Variation évolutive des mécanismes moléculaires contrôlant l'hérédité épigénétique chez C. elegans – EvolEpiElegans

(1) Caractérisation de la variation génétique naturelle dans des systèmes de transmission multigénérationnelle: Nous obtiendrons des mesures quantitatives de la variation au sein d'un panel de référence de 97 isolats naturels de C. elegans, distincts génétiquement, en quantifiant sur plusieurs générations la fertilité (a) à 25°C et (b) après carence en stade L1. Nos données préliminaires montrent que, dans les deux cas, une variation est observée entre isolats naturels.
(2) Variation génétique naturelle et changements multi-générationnels dans les petits ARNs, les modifications des histones, génome et transcriptome: Nous comparerons le contenu en piRNA et endo-siRNA (a) de différents isolats de C. elegans et (b) de générations successives, contrôles ou stressées (haute température ou carence en L1). Les séquences des génomes informerons sur le contenu génomique en piRNAs. Le séquençage des génomes et transcriptomes à des générations ultérieures révèlera l'accumulation possible de lésions moléculaires et les changements d'expression génique.
(3) Cartographie de la variation génétique dans la transmission multigénérationnelle: Nous établirons des lignées consanguines recombinantes (RIL) à partir de parents présentant de fortes différences phénotypiques. Une cartographie de locus de traits quantitatifs (QTL) des gènes impliqués dans ces différences sera complémentée par une cartographie fine via des lignées quasi isogéniques (NIL), permettant l'identification de locus candidats.
(4) Les polymorphismes moléculaires candidats seront testés par complémentation, RNAi, transgenèse et édition du génome par la technique CRISPR-Cas. Les mécanismes responsables de la variation phénotypique seront ensuite étudiés, dans des fonds isogéniques différant uniquement quant aux polymorphismes identifiés.

We have characterized natural genetic variation in the two multigenerational inheritance systems, i.e. multigenerational effects of high temperature C. elegans fertility (Mrt) and multigenerational effects of early-life starvation on C. elegans fertility. For our studies on both systems, significant progress has been made according to the planned project objectives and timeline (tasks 1- 8).

Nous avons établi chez C. elegans des systèmes d'étude novateurs permettant de caractériser pour la première fois comment la variation génétique naturelle module des mécanismes moléculaires de transmission épigénétique. Ce projet appréhende donc une question fondamentale en biologie actuelle avec des implications d'envergure dans des disciplines multiples: épigénétique, biologie du développement et génétique évolutive.

Communications at conferences

1. 20th International meeting of C. elegans ,Los Angeles, USA, June 2015 (selected poster by L. Frézal, E Miska and MA Félix)

2. Evolutionary Systems Biology: From Model Organisms to Human Disease, Hinxton, UK, March 2016 (selected talk by L. Frézal)

3. French C. elegans meeting Lyon, E. Demoinet & C. Braendle
Jan 2015 (poster)

Comprendre comment des modifications non-génétiques induites par l'environnement peuvent être transmises moléculairement sur plusieurs générations, et déterminer si la régulation de cette hérédité épigénétique fait l'objet d'une variation génétique dans la nature, sont des questions clés en biologie. Nous proposons de répondre à cet objectif en caractérisant la variation génétique naturelle de systèmes d'héritabilité épigénétique chez le nématode Caenorhabditis elegans. Nous avons établi des paradigmes expérimentaux de transmission multigénérationnelle de défauts de fertilité induits par des stress environnementaux: (1) l'exposition continue à une température élevée (25°C), entraînant une stérilité progressive sur plusieurs générations; (2) une privation ponctuelle de nourriture en début de vie, qui diminue la fécondité sur plusieurs générations. Nos résultats préliminaires suggèrent que dans les deux cas (a) la transmission des phénotypes implique une héritabilité épigénétique et (b) C. elegans présente une variation génétique naturelle quant à la présence et l'intensité de cette transmission.
La présence de cette variation génétique intraspécifique permettra la caractérisation génétique des variations d'héritabilité épigénétique. Nous complèterons cette approche de cartographie génétique par l'étude des variations dans les mécanismes moléculaires potentiellement impliqués: petits ARNs et méthylations de la chromatine.
Le projet impliquera trois groupes de recherche complémentaires dans leurs expertises: génétique du développement de C. elegans, génétique quantitative et évolutive, et transmission épigénétique par les petits ARNs et modifications de la chromatine. Les 4 objectifs principaux seront:
(1) Caractérisation de la variation génétique naturelle dans des systèmes de transmission multigénérationnelle: Nous obtiendrons des mesures quantitatives de la variation au sein d'un panel de référence de 97 isolats naturels de C. elegans, distincts génétiquement, en quantifiant sur plusieurs générations la fertilité (a) à 25°C et (b) après carence en stade L1. Nos données préliminaires montrent que, dans les deux cas, une variation est observée entre isolats naturels.
(2) Variation génétique naturelle et changements multi-générationnels dans les petits ARNs, les modifications des histones, génome et transcriptome: Nous comparerons le contenu en piRNA et endo-siRNA (a) de différents isolats de C. elegans et (b) de générations successives, contrôles ou stressées (haute température ou carence en L1). Les séquences des génomes informerons sur le contenu génomique en piRNAs. Le séquençage des génomes et transcriptomes à des générations ultérieures révèlera l'accumulation possible de lésions moléculaires et les changements d'expression génique.
(3) Cartographie de la variation génétique dans la transmission multigénérationnelle: Nous établirons des lignées consanguines recombinantes (RIL) à partir de parents présentant de fortes différences phénotypiques. Une cartographie de locus de traits quantitatifs (QTL) des gènes impliqués dans ces différences sera complémentée par une cartographie fine via des lignées quasi isogéniques (NIL), permettant l'identification de locus candidats.
(4) Les polymorphismes moléculaires candidats seront testés par complémentation, RNAi, transgenèse et édition du génome par la technique CRISPR-Cas. Les mécanismes responsables de la variation phénotypique seront ensuite étudiés, dans des fonds isogéniques différant uniquement quant aux polymorphismes identifiés.
Pertinence du projet: Nous avons établi chez C. elegans des systèmes d'étude novateurs permettant de caractériser pour la première fois comment la variation génétique naturelle module des mécanismes moléculaires de transmission épigénétique. Ce projet appréhende donc une question fondamentale en biologie actuelle avec des implications d'envergure dans des disciplines multiples: épigénétique, biologie du développement et génétique évolutive.