Détection de l'activité des éléments transposables chez les plantes cultivées : étude du mobilome par la caractérisation du compartiment extrachromosomique

Detection of transposable elements activity in crops : caracterisation of mobilome by the study of the extrachromosomal compartment

• Auteur / Autrice : Sophie Lanciano
• Direction : Alain Ghesquière, Marie Mirouze
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génétique et amélioration des plantes
• Date : Soutenance le 10/11/2017
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : GAIA (Montpellier ; École Doctorale ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Diversité et Adaptation et Développement des plantes (DIADE), Montpellier
• Jury : Président / Présidente : Pierre Czernic
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alain Ghesquière, Marie Mirouze, Pierre Czernic, Marie-Angèle Grandbastien, Gaël Cristofari, Anne Roulin, Claude Becker, Etienne Bucher
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marie-Angèle Grandbastien, Gaël Cristofari

Mots clés

Mots clés contrôlés

ADN extrachromosomique

Riz

Transposons

Épigénétique

Mots clés libres

Épigénétique

Éléments transposables

Oryza sativa

Mobilome

ADN extrachromosomique

Epigenetics

Transposable elements

Oryza sativa

Mobilome

Extrachromosomal DNA

Résumé

Les éléments transposables (ET) sont des éléments génétiques ubiquitaires et potentiellement mobiles dans les génomes eucaryotes. Les génomes hôtes ont développé des mécanismes épigénétiques pour contrôler et prévenir la prolifération des ET. Néanmoins, certains ET semblent capables de s’activer en réponses à des stress ou à des facteurs développementaux. Les méthodes disponibles pour détecter l’activité transpositionnelle d’un ET sont souvent limitées au stade transcriptionnel ou sont adaptées à des génomes de petite taille. Relativement peu d’ET sont actuellement connus pour être actifs et les mécanismes spécifiques qui les contrôlent ne sont pas clairement identifiés.Durant mes travaux de thèse, nous avons développé une stratégie de séquençage à haut débit qui permet la détection d’ADN extrachromosomique circulaire (ADNecc) témoignant notamment de l’activité des ET et de la stabilité d’un génome. Ainsi nous avons pu caractériser chez plusieurs espèces le mobilome, défini comme l’ensemble des ADNecc présents dans un tissu.La technique du mobilome-seq s’est avérée être un outil puissant pour la détection des ET actifs notamment chez le riz asiatique Oryza sativa. Notre analyse du mobilome a permis l’identification d’un rétrotransposon PopRice actif dans l’albumen (tissu nourricier du grain) chez différentes variétés de riz. Pour la première fois chez les plantes, nous avons également détecté des insertions somatiques d’ET par re-séquençage de génome entier. À partir de nos résultats, nous avons combiné nos données mobilomiques avec une analyse GWAS pour proposer des pistes afin d’identifier de nouveaux mécanismes de régulation de cet élément.En parallèle, nous avons appliqué la technique du mobilome-seq à différents organismes animaux et végétaux révélant ainsi des spécificités de mobilome propre à chaque espèce. Nos travaux en collaboration avec d’autres équipes ont notamment contribué à préciser le rôle de l’ARN polymérase II dans le contrôle des ET chez O. sativa et à mettre en évidence le lien entre la présence d’ADNecc viral et la réponse immunitaire chez Drosophila melanogaster.Mes travaux de thèse ouvrent des perspectives pour l’étude du mobilome, ce répertoire génomique encore largement inexploré et qui se révèle être à la fois une source d’information au niveau des mouvements des ET mais aussi de la stabilité des génomes. L’étude future des mobilomes promet d’apporter des réponses sur notre compréhension de la dynamique des génomes.

Transposable elements (TEs) are mobile genetic elements that constitute a major part of eukaryotic genomes. Host genomes have developed epigenetic mechanisms to control and prevent their proliferation. While efficiently silenced by the epigenetic machinery, they can be reactivated upon stress or at precise developmental stages. However, available methods to detect TE activity are often limited to transcriptional level or more adapted to small genomes. Today, only few TEs are known to be active and specific mechanisms controlling TEs are not well defined. To address this question during my phD, we developed a strategy of high throughput sequencing that detects extrachromosomal circular DNA (eccDNA) forms which reflect TE activity and genome stability. We characterised mobilomes from different organisms defined as all eccDNA in a cell. Our mobilome-seq technique successfully identified active TEs especially in asian rice Oryza sativa. We identified an active retrotransposon PopRice in endosperm tissue from different rice varieties. Interestingly and for the first time in plants, we detected somatic insertions from genome- wide resequencing. We combined our mobilome-seq results with a GWAS analysis to propose new PopRice regulation mechanisms. In a second step, we applied our mobilome seq technique to different animal and plant organisms showing mobilome specificities from each species. Our work in collaboration with different labs help contributed to define role of RNA polymerase II in the control of TEs in O. sativa and have revealed a link between presence of eccDNA from virus and immune response in Drosophila melanogaster. Altogether, our mobilome-sequencing method opens the possibility to explore unexplored genomic compartment. Future mobilome analysis represents new possibilities to improve our understanding of dynamics of genomes.