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Variabilité naturelle épigénétique chez Arabidopsis – ENIgmA

Variabilité naturelle épigénétique chez les plantes

La variabilité naturelle existe chez les plantes et elle s’exprime au niveau génétique mais aussi épigénétique, c’est à dire de modifications transmissibles à la descendance mais qui ne changent pas la séquence de l’ADN.

Exploitation de la variabilité épigénétique naturelle.

Nous cherchons à mieux caractériser cette nouvelle forme de variabilité pour pouvoir dans un second temps l’exploiter à des fins d’amélioration variétale. L’objectif est de pouvoir déterminer dans quelle mesure les épiallèles peuvent être transmis à la descendance sur plusieurs générations et donc si la variabilité épigénétique participe au processus d’adaptation des espèces.

Nous utilisons des approches classiques de recherche de QTL chez l’espèce modèle Arabidopsis thaliana. Certains de ceux que nous avons identifiés sont liés à des marques épigénétiques. Nous caractérisons les mécanismes moléculaires mis en jeu ainsi que la façon dont ces marques sont transmises de manière stable au cours des générations.

Nous avons déjà montré qu’une forme d’incompatibilité épigénétique entre deux accessions de la plante modèle Arabidopsis est liée à des marques épigénétiques différentes et est basée sur deux régions chromosomiques différentes.

Nous cherchons maintenant à savoir comment certaines marques épigénétiques sont déposées et ce qui conditionne leur maintien au cours des générations.

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L'épigénétique consiste en l'étude des modifications héritables de l'expression des gènes, non liées à un changement de séquence ADN. Même si la définition est simple, les mécanismes impliqués dans les modifications épigénétiques et la dynamique de la chromatine sont complexes et très étudiés, notamment chez les plantes modèles comme Arabidopsis. De récentes analyses, basées sur des techniques à haut débit, ont permis de révéler le paysage épigénétique d'Arabidopsis, comme les variations de méthylation de l'ADN, les modifications des histones, ou l'abondance des petits ARN, ainsi que le polymorphisme épigénétique des régions transcrites de différentes accessions. Les études s'intéressant à la variabilité naturelle des plantes se sont focalisées sur les variations de séquences, mais peu de chose sont connues sur le rôle de la machinerie épigénétique dans ce processus. Pour mieux comprendre l'importance des altérations épigénétiques héritables au sein des populations naturelles, il nous faut désormais isoler de nouveaux épiallèles.
A l'IJPB, plusieurs groupes s'intéressent à la variabilité naturelle chez Arabidopsis, comme source de biodiversité. Plusieurs loci à effet quantitatif (QTL) responsables de ces variations ont été identifiés ainsi que les gènes correspondant. De manière intéressante, de nouveaux gènes ont également été identifiés, pour lesquels le polymorphisme observé au niveau nucléotidique, dans les accessions parentales, ne peut pas expliquer le phénotype des lignées recombinantes (RIL). L'objectif de ce projet est de caractériser ces épivariants naturels qui présentent des phénotypes, et également de comprendre les mécanismes moléculaires mis en jeu.
La première partie du projet consistera en l'étude d'un épiQTL, SG1. Nous pensons que la protéine SG1 est impliquée de manière directe ou indirecte dans le contrôle épigénétique de certains loci, y compris de SG1 lui même. Des premiers résultats ont montré que SG1 est plus méthylé chez certaines accessions. L'analyse des profils de méthylation de l'ADN et des modifications des histones sera poursuivie. Nous identifierons les partenaires de la protéine SG1, sa localisation cellulaire et ses cibles. Enfin, nous caractériserons les épimutants générés dans un contexte sg1 puisque des mutants T-DNA sg1 ont des phénotypes stochastiques apparaissant après plusieurs générations, faisant penser à des épimutations.
La seconde partie du projet consistera en l'étude d'une incompatibilité résultant du croisement entre Sha et Col. Des premiers résultats ont révélé qu'il existe un polymorphisme de méthylation entre ces accessions à un locus du chromosome 5 (gène AtFOLT1: transporteur de folate). Cela est lié à un second locus au chromosome 4 (AtFOLT2) qui est à l'origine de la méthylation au chromosome 5 chez Sha. D'abord, nous caractériserons les structures moléculaires particulières (tels que les tandems répétés) qui existent aux loci incompatibles de différentes accessions. Nous déterminerons si ces loci sont capables d'induire de la méthylation de novo et nous déterminerons les voies moléculaires qui contrôlent ces variations épigénétiques. Depuis la soumission de ce projet en 2010, nous avons détecté des petits ARN ciblant AtFOLT1 que nous caractériserons dans d'autres accessions.
Enfin, de récentes données montrent que les voies de synthèse des petits ARN peuvent différer entre certaines accessions. Nous avons identifié des QTL d'expression (eQTL) dans deux populations de cartographie. Nous développerons ce projet très prometteur.
Nous pensons être bien positionné pour caractériser ces nouveaux épivariants naturels avec une combinaison d'expertise en épigénétique et la découverte de ces épivariants au sein des populations naturelles. Ce projet permettra d'identifier de nouvelles voies qui émergent dans les projets 'variabilité naturelle' et qui conduiront à la découverte de nouveaux exemples de mécanismes épigénétiques régulant l'expression des gènes et transmis entre générations.

Coordinateur du projet

INSTITUT NATIONAL DE LA RECHERCHE AGRONOMIQUE - CENTRE DE RECHERCHE DE VERSAILLES GRIGNON (Laboratoire public)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

INSTITUT NATIONAL DE LA RECHERCHE AGRONOMIQUE - CENTRE DE RECHERCHE DE VERSAILLES GRIGNON

Aide de l'ANR 260 000 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2011 - 48 Mois

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