Équipes de recherche

Interactions hôtes-rétrotransposons

RETROS 2 membres

L'équipe RETROS s'intéresse aux rétrotransposons à LTR, séquences génétiques capables de se multiplier dans les génomes. Nous étudions leur réponse aux stress externes et aux croisements interspécifiques, et leur impact sur l’adaptation/évolution du génome face à un environnement changeant.
GÉNOMES ADAPTATION ET MÉTABOLISME Stress
Question biologique
La découverte des éléments transposables (ETs) par B. McClintock a été une étape majeure dans l'évolution de nos concepts sur l'hérédité. Ces éléments génétiques ubiquitaires sont capables de se déplacer dans les génomes qui les hébergent, et d'y induire des mutations et des remaniements génétiques. Il est à présent acquis que leur activation répond à des instructions précises venant de l’élément lui-même, de l’organisme-hôte, et de facteurs externes. Cette dernière caractéristique a réactualisé la possibilité d'une l'influence de l’environnement sur la structure du génome par le biais des ETs. En outre, les découvertes les plus récentes montrent que les ETs pourraient représenter des modules de régulation de l'expression des gènes cellulaires.

En créant de la diversité génétique et en agissant comme senseurs de stimulus externes, les ETs pourraient donc à la fois jouer un rôle évolutif important sur la structure et le fonctionnement des génomes, et être impliqués dans la réponse directe de l'organisme aux fluctuations environnementales, réponse particulièrement cruciale dans le cas des plantes qui ne peuvent fuir ces contraintes externes. Les ETs sont donc des modèles d’études fascinants pour les processus de régulation génique et d’évolution. C'est au coeur même de ce domaine que se situent nos principales activités de recherche, qui portent essentiellement sur une classe particulière d'ETs, les rétrotransposons à LTR (LTR-RTs), qui forment la composante majeure des génomes végétaux.


Modèles, outils et méthodes
Les LTR-RTs sont structurellement apparentés aux rétrovirus animaux et s'amplifient par transcription inverse d'un ARN template. Ils sont bordés de deux LTRs (Long Terminal Repeats) qui contiennent un promoteur et les régions régulatrices impliquées dans leur transcription.   


L'équipe RETROS a été créée après notre découverte chez le tabac (Nicotiana tabacum) du tout premier LTR-RT fonctionnel de plante, l'élément Tnt1.


Au fil des années, l'équipe a développé des recherches variées, dont le fil conducteur est l'étude de l'impact des LTR-RTs sur leurs hôtes, depuis le contrôle de leur expression et de leur amplification, jusqu'à leur impact transcriptionnel, en passant par leur évolution moléculaire et leur utilisation comme marqueurs de biodiversité.
Nous avons démontré pour la première fois l'activation d'un rétrotransposon de plante (Tnt1) par le stress externe comme les facteurs microbiens ou la blessure, et observé les similarités de ses régions régulatrices LTR avec celles de gènes de défense.


Nous avons également constaté que les populations de Tnt1 évoluaient comme des quasi-espèces virales, par modulation de leurs régions régulatrices et acquisition de nouvelles régulations. Nous avons également développé des analyses des polymorphismes d'insertion (SSAP ou Sequence-Specific Amplification Polymorphism), afin d'étudier la transposition des LTR-RTs, et démontré que des facteurs d'origine microbienne activent la mobilité de Tnt1 et génèrent donc de la diversité génétique.

Le genre Nicotiana contient plusieurs espèces hybrides allotétraploïdes issues de croisements entre espèces diploïdes parentales plus ou moins éloignées. Le tabac est un allotétraploïde formé par croisement entre les deux espèces diploïdes N. sylvestris et N. tomentosiformis.



Nous avons montré d'un turn-over important de séquences de LTR-RTs associé à la formation du tabac par hybridation interspécifique. L'amplification de Tnt1 est activée chez des tabacs "synthétiques", c'est-à-dire recréés par croisement de novo des deux espèces parentales diploïdes actuelles. Ces résultats suggèrent que le contenu en LTR-RTs d'une espèce végétale est influencé par son histoire évolutive, avec des périodes de turnovers rapides liées à des évènements d'allopolyploïdie. Nous avons exploité d'autres espèces existantes de Nicotianées allotétraploïdes pour démontrer que l'activation des ETs par l'allopolyploïdie était corrélée au niveau de divergence en ETs des parents diploïdes, confirmant ainsi pour la première fois l'hypothèse de B. McClintock que l'activation des ETs par le choc génomique était reliée à la confrontation de deux génomes parentaux divergents.

Nous développons actuellement des projets visant à évaluer l'impact fonctionnel des LTR-RTs sur l'expression de gènes de tabac. Nous avons en particulier démontré que les LTRs de plusieurs éléments peuvent initier, en conditions de stress, des transcrits chimériques s’étendant sur les séquences génomiques adjacentes (voir Figure 1). En modulant l'expression de gènes adjacents, les rétrotransposons pourraient donc jouer un rôle dans la réponse globale de l'hôte à divers stimuli.

Les dernières années ont également représenté un nouveau palier dans nos recherches. En effet, la publication des génomes du tabac et de ses parents diploïdes nous permettent de caractériser de nouveaux ETs et de faire monter nos analyses en puissance au niveau génomique. Nous avons développé une collaboration avec l'URGI (Unité de Recherche Génomique Info) pour l'utilisation du pipeline REPET afin de caractériser de novo la composante en ETs du tabac et de ses parents, et de caractériser plus finement les turnovers de sites d'insertions associés à la formation du tabac. Nous avons également produit des données transcriptomiques (RNA-seq) afin de comparer la réponse au stress externe de multiples LTR-RTs et la production associée de transcrits chimériques. Notre objectif principal est à présent d'évaluer si la production de transcrits chimériques de LTR-RTs est impliquée dans les changements différentiels de l'expression des gènes orthologues apportés par chacun des parents, qui sont fréquemment observés chez les allopolyploïdes. Ces changements différentiels sont prévalents en situation de stress ou de modifications environnementales, et pourraient faciliter l'adaptation de la nouvelle espèce hybride. En effet, les allopolyploïdes présentent souvent une expansion rapide de leur habitat et une bonne adaptation à de nouveaux environnements. En conditions de stress, les LTR-RTs pourraient donc diversifier la réponse globale des hybrides au stress et être impliqués dans leur succès évolutif.


Enjeux économiques et sociétaux
L'allopolyploïdie est un processus majeur de spéciation végétale et a engendré de nombreuses plantes d'intérêt agronomique (blé, maïs, caféier, colza, banane, coton, tabac), mais aussi de nombreuses plantes invasives menaçant la biodiversité naturelle. En effet, les allopolyploïdes présentent souvent une expansion rapide de leur habitat, de fortes amplitudes écologiques et une bonne adaptation à de nouveaux environnements. Nos orientations de recherche fournissent des aperçus innovants permettant de mieux comprendre l'impact des LTR-RTs sur l'évolution des espèces végétales polyploïdes, notamment en réponse aux changements climatiques actuels et futur.

En outre, les polymorphismes d'insertion fournissent des marqueurs moléculaires utiles pour l'étude de la diversité génétique, et nous les avons exploités largement pour l'analyse de collections industrielles et de ressources génétiques de diverses Solanacées.
Interactions hôtes-rétrotransposons

Responsable :

Marie-Angèle Grandbastien
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