Contrôles génétiques et chromatiniens du développement et de la maturation des graines – SEED-REG

Les graines jouent un rôle clé dans la dissémination et l'évolution des plantes, ainsi qu’en agriculture et pour la production alimentaire. Comprendre les mécanismes qui contrôlent le développement des graines, permettant de mettre en pause la croissance de l'embryon et d'accumuler des composés de réserve, est donc une question fondamentale en biologie végétale.

Les transitions entre les différentes phases du développement des graines (c'est-à-dire l'embryogenèse, la maturation et la germination) et le bon déroulement de la maturation sont contrôlés par les régulateurs transcriptionnels LAFL, qui sont conservés chez les angiospermes, à savoir LEC1, ABI3, FUS3, et LEC2 chez Arabidopsis. Ils peuvent former différents complexes protéiques qui initient et maintiennent le développement et la maturation de l'embryon, tout en réprimant sa germination. Ainsi, le réseau LAFL contrôle le développement et la qualité des graines, ainsi que le rendement.

Conformément à leur rôle clé, l'expression des gènes LAFL est strictement contrôlée par de nombreux mécanismes transcriptionnels et chromatiniens impliquant notamment le complexe PRC2 (une histone H3 lysine 27 méthyltransférase) conservé au cours de l'évolution et jouant un rôle clé dans l’achèvement de la phase embryonnaire. De plus, il a été récemment suggéré que les LAFL pourraient eux-mêmes participer aux modifications de la chromatine, en agissant comme des " facteurs pionniers " et recrutant des régulateurs chromatiniens qui restent à caractériser.

Malgré leur rôle central, nous ignorons encore comment les LAFL et les modifications de la chromatine interagissent pour contrôler à la fois les transitions de phases et la maturation des graines. Nous pensons que la régulation de l'expression des gènes LAFL par des mécanismes chromatiniens, les effets pléiotropiques de leurs mutations et la difficulté d'accéder à l’embryon et l’albumen au sein de la graine ont fait obstacle à l’élucidation des mécanismes impliqués et ont masqué le fait que les LAFL pourraient eux-mêmes influencer l'état de la chromatine. Une autre limitation réside dans la petite taille de la graine et la difficulté d'accéder aux différents tissus qui la composent.

Par conséquent, il est crucial d'utiliser de nouvelles approches pour suivre la dynamique de la chromatine et du transcriptome dans les différents tissus de la graine, au cours de son développement. De plus, afin d'élucider les relations épistatiques entre les LAFL et les régulateurs de la chromatine, nous devons développer de nouveaux allèles inductibles permettant d'activer ou de réprimer précisément l’expression de ces gènes et découpler l'expression des gènes LAFL des régulations chromatiniennes.

L'objectif du projet est donc de développer des approches et des outils originaux pour identifier de nouveaux régulateurs et élucider comment les LAFL interagissent avec les régulations chromatiniennes pour contrôler le développement et la maturation des graines.

Les résultats de ce projet seront à la fois scientifiques et techniques. En effet, nous utiliserons des techniques de pointe récemment adaptées dans nos laboratoires, nous générerons des allèles inductibles originaux et spécifiques à un tissu, et nous modifierons l'épigénome des LAFL en utilisant une nouvelle approche CRISPR/dCas9. L'utilisation d'Arabidopsis sera essentielle pour réaliser ces analyses. Le principal résultat scientifique de ce projet consistera en une connaissance des mécanismes génétiques et moléculaires qui contrôlent le développement et la maturation des graines. Au-delà des graines, le projet contribuera à mieux comprendre les mécanismes fondamentaux qui contrôlent les transitions de phase au cours du développement des plantes. Enfin, étant donné que les LAFL et les régulateurs chromatiniens sont largement conservés chez les espèces cultivées, ce projet a des impact potentiels importants en agriculture.