Stabilité et potentiel adaptatif des variations épigénétiques induites par les stress – MEMOSTRESS

Les principaux objectifs du projet sont 1) de déterminer l’étendue et la stabilité transgénérationnelle des variations épigénétiques (épimutations) induites par des stress environnementaux dans différentes accessions naturelles ainsi que dans une population expérimentale de lignées épigénétiquement différenciées (epiRIL) de la plante de référence Arabidopsis au moyen des derniers outils de l’épigénomique ; 2) d’évaluer au moyen d’une plateforme automatisée de phénotypage de précision à haut débit les conséquences phénotypiques et le potentiel adaptatif des variations épialléliques identifées en 1); 3) de comparer les résultats obtenus en 1) et 2) pour les différentes populations considérées ; 4) de développer des équations de sélection et des modèles de dynamique d’adaptation fondées sur des variations épigénétiques.

Le caractère multidisciplinaire du projet devrait garantir l’obtention de résultats totalement originaux et de portée générale sur l’importance des variations épigénétiques induites par les stress environnementaux tant en en génétique des populations qu’en écologie.

Les connaissances acquises à l’issue de ce projet devraient ouvrir la voie à de nouvelles approches de prédiction ou de manipulation de l’adaptabilité des plantes au changement climatique accéléré que nous subissons actuellement.

Sera décrit au fur et à mesure de l'avancement du projet

Jusqu’à récemment, la génétique a considéré les mutations de la séquence de l’ADN comme l'unique source ou presque de variations phénotypiques héritables, ce qui a eu pour conséquence que l'adaptation est vue comme étant strictement dépendante des variations de la séquence de l'ADN. Cependant, ce postulat est actuellement remis en cause, notamment suite aux observations que des changements d'états chromatiniens, qui sont fondamentaux pour le contrôle de l'activité du génome chez les eucaryotes, peuvent être en partie induits par l'environnement et transmis au travers des générations, indépendamment de toute variation de séquence de l’ADN. Cette héritabilité épigénétique, très largement documentée chez les plantes, implique le plus souvent des variations de méthylation de l'ADN au niveau des séquences répétées, et concerne particulièrement les éléments transposables. Néanmoins, aucune étude à ce jour n'a exploré de manière systématique la stabilité et les conséquences phénotypiques des variations épigénétiques induites par l'environnement, ni testé leur signification écologique ou évolutive. Ces variations pourraient offrir une voie plus rapide et réversible pour l’adaptation. Nous proposons ici de tester cette hypothèse dans le cadre d’un projet interdisciplinaire ambitieux, reposant sur la combinaison de ressources et d'expertises uniques. Les principaux objectifs sont 1) de déterminer l'ampleur des variations épialléliques et leur stabilité au travers des générations chez la plante modèle Arabidopsis, en utilisant des approches de séquençage de nouvelle génération (Next Generation Sequencing, NGS), 2) d'examiner les conséquences phénotypiques et le potentiel adaptatif des variations épigénétiques induites par le stress en utilisant une plate-forme automatisée pour le phénotypage d'Arabidopsis, 3) de comparer les variations phénotypiques et épigénétiques induites par le stress à celles présentes dans une population de lignées recombinantes de même génotype mais présentant des profil de méthylation de l'ADN très contrastés sur l'ensemble du génome (epiRILs), et 4) de développer des modèles de systèmes évolutifs prenant en compte l'architecture épigénétique.

La nature intégrative de ce projet entrainera des avancées majeures dans notre compréhension de l’importance écologique et évolutive des variations épigénétiques induites par des changements de l’environnement. Ces nouvelles connaissances offriront de nouvelles perspectives dans la prédiction et la maitrise de l'adaptabilité des plantes en réponse aux changements climatiques actuels.