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UMR GDEC

UMR 1095 Génétique Diversité et Ecophysiologie des Céréales

4. Epigénomique du blé tendre

Objectif : Caractériser et comprendre le rôle des marques épigénétiques dans la régulation de l'expression des gènes chez le blé

L’analyse du chromosome 3B a révélé des propriétés structurales et fonctionnelles que les seules caractéristiques génétiques ne semblent pas en mesure d’expliquer. Cela concerne notamment le partitionnement génomique, la présence de clusters de co-expression et d’îlots de co-régulation ou encore la distribution de la recombinaison. Aussi, au-delà de la composante génétique du génome, nous avons décidé de nous intéresser à la partie épigénétique et à son rôle dans la régulation de l’organisation et du fonctionnement du génome.

Pour cela, nous avons conduit un projet pilote visant à construire les cartes épigénomiques du chromosome 3B et ainsi à identifier et positionner les différents types chromatiniens présents chez le blé. Dans ce cadre, nous avons sélectionné un organe à un stade de développement et cinq marques épigénétiques dont la combinaison différencie les gènes fortement exprimés de ceux qui sont réprimés ou faiblement exprimés : la méthylation de l’ADN (5mC) et quatre modifications d’histone (H3K4me2, H3K4me3, H3K27me3, H3K36me3). Afin de construire les cartes épigénomiques de ces cinq marques, nous avons mis en place une stratégie basée sur la combinaison d’immunoprécipitation et de capture de séquence ciblant la fraction génique (36 Mb représentant l’ensemble des gènes du 3B ainsi que 2 kb en amont et en aval) afin de nous affranchir des séquences répétées qu’il serait impossible de repositionner sur la pseudomolécule.

L’analyse de la distribution de ces cinq marques le long du chromosome a révélé des profils assez différents (Figure 4). Ainsi, la marque 5mC présente une distribution assez homogène tandis que les marques H3K4me2 et H4K4me3 présentent de très légers gradients, avec une augmentation dans la région proximale pour la première et dans les régions distales pour la seconde. Les profils les plus caractéristiques viennent cependant de H3K36me3 et H3K27me3. La première, marque activatrice, est enrichie dans la région C quand la seconde, répressive, est majoritairement présente dans les régions distales.

L’association préférentielle de ces marques a permis de définir trois états chromatiniens principaux : CS1 caractérisé par l’absence des marques ciblées dans cette étude, CS2 combinant H3K27me3 et 5mC, toutes deux répressives et CS3 combinant H3K4me2 et H3K36me3, toutes deux activatrices. La distribution de ces états chromatiniens est également différente, avec CS1 très abondant dans la région C, CS2 dans les régions R1 et R3 et CS3 plus homogène.

En combinant les informations d’expression des gènes avec leur état chromatinien, nous avons pu montrer que l’état CS1 concernait préférentiellement des gènes réprimés dans l’ensemble des tissus étudiés. Cette observation suggère que CS1 pourrait correspondre à un état d’hétérochromatine constitutive, caractérisé par une marque non étudiée ici comme H3K9me2/3. L’état CS2 est quant à lui associé à des gènes différentiellement exprimés, confirmant le fait que cet état chromatinien correspondrait à une hétérochromatine facultative. Enfin, l’état CS3 marque préférentiellement des gènes exprimés fortement et de façon constitutive, donc vraisemblablement présent dans l’euchromatine.

L’ensemble de ces ibservations renforce l’hypothèse d’une régulation épigénétique de l’organisation structurale et fonctionnelle du chromosome 3B.

 

Projet de l'équipe SEVEN

 

Le projet pilote de cartographie épigénomique du chromosome 3B a attiré l’attention de l’équipe sur la marque H3K27me3 de par son enrichissement dans les régions distales à évolution rapide et son association préférentielle avec les gènes différentiellement exprimés. Pour cette raison, nous souhaitons, dans les années à venir, nous focaliser sur cette marque afin de caractériser son rôle dans l’organisation, le fonctionnement et l’évolution du génome du blé. Quatre volets principaux seront abordés :

1-     L’analyse de la distribution de la marque H3K27me3 sur l’ensemble des chromosomes de blé et dans différentes conditions de développement sous conditions normales ou de stress ;

2-     La caractérisation de la diversité épigénomique chez le blé tendre ;

3-     L’étude de l'héritabilité transgénérationnelle de la marque H3K27me3 ;

4-     L’analyse comparative des patrons de H3K27me3 entre régions homéologues chez le blé tendre et entre régions orthologues chez les céréales.