Régulations épigénétiques dans le développement de nodules symbiotiques racinaires chez les légumineuses – EPISYM

Les symbioses fixatrices d’azote entre les légumineuses et les bactéries du genre rhizobium sont clé pour l’agriculture durable. Elles nécessitent la formation d’un organe spécifique, le nodule racinaire, où se font la fixation de l’azote atmosphérique et les échanges nutritionnels entre la plante et la bactérie. Alors que des avancées spectaculaires ont été réalisées sur les étapes symbiotiques précoces (reconnaissance plante-rhizobium, infection et initiation de la nodosité), la compréhension du contrôle des étapes tardives du développement nodulaire est encore très limitée. Un processus clef de ce processus est une transition développementale, la différenciation coordonnée des cellules végétales et bactériennes afin de générer l’environnement cellulaire approprié pour la fixation symbiotique de l’azote dans cet organe. Cette transition implique la reprogrammation massive de l’expression génique, avec plusieurs milliers de gènes affectés par vagues successives. Nous avons découvert que des régulations épigénétiques, impliquant la (dé)methylation de l’ADN végétal et des populations de petits ARNs interférents (siRNAs), sont essentielles pour la production de nodules fixateurs d’azote. L’hypothèse de travail du projet EPISYM est que ces régulations épigénétiques jouent un rôle important dans la reprogrammation de l’expression génique associée à la différenciation nodulaire. La dynamique du méthylome ADN et des populations de siRNAs sera analysée au cours de la différenciation avec une approche global. Le rôle de 3 gènes codant pour des enzymes clefs pour le contrôle de la méthylation de l’ADN et la synthèse des siRNAs à l’origine de modifications épigénétiques sera caractérisé chez la légumineuse modèle Medicago truncatula et le pois, une espèce cultivée très proche, pour mieux comprendre leur régulation, leur impact sur le développement nodulaire et leurs gènes cibles. Leur réponse à des conditions environnementales connues pour impacter le développement nodulaire sera aussi examinée. En parallèle, la dynamique des marques histones sera analysée, en lien avec l’expression de gènes symbiotiques, la méthylation de l’ADN, les siRNAs et les ARN non codants de grande taille (lncRNAs). D’une part, l’intégration de ces données sera précieuse pour l’analyse de la symbiose via un « genome-browser » publiquement accessible sur le web, liant l’expression des mRNAs, siRNAs et lncRNAs) avec les marques épigénétiques (methylation ADN et histones). D’autre part, la topologie de la chromatine sera analysé pour un groupe des gènes symbiotiques spécifiques afin de comprendre en détail la relation entre la structure 3D de la chromatine et l’épigénétique et la reprogrammation de l’expression génétique au cours de la différenciation. Ce projet tirera donc partie des forces complémentaires des deux partenaires pour conduire des recherches innovantes sur ce thème émergent en biologie ainsi qu’à la caractérisation de nouveaux types de régulateurs symbiotiques afin d’identifier de nouvelles pistes pour l’amélioration de l’efficacité des symbioses fixatrices d’azote.