MicroARN et plasticité phénotypique – MiRNAdapt

La biologie permet depuis une grande décennie l’analyse complète de génomes, dont celui du modèle d’étude, le puceron du pois. Grâce à cette génomique, nous pouvons décrire les gènes actifs sous formes d’ARN messagers lors de l’adaptation du mode de reproduction aux saisons. Nous analyserons ces ARN messagers, ainsi que de petits ARN régulateurs (les microARN) qui peuvent interagir avec ces ARN messagers pour les inactiver. Il s’agit ici d’étudier donc des interactions entre ARN messagers et microARNS qui se chiffrent par dizaines de milliers. Il est donc nécessaire de s’approprier les outils de l’informatique adaptés à la biologie (bioinformatique) et de mathématique pour prédire ou modéliser ces interactions.

Les recherches effectuées dans ce projet permettrons d’abord d’enrichir nos connaissances sur le fonctionnement du génome des pucerons, ravageurs des cultures. Puis, ce projet permettra de développer et mettre à disposition des outils mathématiques pour analyser des données similaires (interactions ARN messagers – microARN) chez tout autre organisme vivant.

Ces connaissances permettront d’identifier des fonctions clefs de ces ravageurs de culture sur lesquelles il sera éventuellement possible d’agir pour limiter la pullulation de ces insectes sur les cultures majeures. Réduire l’utilisation de pesticides dans les prochaines années est un enjeu national (plan écophyto 2018) dans un contexte de protection de l’environnement.

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La compréhension du rôle de l’environnement, des gènes et de leur interaction dans l’expression d’un phénotype est centrale pour résoudre des questions essentielles en biologie adaptative. Cependant, il y a un paradoxe en ce début de 21ème siècle puisque les espèces vivantes pour lesquelles les connaissances en génomique et génétiques sont fortement développées sont celles pour lesquelles les connaissances écologiques et adaptatives sont les moins connues. Ce projet propose d’étudier cette interaction environnement/gène chez un modèle particulier –le puceron du pois- pour lequel l’écologie est bine connue (les pucerons sont des insectes ravageurs des cultures) et pour lequel des ressources génétiques et génomiques sont actuellement disponibles. De plus, cet insecte s’adapte à son environnement par plasticité phénotypique de son mode reproducteur. Les pucerons se reproduisent par viviparité clonale au printemps et en été, et alternent en été avec une reproduction ovipare sexuée. Les œufs résistants au froid sont pondus avant l’arrivée de l’hiver. Nous proposons ici une approche de biologie intégrative entre la bioinformatique, la génomique et la modélisation mathématique pour améliore nos connaissances des bases moléculaires de régulation génique de cette adaptation : le changement de mode reproducteur par un organisme clonal sous influence de l’environnement (la photopériode et les saisons).
Le consortium met à profit des compétences diverses et complémentaires qui permettront i) de prédire les interactions entre les miARN et les ARNm chez le puceron du pois, ii) de construire un réseau génique basée sur ces interactions, iii) d’identifier à partir de ce réseau des nœuds centrés sur les miARNs régulés lors du changement de mode de reproduction et iv) de valider par des approches expérimentales les hypothèses proposées par le réseau. Il s’agira donc d’un dialogue permanent entre modélisateurs et expérimentateurs autour de la régulation de la plasticité phénotypique.
La première Tâche scientifique prédira par des approches de bioinformatique les interactions entre miARN et mARN en prenant en compte les connaissances du génome du puceron du pois. La deuxième Tâche scientifique construira le réseau de régulation en décrivant au préalable les sites de fixation de facteurs de transcription communs aux gènes co-régulés lors du changement de mode de reproduction. La troisième Tâche scientifique testera les hypothèses prédites par le réseau, notamment en générant des données de séquençage et d’expression de miARN isolés de variants naturels du puceron du pois. En effet, des populations naturelles ont perdu la capacité à répondre aux changements saisonniers et n’alternent plus de mode de reproduction.
Ce projet permettra donc de poser des hypothèses sur les régulations post-transcriptionnelles régulant le changement de mode de reproduction chez les pucerons, sous l’influence des conditions expérimentales.