Contrôle Epigénétique du Développement des Cellules Germinales

Contrôle Epigénétique du Développement des Cellules Germinales
Encadrement : Daniel GRIMANELLI, IRD Montpellier
04 67 41 63 76 - [email protected]
Thématique : Développement – Reproduction – Epigénétique
La reproduction sexuée chez les plantes implique une succession de transitions développementales: la
spécification des cellules germinales, la spécification des gamètes, et la formation du zygote après fusion
des gamètes. Cette dernière étape s’accompagne de l’acquisition de la totipotence, essentielle au
développement. Ces transitions se caractérisent par une reprogrammation massive de l’épigénome. Des
données récentes montrent dans les cellules germinales une architecture chromatinienne spécifique,
caractérisée par des patrons atypiques de méthylation de l’ADN, de composition en isoformes d’histones
H3, et de modifications des histones. La dynamique et le rôle biologique de ces épigénomes reproducteurs
restent cependant très mal compris.
Nous avons récemment montré que des voies de régulations épigénétiques, dépendantes de petits ARNs
et agissant sur la méthylation de l'ADN, sont impliquées dans la définition de l’état épigénétique des
cellules germinales, des gamètes et de l’embryon, chez le maïs comme chez Arabidopsis (Olmedo-Monfil et
al., 2010; Pillot et al., 2010; Garcia-Aguilar et al., 2010, Singh et al., 2010, Autran et al., 2011). L'inactivation
de ces voies conduit à des phénotypes proches de l’apomixie, une forme de reproduction asexuée par
graine, mais aussi à une forte instabilité génomique, caractérisée par la réactivation d'éléments
transposables. Nous cherchons à mieux comprendre le fonctionnement de ces voies, leur rôle dans la
différentiation entre apomixie et sexualité, et l'importance de leur activité, et donc de la sexualité, dans la
maintenance de l'intégrité du génome au travers des générations.
L’objectif de ce projet est donc de déterminer la dynamique de la chromatine au cours de la reproduction
en détaillant trois modifications épigénétiques: la méthylation de l’ADN, le renouvellement des histones H3,
et les modifications covalentes des queues d'histones. En s’appuyant sur ces données, et des approches
de génétique, les mécanismes contrôlant la mise en place, le maintien et la reprogrammation de cette
information épigénétique, ainsi que leur importance biologique, pourront être étudiés.
Ces travaux se basent sur les méthodes classiques d'analyses épigénétiques, et impliquent une
combinaison multidisciplinaire de biologie du développement (analyse phénotypique de mutants),
génomique et bio-informatique (analyse de cible par séquençage à haut débit), et biologie cellulaire
(caractérisation de l'état épigénétique des cellules germinales par analyse des modifications de la
chromatine). Le stage portera sur la définition de l’état de la chromatine et du phénotype des cellules
germinales chez des plantes sauvages et mutantes. Il s’adresse donc à des étudiant intéressés par le
développement, l’épigénétique et l’imagerie cellulaire.
Références:
* Autran et al (2011) Maternal epigenetic pathways control parental contributions to Arabidopsis early
embryogenesis. Cell, 145(5):707-719.
* Singh et al (2011) Production of viable gametes without meiosis in maize deficient for an ARGONAUTE
protein. Plant Cell, 23(2):443-458.
* Garcia-Aguilar et al (2010) Inactivation of a DNA Methylation Pathway in Maize Reproductive Organs
Results in Apomixis-Like Phenotypes. Plant Cell 22:3249-3267.
* Pillot et al (2010) Epigenetic dimorphism between the two female gametes in Arabidopsis. Plant Cell
22:307-20.
* Olmedo-Monfil et al (2010) Control of female gamete formation by a non-cell-autonomous small RNA
pathway in Arabidopsis. Nature 464:628-32