Projet ANR-12-ADAP-0020 – MEMOSTRESS : Stabilité et potentiel adaptatif des variations épigénétiques induites par les stress
Programme : Adaptation - des gènes aux populations.Génétique et biologie de l'adaptation aux stress et aux perturbations (BIOADAPT)
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Monsieur Vincent Colot (CNRS UMR8197-Institut de Biologie de l'Ecole Normale Supérieure)
Partenaires : Institut de Biologie de l'École Normale Supérieure; Institut Jean-Pierre Bourgin; Institut d'Écologie et des Sciences de l'Environnement de Paris
Montant : 464410.0 euros
Date de début : 2013
Durée : 48 mois
Résumé : Stabilité et potentiel adaptatif des variations épigénétiques induites par les stressLes changements d’état de la chromatine jouent un rôle clé dans la régulation de l’activité du génome des eucaryotes et sont parfois transmis au travers des générations indépendamment de toute mutation de l'ADN. MEMOSTRESS vise à déterminer l'impact de stress environnementaux sur l'apparition et la stabilité de ces « épimutations » chez la plante de référence Arabidopsis ainsi qu’à développer des modèles d'adaptabilité dynamique intégrant cette composante encore inexplorée de l’hérédité.
Stabilité et potentiel adaptatif des variations épigénétiques induites par des stress environnementauxJusqu’à récemment, les mutations de la séquence de l’ADN étaient considérées comme la seule source possible de variation phénotypique héritable. Ainsi donc, la sélection ne pouvait être envisagée qu’entre individus présentant des génotypes distincts. Cependant, cette vision de la génétique est depuis peu mise à mal par l’observation que les changements d’états de la chromatine, dont nous savons dorénavant qu’ils jouent un rôle primordial dans la régulation de l’expression génique chez les eucaryotes, peuvent être « verouillés » puis transmis sur plusieurs générations sans que la séquence du génome soit changée d’aucune façon. Cet héritage, dit épigénétique, est particulièrement bien documenté chez les plantes et semble impliquer le plus souvent un gain ou une perte de la méthylation des cytosines des éléments transposables et d’autres séquences répétées. Néanmoins, il n’existe à ce jour que peu d’études systématiques visant à déterminer expérimentalement la prévalence, la stabilité et les conséquences phénotypiques des variations épigénétiques induites par l’environnement et à tester leur impact tant en écologie que pour l’évolution, qui pourrait différer de celui des mutations, étant potentiellement plus fréquentes mais aussi moins stables. Nous proposons ici une telle étude, en combinant de manière unique un ensemble de ressources et d’expertise en épigénomique, phénotypage et modélisation.
Une approche multidisciplinaire associant épigénomique, phénotypage à haut débit et modélisation  pour l’exploration fonctionnelle des variations épigénétiques induites par des stress environnementauxLes 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.
Résumé de la soumission : 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.
Résultats : 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.
Perspectives : 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.
Publications et brevets : Sera décrit au fur et à mesure de l'avancement du projet