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Dernière mise à jour : Mai 2018

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SPS - Saclay Plant Sciences

IPSEP, la plateforme d’épigénomique dédiée au végétal

IPSEPlogo

Quelques plateformes d’épigénomique existent de par le monde, par exemple à l’Université du Michigan (The Epigenomics Core, 2015) ou à l’Université de médecine de Cornell (Epigenomics Core Facility, 2015). Cependant, celles-ci sont, d’une part, spécialisées dans le traitement des échantillons de mammifères et, d’autre part, ne proposent pas pour le moment d’analyse tri-dimensionnelle de la structure de la chromatine. Dans ce contexte, l’Institut de Sciences des Plantes Paris-Saclay (IPS2) s’est appuyé sur l’expertise de ses chercheurs pour créer la première plateforme épigénomique spécialisée dans le traitement des échantillons de plantes et offrant également la possibilité d’analyser l’organisation 3D de la chromatine, en se basant sur les projets démarrés depuis 2015. Cette plateforme, dénommée IPSEP et officiellement créée en janvier 2016 a pour ambition de proposer un ensemble de solutions d’analyses épigénomiques et bioinformatiques pour une gamme très variée d’espèces végétales. En assurant une veille technologique et scientifique, l’IPSEP vise également à développer des méthodologies biochimiques et génomiques innovantes en relation avec les besoins des recherches en biologie végétale.

Régulations épigénétiques chez les plantes, adaptation à leur environnement et agriculture

Les régulations épigénétiques font référence à des régulations de caractères héritables de façon indépendante de la séquence d’ADN. Ces dernières années, le terme a été plus largement utilisé pour définir également les processus de régulation de l’expression génique et des fonctions génomiques qui se superposent à l’information de séquence de l’ADN. L’information épigénétique est contenue et médiée par la distribution des modifications des cytosines telles que la méthylation (5mC) et l’hydroxyméthylation (5hmC) de l’ADN, les modifications post-traductionnelles des différentes histones et d’autres protéines, ainsi que par la topologie 3D de la chromatine dans le noyau de la cellule eucaryote.

Notre compréhension des mécanismes impliqués et du rôle de l’héritabilité épigénétique chez les plantes s’accroît rapidement. De nombreuses études ont souligné l’importance de ces régulations non seulement dans l’adaptation des plantes à leur environnement et en réponse à des stress biotiques ou abiotiques, mais également dans le contrôle de caractères agronomiques d’intérêt. Par ailleurs, le maintien et la stabilisation de ces caractères dans les lignées élites ou les hybrides F1 sont également des enjeux majeurs de l’agriculture et actuellement des efforts de recherche visent à améliorer notre connaissance des mécanismes épigénétiques impliqués. La manipulation des voies épigénétiques chez les plantes est envisagée aujourd’hui comme un outil de création de la variabilité phénotypique sur des caractères d’origine multigénique, sans altérer la séquence d’ADN, et comme un moyen de lever l’incompatibilité reproductive entre certaines variétés ou espèces afin de mieux exploiter l’ensemble de la biodiversité. La recherche en épigénétique offre ainsi un fort potentiel pour le développement d’approches innovantes et efficaces pour l’amélioration des espèces cultivées.

Un développement technologique constant…

Suite au développement des technologies permettant d’établir rapidement et de manière intégrée des profils à la fois du génotype et de l’épigénotype, il est actuellement possible de produire et d’améliorer les ressources nécessaires pour disséquer les mécanismes impliqués dans la régulation du phénotype et de préciser la contribution de l’épigénétique dans ces questions. Cependant, la mise en place et la maîtrise des différentes techniques dédiées à ces analyses sont particulièrement lourdes et requiert non seulement une excellente expertise en biochimie et génomique mais également un certain nombre d’équipements spécifiques et coûteux.

L’étude des régulations épigénétiques dans divers contextes développementaux ou environnementaux a pris une large part au sein des recherches menées à l’IPS2. Les équipes de Moussa Benhamed (« Cycle Cellulaire, Chromatine et Développement des plantes ») et de Martin Crespi (« ARNs non codants ») ont notamment développé depuis quelques années un large éventail d’approches méthodologiques afin d’étudier ces régulations. Le ChIPseq, méthode utilisée en routine pour analyser des modifications d’histones, a été optimisé pour l’étude des facteurs de transcription (Jégu et al., 2017 ; Veluchamy et al., 2016 ; Neyret-Khan et al., 2013 ; Benhamed et al., 2012). De plus, l’IPS2 a travaillé à l’optimisation du HiC, pour détecter la structure 3D des interactions ADN-ADN dans la chromatine (Veluchamy et al., 2016) et du ChIRP (Chromatin RNA-based purification), pour l’analyse des interactions ARN - chromatine (Ariel et al., 2014 ; Ariel et al., en préparation). Plus récemment, une collaboration avec le groupe d’Abdelhafid Bendahmane (« Développement floral et déterminisme du sexe ») a permis d’associer les méthodes épigénomiques à la microdissection laser des tissus du melon (Latrasse et al., 2017) afin d’ajouter une dimension « cell-type specific » à l’IPSEP. Les moyens humains et les équipements nécessaires au développement de ces approches ont été financés par ces différentes équipes, sous la coordination globale de M. Benhamed, responsable scientifique de la plateforme.

… pour une étude intégrée des processus épigénétiques

Grâce à ces développements techniques et technologiques, les services actuellement proposés par la plateforme IPSEP permettent une analyse à l’échelle du génome :

  • La méthylation de l’ADN (MeDIP-seq)
  • Les modifications des histones (ChIP-seq)
  • Les sites de fixation d’un facteur de transcription (TF-ChIP-seq)
  • Le positionnement des nucléosomes (Mnase-seq)
  • Les régions accessibles de la chromatine (ATAC-seq)
  • La structure 3D de la chromatine (Hi-C et ChIA-PET)
  • Les sites de fixation d’un ARN non codant sur la chromatine (ChIRP-seq)
IPSEP4

Si vous souhaiter intégrer l’étude de régulations épigénétiques dans vos projets de recherche, n’hésitez pas à contacter la plateforme IPSEP pour bénéficier de son expertise !

Références

Ariel F., Jegu T., Latrasse D., Romero-Barrios N., Christ A., Benhamed M., Crespi M. (2014). Noncoding Transcription by Alternative RNA Polymerases Dynamically Regulates an Auxin-Driven Chromatin Loop. Molecular Cell 55(3): 383-396.

Benhamed M., Herbig U., Ye T., Dejean A., Bischof O. (2012). Senescence is an endogenous trigger for microRNA-directed transcriptional gene silencing in human cells. Nature Cell Biology 14(3): 266-+.

Jegu T., Veluchamy A., Ramirez-Prado J.S., Rizzi-Paillet C., Perez M., Lhomme A., Latrasse D., Coleno E., Vicaire S., Legras S., Jost B., Rougee M., Barneche F., Bergounioux C., Crespi M., Mahfouz M.M., Hirt H., Raynaud C., Benhamed M. (2017). The Arabidopsis SWI/SNF protein BAF60 mediates seedling growth control by modulating DNA accessibility. Genome Biology 18.

Latrasse D., Rodriguez-Granados N.Y., Veluchamy A., Mariappan K.G., Bevilacqua C., Crapart N., Camps C., Sommard V., Raynaud C., Dogimont C., Boualem A., Benhamed M., Bendahmane A. (2017). The quest for epigenetic regulation underlying unisexual flower development in Cucumis melo. Epigenetics & Chromatin 10.

Neyret-Kahn H., Benhamed M., Ye T., Le Gras S., Cossec J.C., Lapaquette P., Bischof O., Ouspenskaia M., Dasso M., Seeler J., Davidson I., Dejean A. (2013). Sumoylation at chromatin governs coordinated repression of a transcriptional program essential for cell growth and proliferation. Genome Research 23(10): 1563-1579.

Veluchamy A., Jegu T., Ariel F., Latrasse D., Mariappan K.G., Kim S.K., Crespi M., Hirt H., Bergounioux C., Raynaud C., Benhamed M. (2016). LHP1 Regulates H3K27me3 Spreading and Shapes the Three-Dimensional Conformation of the Arabidopsis Genome. Plos One 11(7).