Etude de la dérégulation épigénétique des éléments transposables et impact sur l'expression du génome chez la plante modèle Arabidopsis thaliana

Epigenetic deregulation of transposable elements and impact on gene expression in the model plant system Arabidopsis thaliana

• Auteur / Autrice : Anne-Valérie Gendrel
• Direction : Vincent Colot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences biologiques. Génétique
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés libres

Expression des gènes

Génomique

Puce à ADN

Résumé

Nous avons développé une approche puce à ADN, dans le but d’identifier la nature des mécanismes à l’origine des variants d’expression d’origine épigénétique ou épimutations chez Arabidopsis. Nous avons réalisé des analyses comparatives de l’expression entre des plantes sauvages et le mutant ddm1, le long d’une région d’hétérochromatine. Le gène DDM1 code un facteur de remodelage de la chromatine. Nous avons montré que ce gène est requis pour maintenir des profils normaux de méthylation de l’ADN comme de la lysine 9 de l’histone H3, de manière spécifique au niveau des séquences répétées. Par ailleurs, l’hétérochromatine semble définie presque exclusivement par des éléments transposables (ETs) et leurs reliques. De nombreux petits ARNs correspondent à ces séquences et servent probablement de guides pour l’hétérochromatinisation. Enfin, nous avons montré que le mutant ddm1 conduit à la réactivation transcriptionnelle de nombreux ETs et peut également affecter l’expression de certains gènes, dans le cas où ces éléments sont insérés à proximité immédiate. Ces altérations sont transmissibles au travers des générations. Ces résultats indiquent que les ETs pourraient être à l’origine de nombreuses épimutations. La seconde partie de ce travail avait pour but d’estimer la fraction des gènes d’Arabidopsis dont l’expression dépend au moins en partie de l’état d’activité des ETs à proximité. Ces analyses, réalisées entre plantes sauvages et mutantes ddm1, ont été étendues à deux écotypes différents. Les résultats obtenus indiquent qu’environ 1% des gènes d'Arabidopsis sont susceptibles d'exister sous des formes épigénétiques distinctes.

In order to understand the mechanisms underlying epigenetic variations of gene activity or epimutations in Arabidopsis, we have developed a genomic microarray covering a heterochromatic island. Using this tool, we have performed comparative analysis of expression in wild type and ddm1 mutant plants. The DDM1 gene encodes a SWI/SNF2-like chromatin remodeling factor. We have shown that this gene is required to maintain normal DNA methylation, as well as histone H3 lysine 9 methylation patterns, primarily at repeated sequences. Many small RNAs correspond to these sequences and may serve as guides for heterochromatin formation. Moreover, we have shown that the ddm1 mutant leads to a dramatic transcriptional activation of transposable elements and their remnants, and can also affect neighboring gene expression, but only when these elements are inserted within or very close to genes. Such alterations are heritable independently of the ddm1 mutation. These results indicate that transposable elements could represent an important source of epimutations. The goal of the second part of this thesis was to estimate the number of genes whose expression depends on adjacent transposable elements along one chromosome in Arabidopsis, in order to evaluate the importance of transposon-mediated gene regulation. These analyses, between wild type and ddm1 mutant plants, were carried out in two accession lines that differ by a number of insertion polymorphisms, in order to evaluate the epigenetic part of natural variation. Our preliminary results show that approximately 1% of genes in Arabidopsis may be subjected to such controls.