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Régulations Epigénétiques et Développement de la Graine

 

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Contexte et présentation des activités

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Les travaux de l’Equipe de Recherche Labellisée «Régulations Epigénétiques et Développement de la Graine» visent à étudier la détermination et le rôle fonctionnel des états chromatiniens au cours de la reproduction sexuée chez les plantes supérieures, et les modalités de transition de la reproduction sexuée à un mode de reproduction asexuée, l’apomixie (formation de graines dont les embryons sont génétiquement maternels). Ils ont pour objectif d’acquérir des connaissances fondamentales en biologie de la reproduction, dont le transfert aux espèces cultivées devrait permettre d’élaborer des stratégies originales pour (i) proposer des alternatives à la reproduction sexuée (production d’haploïdes, reproduction clonale), (ii) élargir le réservoir allélique des espèces cultivées (épi-allèles). Les applications envisagées ouvrent donc des perspectives nouvelles pour relever les grands défis de l’agriculture moderne, et notamment ceux de la sécurité alimentaire face au changement climatique dans les pays du Sud (IPCC, Summary for policymakers, 2014). 

Deux modèles biologiques sont principalement étudiés, Arabidopsis thaliana et le maïs. En utilisant des approches de génétique, associées à des stratégies de génomique à grande échelle et à des techniques avancées d’imagerie cellulaire, nos activités visent principalement à comprendre :

Les facteurs de spécification des cellules germinales dans l'ovule

Nous avons identifié différents gènes, probablement impliqués dans une voie de type RNA-dependent DNA Methylation (RdDM) spécifique des tissus reproducteurs, et dont les mutations miment certaines étapes de l'apomixie, notamment au cours du développement précoce de l'ovule. Cependant, aucune de ces mutations ne récapitule individuellement un phénotype apomictique; la poursuite de la caractérisation de cette voie constitue donc un objectif important qui est poursuivi au travers de : (i) la caractérisation de nouveaux mutants affectant la condensation de la chromatine ou combinants plusieurs de ces mutations d’intérêt, (ii) l’analyse de la restauration de la fonction RdDM chez des formes apomictiques, et (iii) l’étude du rôle fonctionnel de la voie RdDM au cours de la reproduction. De nouveaux gènes candidats, identifiés chez des plantes agronomiques naturellement apomictiques comme Paspalum notatum, sont également en cours de caractérisation. Nous complétons par ailleurs ces approches par l’analyse du rôle de l’architecture et de la croissance de l’ovule dans la mise en place du destin cellulaire germinal. 

 A thaliana

La dynamique des marques épigénétiques au cours de la reproduction

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Dynamique des marques chromatiniennes au sein de l’ovule de lignées rapportrices chez A. thaliana. La flèche indique les variations (blanc + / rouge -) observées pour le noyau de la cellule germinale femelle. (Photo: M. Ingouff)

Notre objectif est d’établir la dynamique et le rôle fonctionnel d’états chromatiniens particuliers au cours des trois phases du développement reproducteur chez A. thaliana : sporogenèse, gamétogenèse et initiation de l’embryogenèse. L’étude des étapes de remodelage de la chromatine au cours de ces phases s’avère techniquement limitant car les types cellulaires recherchés sont rares et peu accessibles. Actuellement l'équipe s’intéresse à la méthylation des cytosines de l’ADN, une marque épigénétique clé dans la régulation de l’expression des gènes et la stabilité du génome. Elle développe une nouvelle série d’outils appelés DYNAMETs permettant de visualiser in vivo la méthylation des cytosines dans les trois contextes (CG, CHG, CHH, H=A , T, C).

Les effets de dosage et la dynamique des marqueurs épigénétiques au cours du développement de l'albumen chez le maïs

Notre objectif est d’identifier et de caractériser les bases moléculaires, aujourd’hui largement incomprises, des effets de dosage dans l’albumen chez le maïs.  Ces effets sont typiquement observés dans des croisements entre individus de ploïdie différentes et constituent une barrière à l’utilisation de l’apomixie en agriculture. En utilisant des approches transcriptomique et épigénomique, nous cherchons à caractériser les modifications transcriptionnelles induites par les croisements entre individus de ploïdie différente et les mécanismes épigénétiques sous-jacents.

 

Ewpression

                 Expression différentielle (RNA-seq) entre des albumens normaux (3x) et présentant un excès maternel (5x; droite) et paternel (4x; gauche). (O. Leblanc)

Partenariats et enseignements

L’équipe est impliquée dans différents partenariats au Sud engagés de longue date avec des équipes mexicaines (JEAI EpiMaize ; LANGEBIO, Irapuato ; U. de Veracruz) et argentines (U. Nacional de Rosario,  Rosario ; U. Nacional del Sur, Bahia Blanca ; IBONE, Corrientes), aux USA (Cold Spring Harbor Laboratory) et en Europe (U. de Zürich, U. de Milan, et U. de Perugia) et récemment consolidés par deux actions européennes Marie Skłodowska-Curie, deux projets de mobilité international Agropolis Fondation, et un projet PRCI ANR-SNF (Suisse). Par ailleurs, nous participons à des projets de collaboration au niveau national (LGDP, IBMP, IBP, INRIA Montpellier, ENS Lyon, CNRS-Paris 7).

Finalement, les membres de l’équipe sont fortement impliqués dans les enseignements de Master Biologie fonctionnelle des plantes de l’Université de Montpellier, particulièrement les unités d’enseignement Développement des Plantes et Epigénétique chez la Plante.

Projets récents

  • Agropolis Foundation, International mobility (visiting scientist, Mario Arteaga, U.Veracruz), 2017-2018.
  • French National Research Agency - Swiss National Fund (international bilateral call), IMAGO, coordination, 2017-2020.
  • Agropolis Foundation, International Mobility, RNAPO, 2016-2017
  • French National Research Agency, EPIMETH, partner, 2016-2019.
  • European Marie Skłodowska-Curie Global Fellowship, Daniel Grimanelli, Cold Spring Harbor Laboratory, 2015-2017.
  • European Marie Skłodowska-Curie Action RISE, PROCROP, Italy/France/Mexico/Argentina, 2015-2019.
  • French National Research Agency, SEXYchrom, coordination, 2012-2017.
  • French National Research Agency, AdaptInWild, partner, 2012-2015.
  • Joint IRD Research Team, EpiMaize, U. of Veracruz, Mexico, 2011-2015.

Composition de l’équipe

  • Daphné Autran, IRD
  • Daniel Grimanelli, IRD
  • Mathieu Ingouff, University of Montpellier
  • Olivier Leblanc, IRD, team leader
  • Caroline Michaud, IRD
  • Benjamin Selles,  Post Doc, IRD (2013-2017)
  • Pauline E. Jullien, Post Doc, IRD (2016-2017)
  • Lorena Siena, CONICET/IICAR (University of Rosario, Argentina), Visiting Scientist (2015-2016-2017). 

Accueils

  • Mario Arteaga, Prof. U. of Veracruz (Mexico), one year starting 06/2017
  • Juan Pablo Ortiz, Prof. CONICET/IICAR (U. of Rosario, Argentina), 09/2016
  • Omar Oltehua, PhD, U. Veracruz (Mexico), 03-12/2015
  • Andrea Sabbio, PhD, Cinvestav (Mexico), 04-06/2015
  • John Silva Andia, Master 2, U. Montpellier, 01-06/2015
  • Goeffrey Jacquemin, Master 1, U. Montpellier, 03-06/2015
  • Bastien Masse, Licence 3, U. Montpellier, 04-06/2015

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