Signalisation oxydative et régulation épigénétique lors de l’émergence des semis sous stress hydrique. – SEED

La majeure partie de l'alimentation humaine ou animale est directement ou indirectement dérivée des semences. Leur germination puis le développement des plantules, qui déterminent la vigueur germinative, sont fortement impactés par les conditions environnementales. Par conséquent, comprendre l'impact des stress abiotiques sur ces étapes est d'une importance stratégique pour l’agriculture, d'autant plus critique dans le contexte de changement climatique, qui se caractérise par une augmentation de la fréquence et de l'intensité d’évènements extrêmes. En particulier, un stress hydrique pendant la germination et les premiers stades de la levée des semis affecte fortement la productivité des cultures. Au niveau moléculaire, la germination des semences implique des changements massifs dans l'expression des gènes, dans les heures qui suivent l'imbibition des graines. La reprise de l'activité transcriptionnelle dans les graines imbibées est associée à une profonde reprogrammation du paysage chromatinien (épigénome), qui contribue à adapter la réponse des semences en germination aux stimuli environnementaux et à assurer la croissance ultérieure des plantules. Des travaux au sein du consortium ont montré que l'homéostasie des Espèces Réactives de l'Oxygène (ROS, Reactive Oxygen Species) pendant l'imbibition des semences contrôle le processus de germination. Ainsi, la surproduction de ROS lors d’expositions à un stress, tel que le stress hydrique, peut inhiber la germination. Un nombre croissant de travaux révèle l'impact des ROS sur l'épigénome, soit directement via l’oxydation des protéines histones, soit indirectement en affectant l'activité enzymatique de facteurs modifiant la chromatine. L’objectif principal du projet SEED est de déterminer comment l'homéostasie des ROS peut signaler des conditions de stress hydrique lors de la germination et de la levée, et permettre, via une réorganisation de la chromatine et des régulations transcriptionnelles, une réponse adaptée des semences aux conditions environnementales. Pour atteindre cet objectif, le consortium réunit trois partenaires aux expertises complémentaires, issus de deux instituts de recherche : l'Institut des Biosciences et des Biotechnologies d'Aix-Marseille, et deux équipes de l’Institut de Biologie Paris-Seine (Sorbonne Université). Le projet SEED comprend quatre ensembles de tâches (WP, Work Packages) réalisés sur la plante modèle Arabidopsis thaliana qui constitue un modèle parfaitement adapté pour développer le projet dans les délais proposés, notamment en raison de son cycle de vie rapide et de la disponibilité de vastes ressources génétiques au sein du consortium. Le WP1 permettra de définir les variations de l'homéostasie des ROS pendant le stress hydrique, par l'utilisation de techniques d'imagerie pour localiser et quantifier les ROS in vivo, puis d’identifier les effets de ces variations au niveau physiologique, par des tests de germination, et au niveau moléculaire, par des analyses transcriptomiques et protéomiques des modifications d'histones spécifiques du stress hydrique. Le WP2 vise à déterminer les changements de l'épigénome induits par les ROS, avant d’explorer leurs liens fonctionnels avec la production de ROS, les mécanismes chromatiniens sous-jacents et enfin leurs effets sur l’expression génique. Le WP3 aura pour objectif d’obtenir une vision à grande échelle des réarrangements de l'organisation du noyau et de la chromatine induits par les ROS, par cytogénétique et capture de conformations chromosomiques (Hi-C) et explorer leurs liens avec les dynamiques de l’épigénome et de l'activité de transcription induites par les ROS. En parallèle, le WP4 vise à extraire et intégrer l’information des larges jeux de données obtenues dans les trois WP expérimentaux afin d’identifier de nouveaux marqueurs moléculaires (épigénétiques) pour les programmes d’amélioration de la capacité de germination des espèces cultivées.