Role et régulation de l'hétérochromatine au cours de la reproduction chez le maïs, et utilisation en amélioration des plantes. – CHROMOBREED

L'information de séquence (le génome) détermine le phénotypique, mais dépend d'un environnement chromatidien approprié (l'épigénome) à la fois pour la compétence transcriptionnelle des gènes et l'organisation du génome. L'épigénome est donc d'un grand intérêt pour la recherche fondamentale aussi bien que translationnelle. Arabidopsis a jusqu'ici fourni la plupart de notre compréhension de la régulation épigénétique chez les plantes. Il s'agit cependant d'une plante inhabituelle avec un petit génome et peu d'éléments répétés, en contraste frappant avec la plupart des plantes cultivées, dont les épigénomes diffèrent du paradigme d'Arabidopsis en termes à la fois structurels et mécanistes. En particulier, alors que l’altération de l'épigénome de plantes cultivées, par exemple chez le maïs, a de fortes conséquences sur le développement, Arabidopsis est très résistant à l'instabilité épigénomique.

Le développement reproducteur est essentiel à la sélection végétale, au rendement et, partant, à la sécurité alimentaire. Pourtant, les mécanismes contrôlant la fonction et la dynamique de l'épigénome pendant la reproduction des plantes restent peu étudiés chez les principales plantes cultivées. De nombreux laboratoires ont montré que les régulations chromatidiennes sont importantes pour le succès de la reproduction. Nous, et d'autres, avons montré que l'hétérochromatine en particulier, qui englobe la majeure partie de la fraction répétée du génome, joue un rôle important dans la reproduction des plantes. Ceci est particulièrement évident chez les espèces possédant un génome complexe, où la perturbation des enzymes contrôlant l'hétérochromatine entraîne un développement reproducteur altéré, y compris une méiose anormale et des phénotypes proches de l’apomixie, un caractère potentiellement révolutionnaire en agriculture.

Dans ce projet, nous postulons que l'hétérochromatine agit comme un stabilisateur du développement reproducteur, et que l'altération de l'hétérochromatine génère une plus grande flexibilité des résultats de la reproduction, dont certain sont potentiellement intéressant en amélioration des plantes. Nous proposons donc d'élucider le rôle et la régulation de l'hétérochromatine au cours de la reproduction, en utilisant le maïs comme modèle et en nous concentrant sur deux aspects de la reproduction: la méiose et l'embryogenèse précoce. Nous évaluerons ensuite les conséquences d’une altération de l'hétérochromatine sur deux traits: les taux de recombinaison au cours de la méiose, et le potentiel de reproduction clonale.

Le maïs est une culture clé dans le monde entier, et un modèle exceptionnel pour aborder l'interaction entre la génétique et l'épigénétique, en raison d'une longue histoire de recherche épigénétique, de nombreux mutants affectant les déterminants épigénétiques et d'une cytologie exceptionnelle. Ce projet repose sur une collection de mutants de maïs affectant l'hétérochromatine, la forte expérience des participants en reproduction épigénomique et végétale, de nouvelles méthodes d'analyse des informations épigénomiques dans les cellules vivantes, et d’un ensemble de données préliminaires montrant que l'hétérochromatine peut être manipulée génétiquement et épigénétiquement par mutation et recombinaison. Nous combinerons ces éléments pour évaluer l'importance fonctionnelle des voies hétérochromatiques dans le développement reproducteur, et dériver de nouveaux outils pour la sélection végétale.