Modélisation biophysique de l'activité cambiale et de la formation du bois - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2015

Biophysikalische Modellierung der Kambium-Activität und der Holzbildung

Biophysical modeling of cambial activity and wood formation

Modélisation biophysique de l'activité cambiale et de la formation du bois

Résumé

Wood is a major terrestrial carbon sink and a renewable natural resource essential for human activities. Wood cells are produced by the vascular cambium, which is an undifferentiated tissue lying between the bark and the wood already formed. In temperate zones, a succession of annual growth rings can be easily seen on the cross-section of a fallen tree. The radial structure of a tree ring is characteristic and repeated almost unchanged from one ring to the other. In spite of its importance for the ecosystems, wood formation is poorly understood. The mechanisms which regulate the proliferation of wood cells and lead to the typical growth ring structure are not known. However, it has been suggested by several experimental works that concentration gradients of some biochemical signals could guide cells during their differentiation by providing them with positional information. In order to assess this morphogenetic gradient hypothesis, I have followed a biophysical modelling approach. The models include cell division and enlargement processes, as well as their consequences to signal transport. The signals are assumed to provide a positional information to the cells and determine the expansion rate of each cell. I could demonstrate that the morphogenetic gradient hypothesis accounts for numerous features of wood formation. Nevertheless, it also proved out to be insufficient to precisely reproduce the anatomical structure of the wood formed. Taken together, the results presented here show that the cambium is a tissue whose dynamics is complex and, to a large extent, autonomous.
Le bois est à la fois un puits de carbone terrestre majeur et une ressource naturelle renouvelable essentielle pour l’Homme. Les cellules de bois sont produites par le cambium, un tissu indifférencié qui s’intercale entre l’écorce et le bois déjà formé. Dans les régions tempérées, on aperçoit facilement sur la section d’un tronc d’arbre abattu une succession d’anneaux de croissance annuels, ou cernes. La structure radiale d’un cerne est caractéristique et se répète quasi inchangée d’un cerne à l’autre. Malgré son importance pour les écosystèmes, la formation du bois est mal comprise. On ne connait pas les mécanismes régulant la prolifération des cellules de bois et permettant d’aboutir à la structure typique des cernes. Plusieurs travaux expérimentaux suggèrent cependant que des gradients de concentration de signaux biochimiques pourraient guider les cellules dans leur différenciation en leur apportant une information positionnelle. Pour tester cette hypothèse des gradients morphogénétiques, j’ai suivi une approche par modèles biophysiques. Ces modèles incluent les processus de division et d’élargissement cellulaires, ainsi que leurs conséquences sur le transport des signaux. Les signaux sont supposés fournir une information positionnelle aux cellules et déterminer le taux d’expansion de chaque cellule. J’ai pu démontrer que l’hypothèse des gradients morphogénétiques expliquait de nombreux aspects de la formation du bois. Elle se révèle néanmoins insuffisante pour reproduire précisément la structure anatomique du bois formé. Dans l’ensemble, les résultats présentés montrent que le cambium est un tissu dont la dynamique est complexe et largement autonome.
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  • HAL Id : tel-01737402 , version 1

Citer

Félix Hartmann. Modélisation biophysique de l'activité cambiale et de la formation du bois. Biologie végétale. AgroParisTech, 2015. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01737402⟩
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