Abstract Early amniote development is a highly regulative and self-organized process, capable to adapt to interference through cell-cell interactions, which are widely believed to be mediated by molecules. Analyzing intact and mechanically perturbed avian embryos, we show that the mechanical forces that drive embryogenesis self-organize in an analog of Turing’s molecular reaction-diffusion model, with contractility locally self-activating and the ensuing tension acting as a long-range inhibitor. This mechanical feedback governs the persistent pattern of tissue flows that shape the embryo and steers the concomitant emergence of embryonic territories by modulating gene expression, ensuring the formation of a single embryo under normal conditions, yet allowing the emergence of multiple, well-proportioned embryos upon perturbations. Thus, mechanical forces are a central signal in embryonic self-organization, feeding back onto gene expression to canalize both patterning and morphogenesis.

B ackground Quantitative imaging of epithelial tissues prompts for bioimage analysis tools that are widely applicable and accurate. In the case of imaging 3D tissues, a common pre-processing step consists in projecting the acquired 3D volume on a 2D plane mapping the tissue surface. Indeed, while segmenting the tissue cells is amenable on 2D projections, it is still very difficult and cumbersome in 3D. However, for many specimen and models used in Developmental and Cell Biology, the complex content of the image volume surrounding the epithelium in a tissue often reduces the visibility of the biological object in the projection, compromising its subsequent analysis. In addition, the projection may distort the geometry of the tissue and can lead to strong artifacts in the morphology measurement. R esults Here we introduce a user-friendly toolbox built to robustly project epithelia on their 2D surface from 3D volumes, and to produce accurate morphology measurement corrected for the projection distortion, even for very curved tissues. Our toolbox is built upon two components. LocalZProjector is a user-friendly and configurable Fiji plugin that generates 2D projections and height-maps from potentially large 3D stacks (larger than 40 GB per time-point) by only incorporating signal of the planes with local highest variance/mean intensity, despite a possibly complex image content. DeProj is a MATLAB tool that generates correct morphology measurements by combining the height-map output (such as the one offered by LocalZProjector ) and the results of a cell segmentation on the 2D projection, hence effectively deprojecting the 2D segmentation in 3D. In this paper we demonstrate their effectiveness over a wide range of different biological samples. We then compare its performance and accuracy against similar existing tools. C onclusions We find that LocalZProjector performs well even in situations where the volume to project also contains un-wanted signal in other layers. We show that it can process large images without a pre-processing step. We study the impact of geometrical distortions on morphological measurements induced by the projection. We measured very large distortions which are then corrected by DeProj , providing accurate outputs.

Limb position along the body is highly consistent within one species but very variable among vertebrates. Despite major advances in our understanding of limb patterning in three dimensions, how limbs reproducibly form along the anteroposterior axis remains largely unknown. Hox genes have long been suspected to control limb position, however supporting evidences are mostly correlative and their role in this process remains unclear. Here we show that Hox genes determine the avian forelimb position in a two-step process: first, their sequential collinear activation during gastrulation controls the relative position of their own successive expression domains along the body axis. Then, within these collinear domains, Hox genes differentially activate or repress the genetic cascade responsible for forelimb initiation. Furthermore, we provide evidences that changes in the timing of collinear Hox gene activation might underlie natural variation in forelimb position between different birds. Altogether our results which characterize the cellular and molecular mechanisms underlying the regulation and natural variation of forelimb position in avians, show a direct and early role for Hox genes in this process.