Etude du contrôle épigénétique des éléments répétés et de son impact sur l'activité du génome chez la plante modèle arabidopsis

Epigenetic control of repeat elements and its impact on genome activity in the model plant arabidopsis

• Auteur / Autrice : Felipe Karam Teixeira
• Direction : Vincent Colot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences biologiques. Génétique
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Génome

Arabidopsis

Méthylation

Résumé

La méthylation de l’ADN joue un rôle majeur dans le contrôle de l’activité des génomes de plantes et de mammifères. Cette marque épigénétique cible principalement les séquences répétées et notamment les éléments transposables (TE), dont elle réprime l’activité. Chez les plantes, la perte de méthylation induite génétiquement a été décrite comme transmise de manière stable au cours des générations. Ces observations ont conduit à l’idée que la méthylation de l’ADN ne peut être restaurée après qu’elle a été compromise. Nous montrons par une analyse systématique menée chez la plante un modèle Aradidopsis thaliana que cette idée n’est qu’en partie vraie. Nos travaux mettent en évidence l’existence d’un mécanisme de correction des défauts de méthylation, basé sur l’interférence ARN (RNAi). Ce processus de reméthylation vise spécifiquement les séquences répétées ciblées par l’ARNi, et est associé à la ré-inactivation des TE. Néanmoins, l’ARNi ne contribue que peu au niveau global de méthylation, qui est majoritairement maintenu par la machinerie de « maintenance ». Enfin, nous montrons que contrairement aux simples mutants, les mutants affectés simultanément dans les deux voies de méthylation présentent une dérégulation de l’expression de nombreux gènes ainsi que des altérations phénotypiques sévères et à pénétrance complète. Cette dérégulation génique massive n’est pas due à une interférence transcriptionnelle mais aux effets secondaires de la dérégulation d’un petit nombre de gènes contrôlés par la méthylation de l’ADN. L’ensemble de nos résultats dévoilent un rôle indispensable de l’ARNi dans la préservation de l’intégrité fonctionnelle et structurelle des génomes de plantes.

DNA methylation is an epigenetic and mark that plays key roles in the control of genome activity in mammals and plants. It is mostly found associated with transposable elements (TEs) and is essential for TE silencing, thus protecting the genome against the deleterious effects of TE activity. In plants however, genetically induced loss of DNA methylation was shown to be stably transmitted independently f the inducing signal, leading to the view that DNA methylation cannot be restored once it has been compromised. Here, we show through a systematic analysis of genetically induced hypomethylation in the model plant Arabidopsis thaliana that this view is incorrect. Our results show existence of an RNA interference (RNAi)-based mechanism that protects numerous sequences against irremediable loss of DNA methylation. Remethylation process is specific to the fraction of repeats targeted by the RNAi machinery, does not spread into flanking regions, and is associated with re-silencing of TEs. Nevertheless, RNAi machinery is mostly dispensable for overall DNA methylation, which instead requires maintenance mechanisms. Finally, we show that in contrast to single mutants, double mutants impaired simultaneously in maintenance and RNAi- dependent DNA methylation pathways are associated with misregulation of numerous genes and overt and fully penetrant phenotypic alterations. This widespread gene misregulation is not caused by massive transcriptional interference, but instead from secondary effects of a subset or genes controlled by DNA methylation. Altogether, these results indicate an essential role of RNAi in preserving the structural and functional integrity of plant genomes.