Multi-scale systems analysis of plant development : beyond cellular signaling and tissue morphodynamics

Les plantes sont essentielles pour les sociétés humaines. Notre alimentation quotidienne, les matériaux de constructions et les sources énergétiques dérivent de la biomasse végétale. En revanche, la compréhension des multiples aspects développementaux des plantes est encore peu exploitée et représente un sujet de recherche majeur pour la science. L'émergence des technologies à haut débit pour le séquençage de génome à grande échelle ou l'imagerie de haute résolution permet à présent de produire des quantités énormes d'information. L'analyse informatique est une façon d'intégrer ces données et de réduire la complexité apparente vers une échelle d'abstraction appropriée, dont la finalité est de fournir des perspectives de recherches ciblées. Ceci représente la raison première de cette thèse. En d'autres termes, nous appliquons des méthodes descriptives et prédictives combinées à des simulations numériques afin d'apporter des solutions originales à des problèmes relatifs à la morphogénèse à l'échelle de la cellule et de l'organe. Nous nous sommes fixés parmi les objectifs principaux de cette thèse d'élucider de quelle manière l'interaction croisée des phytohormones auxine et brassinosteroïdes (BRs) détermine la croissance de la cellule dans la racine du méristème apical d'Arabidopsis thaliana, l'organisme modèle de référence pour les études moléculaires en plantes. Pour reconstruire le réseau de signalement cellulaire, nous avons extrait de la littérature les informations pertinentes concernant les relations entre les protéines impliquées dans la transduction des signaux hormonaux. Le réseau a ensuite été modélisé en utilisant un formalisme logique et qualitatif pour pallier l'absence de données quantitatives. Tout d'abord, Les résultats ont permis de confirmer que l'auxine et les BRs agissent en synergie pour contrôler la croissance de la cellule, puis, d'expliquer des observations phénotypiques paradoxales et au final, de mettre à jour une interaction clef entre deux protéines dans la maintenance du méristème de la racine. Une étude ultérieure chez la plante modèle Brachypodium dystachion (Brachypo- dium) a révélé l'ajustement du réseau d'interaction croisée entre auxine et éthylène par rapport à Arabidopsis. Chez ce dernier, interférer avec la biosynthèse de l'auxine mène à la formation d'une racine courte. Néanmoins, nous avons isolé chez Brachypodium un mutant hypomorphique dans la biosynthèse de l'auxine qui affiche une racine plus longue. Nous avons alors conduit une analyse morphométrique qui a confirmé que des cellules plus anisotropique (plus fines et longues) sont à l'origine de ce phénotype racinaire. Des analyses plus approfondies ont démontré que la différence phénotypique entre Brachypodium et Arabidopsis s'explique par une inversion de la fonction régulatrice dans la relation entre le réseau de signalisation par l'éthylène et la biosynthèse de l'auxine. L'analyse morphométrique utilisée dans l'étude précédente exploite le pipeline de traitement d'image de notre méthode d'histologie quantitative. Pendant la croissance secondaire, la symétrie bilatérale de l'hypocotyle est remplacée par une symétrie radiale et une organisation concentrique des tissus constitutifs. Ces tissus sont initialement composés d'une douzaine de cellules mais peuvent aisément atteindre des dizaines de milliers dans les derniers stades du développement. Cette échelle dépasse largement le seuil d'investigation par les moyens dits 'traditionnels' comme l'imagerie directe de tissus en profondeur. L'étude de ce système pendant cette phase de développement ne peut se faire qu'en réalisant des coupes fines de l'organe, ce qui empêche une compréhension des phénomènes cellulaires dynamiques sous-jacents. Nous y avons remédié en proposant une stratégie originale nommée, histologie quantitative. De fait, nous avons extrait l'information contenue dans des images de très haute résolution de sections transverses d'hypocotyles en utilisant un pipeline d'analyse et de segmentation d'image à grande échelle. Nous l'avons ensuite combiné avec un algorithme de reconnaissance automatique des cellules. Cet outil nous a permis de réaliser une description quantitative de la progression de la croissance secondaire révélant des schémas développementales non-apparents avec une inspection visuelle classique. La formation de pôle de phloèmes en structure répétée et espacée entre eux d'une longueur constante illustre les bénéfices de notre approche. Par ailleurs, l'exploitation approfondie de ces résultats a montré un changement de croissance anisotropique des cellules du cambium et du phloème qui semble en phase avec l'expansion du xylème. Combinant des outils génétiques et de la modélisation biomécanique, nous avons démontré que seule la croissance plus rapide des tissus internes peut produire une réorientation de l'axe de croissance anisotropique des tissus périphériques. Cette prédiction a été confirmée par le calcul du ratio des taux de croissance du xylème et du phloème au cours de développement secondaire ; des ratios élevés sont effectivement observés et concomitant à l'établissement progressif et tangentiel du cambium. Ces résultats suggèrent un mécanisme d'auto-organisation établi par un gradient de division méristématique qui génèrent une distribution de contraintes mécaniques. Ceci réoriente la croissance anisotropique des tissus périphériques pour supporter la croissance secondaire. - Plants are essential for human society, because our daily food, construction materials and sustainable energy are derived from plant biomass. Yet, despite this importance, the multiple developmental aspects of plants are still poorly understood and represent a major challenge for science. With the emergence of high throughput devices for genome sequencing and high-resolution imaging, data has never been so easy to collect, generating huge amounts of information. Computational analysis is one way to integrate those data and to decrease the apparent complexity towards an appropriate scale of abstraction with the aim to eventually provide new answers and direct further research perspectives. This is the motivation behind this thesis work, i.e. the application of descriptive and predictive analytics combined with computational modeling to answer problems that revolve around morphogenesis at the subcellular and organ scale. One of the goals of this thesis is to elucidate how the auxin-brassinosteroid phytohormone interaction determines the cell growth in the root apical meristem of Arabidopsis thaliana (Arabidopsis), the plant model of reference for molecular studies. The pertinent information about signaling protein relationships was obtained through the literature to reconstruct the entire hormonal crosstalk. Due to a lack of quantitative information, we employed a qualitative modeling formalism. This work permitted to confirm the synergistic effect of the hormonal crosstalk on cell elongation, to explain some of our paradoxical mutant phenotypes and to predict a novel interaction between the BREVIS RADIX (BRX) protein and the transcription factor MONOPTEROS (MP),which turned out to be critical for the maintenance of the root meristem. On the same subcellular scale, another study in the monocot model Brachypodium dystachion (Brachypodium) revealed an alternative wiring of auxin-ethylene crosstalk as compared to Arabidopsis. In the latter, increasing interference with auxin biosynthesis results in progressively shorter roots. By contrast, a hypomorphic Brachypodium mutant isolated in this study in an enzyme of the auxin biosynthesis pathway displayed a dramatically longer seminal root. Our morphometric analysis confirmed that more anisotropic cells (thinner and longer) are principally responsible for the mutant root phenotype. Further characterization pointed towards an inverted regulatory logic in the relation between ethylene signaling and auxin biosynthesis in Brachypodium as compared to Arabidopsis, which explains the phenotypic discrepancy. Finally, the morphometric analysis of hypocotyl secondary growth that we applied in this study was performed with the image-processing pipeline of our quantitative histology method. During its secondary growth, the hypocotyl reorganizes its primary bilateral symmetry to a radial symmetry of highly specialized tissues comprising several thousand cells, starting with a few dozens. However, such a scale only permits observations in thin cross-sections, severely hampering a comprehensive analysis of the morphodynamics involved. Our quantitative histology strategy overcomes this limitation. We acquired hypocotyl cross-sections from tiled high-resolution images and extracted their information content using custom high-throughput image processing and segmentation. Coupled with an automated cell type recognition algorithm, it allows precise quantitative characterization of vascular development and reveals developmental patterns that were not evident from visual inspection, for example the steady interspace distance of the phloem poles. Further analyses indicated a change in growth anisotropy of cambial and phloem cells, which appeared in phase with the expansion of xylem. Combining genetic tools and computational modeling, we showed that the reorientation of growth anisotropy axis of peripheral tissue layers only occurs when the growth rate of central tissue is higher than the peripheral one. This was confirmed by the calculation of the ratio of the growth rate xylem to phloem throughout secondary growth. High ratios are indeed observed and concomitant with the homogenization of cambium anisotropy. These results suggest a self-organization mechanism, promoted by a gradient of division in the cambium that generates a pattern of mechanical constraints. This, in turn, reorients the growth anisotropy of peripheral tissues to sustain the secondary growth.

Arqueología de paisajes altimontanos pirenaicos: formas de explotación y usos del medio en época romana en valle del Madriu-Perafita-Claror (Andorra) y en la Sierra del Cadí (Alt Urgell)

long-term cultural history of the Madriu-Perafita-Claror valleys (Andorra) and the Cadí Range (Catalonia) has been investigated thanks to the combination of archaeological surveys and excavation, analysis of written sources, multiproxy alaeoenvironment analysis (pollen, NPP, micro and macro charcoal, sedimentology and geochemistry), and digital technologies such as stereophotogrammetry, multispectral imaging, DGPS and GIS. The project has been designed from a landscape archaeology approach and the study area has been selected due to the suitable setting it provides for a meaningful application of the aforementioned techniques. Consequently, archaeological, historical and palaeoenvironmental data have been all treated as cultural proxies. Their comparison has allowed obtaining not only coherent but also complementary results. The project outcomes show an uninterrupted occupation of these high mountain valleys (2000-2600 m a.s.l.) from the Mesolithic until the present. This human occupation shows strong spatial and chronological variability in human practices ranging from a stable long term group occupation in the Late Neolithic to the diversification of representative practices during the Roman period (metallurgy, pine resin exploitation, charcoal production, pastoralism, etc.). This high diversity of activities leads to complex cultural landscapes in the high Pyrenean areas. The reconstruction of the cultural history at the study areas will allow the development of more sustainable politics for these landscapes management.

Du principe de continuité de l'exploitation en comptabilité : contribution à la formalisation de la démarche cognitive du réviseur aux comptes dans la validation de ce principe à l'aide d'un système abductif de modélisation de croyance basé sur un processus stochastique

Résumé : J'ai souvent vu des experts être d'avis contraires. Je n'en ai jamais vu aucun avoir tort. Auguste Detoeuf Propos d'O.L. Brenton, confiseur, Editions du Tambourinaire, 1948. En choisissant volontairement une problématique comptable typiquement empirique, ce travail s'est attelé à tenter de démontrer la possibilité de produire des enseignements purement comptables (ie à l'intérieur du schème de représentation de la Comptabilité) en s'interdisant l'emprunt systématique de theories clé-en-main à l'Économie -sauf quant cela s'avère réellement nécessaire et légitime, comme dans l'utilisation du CAPM au chapitre précédent. Encore une fois, rappelons que cette thèse n'est pas un réquisitoire contre l'approche économique en tant que telle, mais un plaidoyer visant à mitiger une telle approche en Comptabilité. En relation avec le positionnement épistémologique effectué au premier chapitre, il a été cherché à mettre en valeur l'apport et la place de la Comptabilité dans l'Économie par le positionnement de la Comptabilité en tant que discipline pourvoyeuse de mesures de représentation de l'activité économique. Il nous paraît clair que si l'activité économique, en tant que sémiosphère comptable directe, dicte les observations comptables, la mesure de ces dernières doit, tant que faire se peut, tenter de s'affranchir de toute dépendance à la discipline économique et aux théories-méthodes qui lui sont liées, en adoptant un mode opératoire orthogonal, rationnel et systématique dans le cadre d'axiomes lui appartenant en propre. Cette prise de position entraîne la définition d'un nouveau cadre épistémologique par rapport à l'approche positive de la Comptabilité. Cette dernière peut se décrire comme l'expression philosophique de l'investissement de la recherche comptable par une réflexion méthodique propre à la recherche économique. Afin d'être au moins partiellement validé, ce nouveau cadre -que nous voyons dérivé du constructivisme -devrait faire montre de sa capacité à traiter de manière satisfaisante une problématique classique de comptabilité empirico-positive. Cette problématique spécifique a été choisie sous la forme de traitement-validation du principe de continuité de l'exploitation. Le principe de continuité de l'exploitation postule (énonciation d'une hypothèse) et établit (vérification de l'hypothèse) que l'entreprise produit ses états financiers dans la perspective d'une poursuite normale de ses activités. Il y a rupture du principe de continuité de l'exploitation (qui devra alors être écartée au profit du principe de liquidation ou de cession) dans le cas de cessation d'activité, totale ou partielle, volontaire ou involontaire, ou la constatation de faits de nature à compromettre la continuité de l'exploitation. Ces faits concernent la situation financière, économique et sociale de l'entreprise et représentent l'ensemble des événements objectifs 33, survenus ou pouvant survenir, susceptibles d'affecter la poursuite de l'activité dans un avenir prévisible. A l'instar de tous les principes comptables, le principe de continuité de l'exploitation procède d'une considération purement théorique. Sa vérification requiert toutefois une analyse concrète, portant réellement et de manière mesurable à conséquence, raison pour laquelle il représente un thème de recherche fort apprécié en comptabilité positive, tant il peut (faussement) se confondre avec les études relatives à la banqueroute et la faillite des entreprises. Dans la pratique, certaines de ces études, basées sur des analyses multivariées discriminantes (VIDA), sont devenues pour l'auditeur de véritables outils de travail de par leur simplicité d'utilisation et d'interprétation. À travers la problématique de ce travail de thèse, il a été tenté de s'acquitter de nombreux objectifs pouvant être regroupés en deux ensembles : celui des objectifs liés à la démarche méthodologique et celui relevant de la mesure-calibration. Ces deux groupes-objectifs ont permis dans une dernière étape la construction d'un modèle se voulant une conséquence logique des choix et hypothèses retenus.

Semantic Web applications: a framework for industry and business exploitation – What is needed for the adoption of the Semantic Web from the market and industry

In recent years, Semantic Web (SW) research has resulted in significant outcomes. Various industries have adopted SW technologies, while the ‘deep web’ is still pursuing the critical transformation point, in which the majority of data found on the deep web will be exploited through SW value layers. In this article we analyse the SW applications from a ‘market’ perspective. We are setting the key requirements for real-world information systems that are SW-enabled and we discuss the major difficulties for the SW uptake that has been delayed. This article contributes to the literature of SW and knowledge management providing a context for discourse towards best practices on SW-based information systems.

The resource-based view of the firm - resources, capabilities and sustainable competitive advantage

The main objective of this research paper was to synthesize, integrate and analyze the theoretical foundation of the resource-based view of the firm on sustainable competitive advantage. Accordingly, this research was a literature research employing the methodology of interpretative study of concept and unobtrusive measures. The core and majority of the research data was gathered from the major online journal databases. Only peer-reviewed articles from highly-esteemed journals on the subject of competitive advantage were used. The theoretical core of the research paper was centred on resources, capabilities, and the sustainability dilemma of competitive advantage. Furthermore, other strategic management concepts relating to the resource-based view of the firm were used with reference to the research objectives. The resource-based view of the firm continues to be a controversial but important are of strategic management research on sustainable competitive advantage. Consequently, the theoretical foundation and the empirical testing of the framework needs further work. However, it is evident that internal organizational factors in the form of resources and capabilities are vital for the formation of sustainable competitive advantage. Resources and capabilities are not, however, valuable on their own - competitive advantage requires seamless interplay and complementarity between bundles of resources and capabilities.

The multi-facets of sustainable nanotechnology : lessons from a nanosafety symposium

An international symposium for nanosafety was held recently at the Nanyang Technological University in Singapore. Topics relating to understanding nanomaterial properties, tools, and infrastructure required for predicting hazardous outcomes, measuring nanomaterial exposure levels, systems approach for risk assessment and public's perception of nanotechnology were covered. The need for a multidisciplinary approach, across both natural and social sciences, for developing sustainable nanotechnology solutions was heavily emphasized. This commentary highlights the major issues discussed and the commitment of the nanosafety research community in Singapore to contribute collectively to realise the vision of sustainable nanotechnology.

Quality and safety requirements for sustainable phage therapy products.

The worldwide antibiotic crisis has led to a renewed interest in phage therapy. Since time immemorial phages control bacterial populations on Earth. Potent lytic phages against bacterial pathogens can be isolated from the environment or selected from a collection in a matter of days. In addition, phages have the capacity to rapidly overcome bacterial resistances, which will inevitably emerge. To maximally exploit these advantage phages have over conventional drugs such as antibiotics, it is important that sustainable phage products are not submitted to the conventional long medicinal product development and licensing pathway. There is a need for an adapted framework, including realistic production and quality and safety requirements, that allowsa timely supplying of phage therapy products for 'personalized therapy' or for public health or medical emergencies. This paper enumerates all phage therapy product related quality and safety risks known to the authors, as well as the tests that can be performed to minimize these risks, only to the extent needed to protect the patients and to allow and advance responsible phage therapy and research.

Respecting the deal: Economically sustainable management of open innovation among co-opeting companies

Platforms like eBay allow product seekers and providers to meet and exchange goods. On eBay, consumers can return a product if it does not correspond to expectations; eBay is the third-party firm in charge of assuring that the agreement among seekers and providers will be respected. Who provides the same service for what concerns open innovation, where specifications might not fully defined? This paper describes the business model of an organizational structure to support the elicitation and respect of agreements among agents, who have conflicting interests but that gain from cooperating together. Extending previous studies, our business model takes into account the economic dimensions concerning the needs of knowledge share and mutual control to allow a third-party to sustainably reinforce trust among untrusted partners and to lower their overall relational risk.