Liens fonctionnels entre reprogrammation de l'architecture nucléaire et de l'épigénome au cours de réponses adaptatives des plantes à la lumière. – ChromaLight

ChromaLight propose d'étudier les dynamiques chromatiniennes au cours de deux types d'adaptations photomorphogéniques des plantes par des expériences résolues dans le temps et à plusieurs échelles, du nucléosome (par ChIP-seq et ATAC-seq), à la topologie du génome (par cytogénétique et capture de conformation de la chromatine par Hi-C), le régime transcriptionnel (par cytométrie et ChIP de l'ARN polymérase 2) à l'expression des gènes (par RNA-seq). La recherche de dépendances entre les différents niveaux de régulation impliquera notamment l'étude fonctionnelle d'un variant d'histone de liaison H1 régulé par la lumière récemment identifié par le partenaire 1 et ses collaborateurs comme étant un déterminant moléculaire des réarrangements hétérochromatiens au cours de la photomorphogenèse. Utilisant les données générées, des analyses computationnelles seront développées par le partenaire 2 pour évaluer si (1) le remodelage 3D du génome repose sur des points d'attraction, leur séquence et les propriétés locales de la chromatine; (2) la transition entre états correspond à des réarrangements graduels; et (3) l'établissement d'un nouveau programme transcriptionnel montre des liens temporels et fonctionnels avec des réarrangements nucléaires. L'importance des mécanismes de répression des éléments transposables sur l'expression des gènes fera également l'objet d'une attention particulière.

Les analyses des données générées sont en cours.

Cette étude contribuera aux efforts intenses consacrés à déchiffrer comment les mécanismes épigénétiques influencent les réponses adaptatives des organismes multicellulaires aux signaux environnementaux. Les connaissances générées sur des réponses photomorphogéniques, qui ont un impact profond sur le rendement agricole et le succès écologique en contexte naturel, amélioreront la compréhension générale des mécanismes de contrôle de la fonction des génomes de plantes. A plus long terme, elles pourraient avoir un impact profond sur la capacité de manipulation de leurs capacités adaptatives par des approches dites d'ingénierie épigénétique.

- Rutowicz K, Lirski M, Mermaz B, Schubert J, Teano G, Mestiri I, Kroten M, Tohnyui F, Fritz S, Grob S, Ringli C, Cherkezeyan L, Barneche F, Jerzmanowski A, Baroux C (2019) Linker histones are fine-scale chromatin architects modulating developmental decisions in Arabidopsis. Genome Biology 20: 157. Doi: 10.1186/s13059-019-1767-3

-Bourbousse C., Barneche F. and C. Laloi (2020) Plant Chromatin Catches the Sun. Front. Plant Sci. 10:1728. doi: 10.3389/fpls.2019.01728

Les réarrangements de l'architecture nucléaire et du paysage chromatinien sont orchestrés au cours des transitions développementales et de nombreuses réponses adaptatives des organismes eucaryotes. La compréhension de l'étendue et de la fonction de ces processus révolutionne actuellement la vision générale de la biologie développementale et évolutive. L'information "épigénomique" linéaire obtenue pour des états chromatiniens prévalents, influençant notamment l'accessibilité de l'ADN, commence à converger avec des informations 3-D obtenues par Capture de Conformation Chromosomique (3C, Hi-C) et par cytologie. Les relations entre réarrangements nucléaires, les variations de l'épigénome et la reprogrammation de l'expression génique sont encore mal établies, en particulier chez les organismes photosynthétiques. Le projet ChromaLight vise à rechercher comment les cellules de plantes modifient leur architecture nucléaire en réponse à des changements de lumière, et comment ces changements impactent la régulation fine de nombreux gènes au cours d'une transition. Pour aborder ces aspects fondamentaux de la spécialisation cellulaire, nous proposons d'utiliser un système biologique associant une réorganisation dramatique de la chromatine avec un changement massif de l'expression du génome de façon synchrone dans la plupart des cellules d'un organe (le cotyledon) chez la plante modèle Arabidopsis thaliana. Des travaux récents dans les domaines convergents de la chromatine et de la biologie sensorielle révèlent que le dé-étiolement des plantules d'Arabidopsis implique une reprogrammation de l'expression du génome qui coïncide avec le repositionnement subnucléaire de gènes induits par la lumière et la condensation de grands domaines hétérochromatiniens. Le Partenaire 1 et ses collaborateurs ont de plus identifié que la réponse d'évitement de l'ombre induite par des conditions de lumière sub-optimales déclenche une relaxation de l'hétérochromatine dans ce même organe, constituant un système "en miroir" idéal pour des analyses fonctionnelles de la séquence spatio-temporelle d'événements. ChromaLight propose de contraster ces deux types d'adaptations photomorphogéniques par des expériences résolues dans le temps à plusieurs échelles - du nucléosome (par ChIP-seq et ATAC-seq) à la topologie du génome (par cytogénétique et la méthode de Hi-C établie par le Partenaire 3). La recherche de dépendances entre les différents niveaux de régulation impliquera notamment l'étude fonctionnelle d'un variant d'histone de liaison H1 régulé par la lumière récemment identifié par le partenaire 1 et ses collaborateurs comme étant un déterminant moléculaire des réarrangements hétérochromatiens au cours de la photomorphogenèse. Utilisant les données générées, des analyses computationnelles seront développées par le partenaire 2 pour évaluer si (1) le remodelage 3D du génome repose sur des points d'attraction, leur séquence et les propriétés locales de la chromatine; (2) la transition entre états correspond à des réarrangements graduels; et (3) l'établissement d'un nouveau programme transcriptionnel montre des liens temporels et fonctionnels avec des réarrangements nucléaires. L'importance des mécanismes de répression des éléments transposables sur l'expression des gènes fera également l'objet d'une attention particulière. Cette étude contribuera aux efforts intenses consacrés à déchiffrer comment les mécanismes épigénétiques influencent les réponses adaptatives des organismes multicellulaires aux signaux environnementaux. Les connaissances générées sur des réponses photomorphogéniques, qui ont un impact profond sur le rendement agricole et le succès écologique en contexte naturel, amélioreront la compréhension générale des mécanismes de contrôle de la fonction des génomes de plantes. A plus long terme, elles pourraient avoir un impact profond sur la capacité de manipulation de leurs capacités adaptatives par des approches dites d'ingénierie épigénétique.