Propriétés du réseau de gènes contrôlant la formation des nouvelles racines latérales chez les plantes – NewRoot

L’organogenèse nécessite un contrôle étroit de la division et de la différenciation des cellules, impliquant des cascades de régulation génétique aux multiples interconnections et pouvant intégrer divers signaux endogènes ou environnementaux. Ces systèmes génétiques complexes peuvent générer des propriétés particulières participant à l’organisation fonctionnelle des tissus. Les approches de génétique classique ont permis d’identifier de nombreux acteurs impliqués dans l’organogenèse. Cependant, les propriétés émergentes du système global restent difficiles à étudier et demeurent souvent mal connues. Nous nous intéressons aux propriétés du réseau génétique contrôlant le développement du primordium de racine latérale chez la plante Arabidopsis thaliana. Ce modèle est particulièrement favorable à ce type d’étude, car (1) la plante génère de façon répétée et robuste de nouveaux méristèmes racinaires participant de façon cruciale au développement continu de l’organisme et (2) notre équipe a récemment participé au développement de nouveaux outils permettant aujourd’hui d’une part d’explorer de façon fine et dynamique l’organisation fonctionnelle de ces organes (Goh et al., Development 2016), et d’autre part d’inférer la topologie d’un réseau de plus de 250 gènes différentiellement exprimés au cours de ce processus d’organogenèse, réseau dont certaines interactions sont déjà validées expérimentalement (Lavenus et al., Plant Cell 2015).
Ce projet de recherche vise désormais à explorer les propriétés de ce réseau de gènes susceptibles de contrôler l’organisation fonctionnelle du primordium de racine latérale par une approche de biologie des systèmes combinant modélisation et expérimentation. Dans un premier temps, l’ensemble du réseau sera soumis à une analyse topologique exhaustive puis ses propriétés dynamiques seront étudiées grâce à un nouvel algorithme actuellement développé par notre équipe. Ces approches in silico seront confortées par l'analyse in vivo des patrons d'expression de gènes clés et la confirmation expérimentale des régulations génétiques les plus importantes (transactivation en protoplastes; analyses de phénotypes mutants). Nous avons déjà mis en évidence deux sous-réseaux majeurs, l’un dont l’expression semble progressivement confinée à la base du primordium, et l’autre actif dans son centre, où le méristème racinaire est mis en place (Lavenus et al., Plant Cell 2015). Dans un second temps, nous explorerons plus particulièrement la prédiction d’une régulation coordonnée de la voie de biosynthèse des acides gras à très longue chaine par le facteur de transcription PUCHI, membre du premier sous-réseau. Le rôle de cette régulation, non décrite précédemment mais confortée par nos données préliminaires et cohérente avec la littérature, sera exploré. Enfin, nous analyserons les propriétés du réseau de gènes actif dans la partie centrale afin d'identifier quelles propriétés dynamiques y expliquent l'organisation d’un nouveau méristème et en particulier la création d'une nouvelle niche de cellules souches. Les prédictions in silico seront confirmées par des tests in vivo (plusieurs marqueurs sont déjà disponibles pour le centre organisateur de la niche de cellules souches) et leur importance fonctionnelle sera évaluée par la manipulation du réseau grâce à la transgénèse.
Ce projet de recherche propose une analyse novatrice des propriétés du réseau génétique gouvernant la formation des racines latérales. Il fournira des nouvelles données sur les mécanismes fondamentaux d'organisation fonctionnelle lors de l'organogenèse dans ce système caractérisé par une forte plasticité de l’identité cellulaire et la création d'une nouvelle niche de cellules souches. Il pourra révéler de nouveaux gènes régulateurs dont l'association contrôle la ramification racinaire, qui pourront faire l'objet de programmes de sélection génétique chez les plantes cultivées.