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Les plantes sont d’excellents modèles pour étudier les mécanismes biologiques fondamentaux et ont souvent permis des avancées de recherche majeures telles que l’existence d’un système immunitaire fondé sur les petits ARN (petits ARN interférents siRNA). Grâce aux vastes ressources génétiques et génomiques, à la facilité de production transgénique avec des niveaux d’expression ectopique contrôlés, ou à l’utilisation large des techniques d’imagerie, les plantes sont des modèles utiles pour la dissection des processus cellulaires fondamentaux, tels que la différentiation des cellules souches, la régulation transcriptionnelle et post-transcriptionnelle des gènes et la dynamique des génomes. La capacité des plantes à adapter leur croissance en fonction de stimuli environnementaux au travers de modifications épigénétiques qui peuvent être transmises à leurs descendants renforce leur utilisation pour l’élucidation de ces mécanismes de régulation. Plusieurs techniques à haut débit, telles que le ChIP-seq, permettent l’analyse de diverses marques épigénétiques (méthylation de l’ADN, modification des histones, état de la chromatine) au niveau du génome entier et des techniques de RNA-seq permettant la description complète du transcriptome (ARNm, ARN non-codant, ARN tronqué, petits ARN) sont à présent disponibles pour comprendre les mécanismes épigénétiques. Une recherche tournée vers la compréhension du développement végétal est en cours du niveau cellulaire au niveau de l’organisme entier : croissance, prolifération et différenciation cellulaires (i.e. cytosquelette et paroi, signalisation hormonale, contrôle de la transcription).  Une des limites principales dans l’analyse du développement des plantes vient du fait qu’elle a pour objet un système complexe, composé de nombreux éléments qui interagissent. Une vision intégrée, incorporant les bases de données complexes disponibles, n’est plus possible sans des outils mathématiques et informatiques adéquats. De plus, pour comprendre comment la fonction des gènes est traduite en activités cellulaires qui forment les organes, une description quantitative et beaucoup plus détaillée de la croissance des organes est nécessaire. De ce fait, la biologie des systèmes, qui intègre des approches plus globales et multidisciplinaires, devient de plus en plus importante. Le domaine de l’imagerie des cellules vivantes, sans cesse en évolution, permettra la biologie quantitative sur cellules vivantes. La microscopie photonique permet dès-à-présent une résolution spatiale à l’échelle du nm, tandis qu’une haute sensibilité permet l’imagerie à l’échelle moléculaire. Au-delà de la microspectroscopie IR-TF, déjà répandue, la microscopie UV et l’imagerie MALDI-TOF pourraient être développées pour visualiser les métabolites à une résolution subcellulaire. La production de données à haut débit (transcriptome, protéome, métabolome) mais aussi la description spatio-temporelle détaillée de profils d’expression, utilisant des techniques d’imagerie, peuvent mener à un niveau sans précédent d’analyse des processus de croissance et de différenciation à l’échelle de l’organisme.

Exemple de questions scientifiques importantes dans ce domaine

• Biologie cellulaire et des organites, méiose, cycle et division cellulaire, transport intracellulaire
• Signaux de transduction, métabolisme et signalisation hormonaux, modification post-traductionnelle
• Déterminisme moléculaire, cellulaire et génétique de l’organogénèse et la croissance végétales
• Mécanismes développementaux (croissance végétative, reproduction) et leur évolution
• Structure et dynamique du génome, régulation de l’expression des gènes et épigénétique
• Approches systémiques des mécanismes développementaux et physiologique