle critique de l'ER dans la division cellulaire incomplète, permettant la formation de ponts de plasmodesmata entre les cellules filles (Li, Moreau et al. Science).



L'un de nos principaux défis consiste à cartographier avec précision les protéines structurelles et régulatrices au sein de ces minuscules structures (20-40 nm de diamètre, 100-300 nm de long) encastrées dans la paroi cellulaire. Notre laboratoire a récemment collaboré avec le Centre d'Imagerie de Bordeaux pour développer le premier protocole de microscopie d'expansion (exM) pour les tissus végétaux (Grison et al. accepté dans The Plant Cell).Cependant, les taux d'expansion actuels (4X) sont insuffisants pour la résolution des plasmodesmata. Notre objectif est d'améliorer la capacité de résolution de la microscopie d'expansion pour les tissus végétaux en collaborant avec un réseau d'experts et en tirant parti de ce réseau. En tant que pionniers dans l'application de la microscopie d'expansion aux plantes, nous visons à nous établir en tant que centre de formation pour les scientifiques des plantes qui cherchent à adopter cette technique.

En particulier, nous visons à développer: 1) l'Ultrastructure ExM (U-ExM) pour les tissus végétaux afin de préserver l'architecture cellulaire quasi-native. Dans nos travaux précédents, nous avons utilisé la fixation chimique au lieu de la cryofixation, ce qui peut avoir un impact sur la préservation de la structure; 2) Immunocoloration post-expansion et dSTORM : L'immunofluorescence sur les plasmodesmes est un défi en raison de l'accessibilité des anticorps, ce qui nécessite l'expansion de l'échantillon avant le marquage. Combiné au dSTORM nous pourrions avoir une résolution manométrique; 3) ExM itérative : l'ExM actuelle sur les tissus végétaux est limitée à un facteur d'expansion de 4 fois. Notre objectif est de développer l'ExM itératif sur les plantes afin d'obtenir une résolution plus élevée. Nous appliquerons ensuite ces nouvelles approches ExM pour caractériser les étapes menant à l'assemblage des plasmodesmes pendant la division cellulaire, en créant un atlas cellulaire et moléculaire de ce processus à une résolution sans précédent, en ciblant les éléments fonctionnels et structuraux connus de ces structures.



Échange de doctorats : Le doctorant passera du temps dans les laboratoires de V. Hamel et P. Guichard pour apprendre les bases de ces techniques et ramener l'expertise nécessaire pour les appliquer aux tissus végétaux.
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E. Bayer's team focuses on plant intercellular communication via complex cytoplasmic nanoscale bridges called plasmodesmata (30 nm in diameter). Plasmodesmata control the flux of molecules between cells and are decisive for plant growth, development, environmental adaptation and defence signalling (Bayer-Benitez-Alfonso 2024). Unlike animal cell junctions, plant plasmodesmata consist of a strand of endoplasmic reticulum (ER) running through the pore, tethered extremely tight (~10nm) to the plasma membrane (PM).

Our group investigate the molecular landscape and regulatory elements of plasmodesmata regulation and formation, using the plant model Arabidopsis thaliana. In particular our latest work highlights: 1) A new regulatory mechanism for intercellular molecular flow, based on ER-PM apposition mediated by a protein-lipid tethering complex (Perez-Sancho, Smokvarska et al. accepted in Cell); 2) The critical role of the ER in incomplete cell division, enabling the formation of plasmodesmata bridges between daughter cells (Li, Moreau et al. Science).

One of our main challenges is accurately mapping the structural and regulatory proteins within these tiny structures (20-40 nm diameter, 100-300 nm long) embedded in the cell wall. Our lab has recently collaborated with the Bordeaux Imaging Center to develop the first expansion microscopy (exM) protocol for plant tissues (Grison et al. under review). However, current expansion ratios (4X) are insufficient for plasmodesmata resolution. Our goal within this MSCA-doctoral network is to enhance the resolution capacity of plant ExM by collaborating with and leveraging a network of experts. As pioneers in applying expansion microscopy to plants, we aim to establish ourselves as a training hub for plant scientists looking to adopt this technique.

In particular, we aim at developing: 1) Ultrastructure ExM (U-ExM) to plant tissues to preserve near-native cellular architecture. In our previous work, we used chemical fixation instead of cryo-fixation, which can impact structural preservation. 2) Post-expansion immunostaining and dSTORM: Immunofluorescence on plasmodesmata is challenging due to antibody accessibility, requiring sample expansion before labeling. Combined with dSTORM we could reach a resolution of 5 nm 3) Iterative ExM: Current ExM on plant tissue is limited to a 4-fold expansion factor. Our goal is to develop plant iterative exM to achieve higher resolution. We will then apply these new ExM approaches to characterize the steps leading to plasmodesmata assembly during cell division, creating a cellular and molecular atlas of this process at unprecedented resolution, targeting known functional and structural elements of these structures.

PhD exchange: The PhD student will spend time in the labs of V. Hamel and P. Guichard to learn the basics of these techniques and bring back the expertise to apply them to plant tissue
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Début de la thèse : 01/10/2025

Funding category:

Financement sur programme européen