Characterization of MAP70 proteins during root organogenesis in "Arabidopsis thaliana"
Publisher
Université de Neuchâtel
Date issued
2026
Number of pages
170 pages
Subjects
Arabidopsis thaliana lateral root development cell division division plane orientation microtubules MAP70 cytoskeleton organogenesis développement des racines latérales division cellulaire orientation du plan de division cytosquelette organogenèse
Abstract
L’organogenèse végétale repose sur une coordination fine entre croissance cellulaire, divisions cellulaires et propriétés mécaniques des tissus, afin d’assurer une croissance contrôlée malgré les contraintes mécaniques imposées par la rigidité des parois cellulaires et la pression de turgescence. Chez Arabidopsis thaliana, la formation des racines latérales est un processus développemental hautement dynamique qui dépend d’une réorganisation cellulaire coordonnée à travers plusieurs couches tissulaires. Les microtubules corticaux (CMTs) jouent un rôle central dans ces processus en guidant le dépôt de cellulose, en régulant l’anisotropie de croissance et en coordonnant la division cellulaire. L’organisation et la dynamique des CMTs sont contrôlées par des protéines associées aux microtubules (MAPs), notamment celles de la famille MAP70, spécifique aux plantes. Bien que plusieurs isoformes de MAP70 aient déjà été associées à la croissance anisotrope et au développement vasculaire, leur contribution à l’organogenèse des racines latérales reste mal caractérisée.
À l’aide de lignées rapporteuses fluorescentes endogènes, nous avons caractérisé les profils de localisation spatio-temporelle des membres de la famille MAP70 dans la racine primaire et au sein des primordia de racines latérales en développement. Des domaines d’expression distincts, mais partiellement chevauchants, ont été observés, suggérant des fonctions à la fois partagées et spécialisées parmi les isoformes MAP70
au cours de la morphogenèse racinaire.
La perte de membres individuels de MAP70 n’a entraîné que de subtiles altérations du développement ; en revanche, les mutants d’ordre supérieur ont présenté des défauts de plus en plus marqués dans la croissance de la racine primaire et le développement des primordia de racines latérales. Ces résultats indiquent que les protéines MAP70 agissent de manière coopérative au cours du développement des racines latérales, tout en conservant des fonctions partiellement spécifiques à chaque isoforme. Nous avons également exploré les environnements moléculaires associés aux protéines MAP70 à l’aide du marquage de proximité basé sur TurboID. Des analyses comparatives ont permis d’identifier des réseaux candidats d’interactions à la fois communs et distincts, associés à l’organisation des microtubules et à des processus
membranaires.
Dans l’ensemble, ce travail met en évidence le rôle coordonné des protéines MAP70 au cours de l’organogenèse des racines latérales et établit une base pour de futures études visant à comprendre comment des régulateurs cytosquelettiques spécifiques aux plantes intègrent les signaux développementaux et mécaniques durant la morphogenèse végétale.
ABSTRACT
Plant organogenesis requires tightly coordinated regulation of cell growth, division, and tissue mechanics to maintain controlled growth within the mechanically constrained environment by rigid cell walls and turgor. In Arabidopsis thaliana, the formation of lateral roots is a developmental process that is highly dynamic and depends on coordinated cellular reorganization across multiple tissue layers. Cortical microtubules (CMTs) play a central role in these processes by guiding cellulose deposition, regulating growth anisotropy, and coordinating cell division. The organization and dynamics of CMTs are controlled by microtubule-associated proteins (MAPs), including the plant-specific MAP70 family. Although several MAP70 isoforms have previously been linked to anisotropic growth and vascular development, their contribution to LR organogenesis remains poorly understood.
By using endogenous fluorescent reporter lines, we characterized the spatial and temporal localization patterns of MAP70 family members in the primary root and developing LR primordia. Distinct, yet partially overlapping expression domains were observed, suggesting both shared and specialized functions among MAP70 isoforms during root morphogenesis.
Loss of individual MAP70 members resulted only in subtle developmental alterations; higher-order mutants displayed progressively stronger defects in primary root growth and LRP development. These findings indicate that MAP70 proteins function cooperatively during LR development while maintaining partially isoform-specific roles. We also explored the molecular environments associated with MAP70 proteins using
TurboID-based proximity labelling. Comparative analyses identified shared as well as distinct candidate interaction networks associated with MT organization and membrane-associated processes.
Together, this work provides new insight into the coordinated functions of MAP70 proteins during LR organogenesis and establishes a framework for future studies investigating how plant-specific cytoskeletal regulators integrate developmental and mechanical signals during plant morphogenesis.
À l’aide de lignées rapporteuses fluorescentes endogènes, nous avons caractérisé les profils de localisation spatio-temporelle des membres de la famille MAP70 dans la racine primaire et au sein des primordia de racines latérales en développement. Des domaines d’expression distincts, mais partiellement chevauchants, ont été observés, suggérant des fonctions à la fois partagées et spécialisées parmi les isoformes MAP70
au cours de la morphogenèse racinaire.
La perte de membres individuels de MAP70 n’a entraîné que de subtiles altérations du développement ; en revanche, les mutants d’ordre supérieur ont présenté des défauts de plus en plus marqués dans la croissance de la racine primaire et le développement des primordia de racines latérales. Ces résultats indiquent que les protéines MAP70 agissent de manière coopérative au cours du développement des racines latérales, tout en conservant des fonctions partiellement spécifiques à chaque isoforme. Nous avons également exploré les environnements moléculaires associés aux protéines MAP70 à l’aide du marquage de proximité basé sur TurboID. Des analyses comparatives ont permis d’identifier des réseaux candidats d’interactions à la fois communs et distincts, associés à l’organisation des microtubules et à des processus
membranaires.
Dans l’ensemble, ce travail met en évidence le rôle coordonné des protéines MAP70 au cours de l’organogenèse des racines latérales et établit une base pour de futures études visant à comprendre comment des régulateurs cytosquelettiques spécifiques aux plantes intègrent les signaux développementaux et mécaniques durant la morphogenèse végétale.
ABSTRACT
Plant organogenesis requires tightly coordinated regulation of cell growth, division, and tissue mechanics to maintain controlled growth within the mechanically constrained environment by rigid cell walls and turgor. In Arabidopsis thaliana, the formation of lateral roots is a developmental process that is highly dynamic and depends on coordinated cellular reorganization across multiple tissue layers. Cortical microtubules (CMTs) play a central role in these processes by guiding cellulose deposition, regulating growth anisotropy, and coordinating cell division. The organization and dynamics of CMTs are controlled by microtubule-associated proteins (MAPs), including the plant-specific MAP70 family. Although several MAP70 isoforms have previously been linked to anisotropic growth and vascular development, their contribution to LR organogenesis remains poorly understood.
By using endogenous fluorescent reporter lines, we characterized the spatial and temporal localization patterns of MAP70 family members in the primary root and developing LR primordia. Distinct, yet partially overlapping expression domains were observed, suggesting both shared and specialized functions among MAP70 isoforms during root morphogenesis.
Loss of individual MAP70 members resulted only in subtle developmental alterations; higher-order mutants displayed progressively stronger defects in primary root growth and LRP development. These findings indicate that MAP70 proteins function cooperatively during LR development while maintaining partially isoform-specific roles. We also explored the molecular environments associated with MAP70 proteins using
TurboID-based proximity labelling. Comparative analyses identified shared as well as distinct candidate interaction networks associated with MT organization and membrane-associated processes.
Together, this work provides new insight into the coordinated functions of MAP70 proteins during LR organogenesis and establishes a framework for future studies investigating how plant-specific cytoskeletal regulators integrate developmental and mechanical signals during plant morphogenesis.
Notes
Thesis director
Prof. Dr. Josephus E.M. VERMEER, University of Neuchâtel, Switzerland
Committee members
Prof. Dr. Felix KESSLER, University of Neuchâtel, Switzerland
Prof. Dr. Daniel VAN DAMME, Ghent University, Belgium
Defended on the 24th of July 2026
No de thèse : 3261
Prof. Dr. Josephus E.M. VERMEER, University of Neuchâtel, Switzerland
Committee members
Prof. Dr. Felix KESSLER, University of Neuchâtel, Switzerland
Prof. Dr. Daniel VAN DAMME, Ghent University, Belgium
Defended on the 24th of July 2026
No de thèse : 3261
Publication type
doctoral thesis
File(s)