Équipes de recherche

Epigénétique et petits ARNs

epiARN 9 membres

Nous étudions les mécanismes génétiques et épigénétiques mis en jeu par la cellule végétale pour reconnaître et inactiver des séquences invasives d’origines endogènes (transposons) ou exogènes (agents pathogènes).
GÉNOMES SMART CROPS Édition des génomes Épigénétique Reproduction Stress
Nous étudions également la reprogrammation épigénétique et l’hérédité trans-générationnelle de l’épigénome, avec une attention particulière pour la régulation des transposons dans le pollen et la réponse au dosage génomique dans les graines hybrides.


Question biologique
Les génomes sont constamment exposés à diverses menaces, et la cellule doit mettre en place des actions concertées afin de préserver leur intégrité et fonctionnalité. Nos études visent en particulier à comprendre comment:
- les dommages causés à l’ADN par des stress génotoxiques sont réparés de façon à préserver à la fois la séquence de l’ADN et l’intégrité de la chromatine.
- les ARN aberrants endogènes résultants d’accidents de transcription, maturation ou traduction sont éliminés sélectivement sans affecter les ARN fonctionnels.
- les acides nucléiques invasifs endogènes (issus de transposons) or exogènes (issus d’agents pathogènes) sont éliminés ou maintenus inactifs via l’action de petits ARN produits par la cellule en réponse à ces acides nucléiques invasifs.
 
Par ailleurs, chez la plupart des angiospermes l’impossibilité de croiser des espèces proches ou des parents de ploïdie différente est associée à un défaut de développement de l’endosperme et une atrophie des graines. L’endosperme est particulièrement sensible au dosage génomique parental, et une balance correcte entre les allèles maternels et paternels (2m:1p) est essentielle à l’empreinte génomique et au fonctionnement de l’endosperme. Chez les espèces cultivées et chez la plante modèle Arabidopsis thaliana, les croisements entre parents de ploïdies différentes induisant un excès du dosage paternel résultent en une sur-prolifération de l’endosperme et un avortement des graines, un phénomène décrit sous le terme “triploïd block”. La méthylation de l’ADN et la production de petits ARN par les transposons sont impliquées dans ce processus, mais le mécanisme reste incompris.

Modèles, outils et méthodes
Notre groupe a commencé à étudier les mécanismes moléculaires mis en jeu lors du silencing transcriptionnel (TGS) ou post-transcriptionnel (PTGS) au début des années 90, et a effectué des découvertes fondamentales, en particulier la découverte de l’existence d’un signal mobile véhiculant le silencing au sein de la plante, et l’identification des premiers mutants d’Arabidopsis déficients pour le PTGS. Nous avons montré que le PTGS est essential au développement de la plante et pour la défense contre les virus (voir images). Puis, nous avons mis en évidence qu’une autre voie de dégradation des ARN, appelée RNA quality control ou RQC, qui élimine sélectivement les ARN aberrants, agit comme une défense primaire pour empêcher l’entrée des ARN endogènes dans le PTGS, ce qui serait délétère pour la plante (voir image). Notre objectif est maintenant d’élucider les interconnections entre les voies de RNA silencing et RQC et d’autres voies dont la réparation de l’ADN, le remodelage de la chromatine, l’épissage des ARN, l’export nucléo-cytoplasmique, etc.
Nous cherchons également à élucider les bases mécanistiques du triploid block et le rôle joué par la methylation de l’ADN et la production de petits ARN, en utilisant l’analyse comparative des transcriptomes et épigénomes dans les différents types cellulaires avant et après fécondation. Le pollen est le gamétophyte mâle des plantes à fleur et est formé lors de la méiose par deux séries de divisions afin de former deux cellules spermatiques haploïdes (gamètes mâles) et une cellule végétative (cellule compagne). Une cellule spermatique féconde l’oeuf haploïde dans le sac embryonaire (gametophyte femelle) et donne naissance à l’embryon diploïde, tandis que l’autre cellule spermatique féconde la cellule centrale diploïde pour former l’endosperme triploïde. Les deux génomes parentaux de l’endosperme sont dans des états épigénétiques distincts qui sont pré-établis dans les gamètes, ce qui conduit à une expression parent-spécifique, appelée genomic imprinting.

Enjeux économiques et sociétaux
Les virus sont responsables de pertes importantes de rendements en agriculture. Notre recherche vise à développer des stratégies pour rendre les plantes plus résistantes aux virus.
 
Les plantes triploïdes ont des organes plus grands, produisent plus de biomasse, sont plus résistantes aux stress, et présentent peu de risques de dissémination de leurs caractères aux espèces sauvages puisqu’elles tendent à être stériles et à produire peu de graines viables. Par conséquent, le développement de plantes triploïdes d’intérêt agronomique présentent un grand intérêt économique.
 
PHOTOS
Arabidopsis sauvage (gauche) et mutant déficient pour le RQC incapable de dégrader les ARN aberrants endogènes (droite)
Défauts de développement induits par une dérégulation de la protéine AGO1 du PTGS Grain de pollen d’Arabidopsis Graines d’Arabidopsis présentant un phénomène de triploid block
Epigénétique et petits ARNs

Responsable :

Hervé Vaucheret
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