Dynamique de l'organisation de chromatine au cours de la reproduction – DYSCORD

La reproduction sexuée chez les plantes comprend une succession de phases de développement qui génèrent d'abord des spores haploïdes génétiquement distinctes au cours de la méïose. Après plusieurs cycles de division, les spores mâles et femelles finissent par se différencier respectivement en deux gamètes mâles et deux gamètes femelles (cellule œuf, cellule centrale). La double fécondation des gamètes produit alors un embryon et son tissu nourricier, l'albumen, qui se développent tous deux au sein d'une graine. Au cours de ces phases, des changements massifs dans les compartiments cellulaires, de l'architecture des chromosomes et de la structure de la chromatine se produisent dans un laps de temps relativement court. Malheureusement, ces événements dynamiques se déroulent au sein des organes floraux et dans un nombre limité de cellules, ce qui complique les recherches et a laissé de nombreuses questions en suspens pendant de nombreuses années. Des protocoles d'imagerie en direct ont été développés et permettent maintenant d'observer les cellules reproductrices directement à partir de tissus vivants pendant toutes les phases clés de la reproduction des plantes (méiose, gamétogenèse, fécondation, embryogenèse).
Le développement récent, par les partenaires du projet, du système ANCHOR - un nouveau système de marquage de l'ADN - permet de suivre en temps réel la dynamique d'un locus unique dans une cellule vivante. ANCHOR comprend une protéine OR fusionnée à un rapporteur fluorescent qui se lie à une séquence cible ANCH. Ce nouvel outil offre une possibilité sans précédent et complémentaire aux approches d'imagerie pour répondre aux questions liées à la dynamique des chromosomes dans les tissus reproducteurs vivants. En tirant parti du système ANCHOR et en le couplant à d’autres approches de marquage très pointues, le projet DYSCORD vise à mieux comprendre deux étapes importantes de la reproduction (la reconnaissance des chromosomes parentaux pendant la méiose et l'empreinte génomique dans l'endosperme). Dans le work package 1, une collection de lignées d’Arabidopsis thaliana possédant le système de marquage ANCHOR distribué dans l'ensemble du génome sera générée afin de pouvoir observer simultanément et en temps-réel jusqu'à trois loci non liés dans un seul et unique noyau. A noter que cette collection sera accessible à l’ensemble de la communauté scientifique. Dans le second work package, nous étudierons la dynamique des chromosomes pendant la méiose, une étape au cours de laquelle les chromosomes parentaux sont étroitement associés les uns aux autres. Nous utiliserons les lignées ANCHOR pour déterminer la dynamique des interactions entre chromosomes homologues et comparer le comportement de différentes régions chromosomiques soit dans le type sauvage et dans des mutants méiotiques. Le work package 3 se concentrera sur la compréhension du comportement des gènes soumis à l'empreinte parentale caractérisés par une expression monoallélique pendant le développement de l'albumen en s'appuyant sur l'imagerie en temps-réel. La dynamique des différents allèles parentaux fluorescents marqués par ANCHOR et leur activité transcriptionnelle à l'aide de technologies d'imagerie basées sur l'ARN en direct seront visualisées simultanément pendant le développement de l'albumen chez le type sauvage et chez les mutants rétablissant l'expression biallélique de ces gènes soumis à l'empreinte.
Les résultats obtenus dans le cadre de DYSCORD sur A. thaliana profiteront à l'ensemble de la communauté scientifique travaillant dans le domaine de la méiose et de la reproduction, mais généreront également plusieurs réalisations techniques révolutionnaires en biologie cellulaire et en imagerie en temps réelle, qui devraient profiter à l'ensemble de la communauté scientifique végétale.