Transmission des marques épigénétiques lors de la multiplication sexuée et de la propagation asexuée chez le pommier (Malus domestica)

Epigenetics marks transmission during sexual and asexual propagation in apple (Malus domestica)

• Auteur / Autrice : Adrien Perrin
• Direction : Étienne Bucher, Jean-Marc Celton, Emilie Vergne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physiologie et biologie des organismes - populations - interactions
• Date : Soutenance le 15/05/2020
• Etablissement(s) : Angers
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Ecologie, Géosciences, Agronomie et Alimentation
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Horticulture et Semences (2012-....) - Physiologie moléculaire des semences (Unité mixte de recherche INRA-INH-Université d'Angers)
• Jury : Président / Présidente : Nathalie Leduc
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fabrice Foucher, Clémentine Vitte
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Annabelle Déjardin, Stéphane Maury

Mots clés

Mots clés contrôlés

Multiplication in vitro

CRISPR-Cas9

Méthylome

Plantes vivaces

Épigénétique

Pommier

Mots clés libres

Malus domestica

Plante pérenne

Méthylation de l’ADN

Multiplication sexuée

Propagation asexuée

Transformation in vitro

Malus domestica

Perennial plant

DNA methylation

Sexual multiplication

Asexual propagation

CRISPR-Cas9

In vitro transformation

Résumé

Par son mode de propagation clonale(greffage), le pommier est un modèle intéressant pour les études épigénétiques. On observe en effet, une variabilité phénotypique au sein d’une même variété,suggérant une contribution de mécanismes épigénétiques. Au début de cette thèse les mécanismes de transmission de marqueurs épigénétiques, tel que la méthylation de l’ADN,étaient encore peu étudié chez les plantes pérennes.Pour mieux comprendre comment les marques épigénétiques sont transmises et contribuent à des traits phénotypiques, nous avons défini deux axes de recherche principaux: (i) En utilisant la technologieCRISPR-Cas9 nous avons créé des lignées de pommier afin d’obtenir une diminution systématique de la méthylation de l’ADN. (ii) Afin d'évaluer la transmission des marques épigénétiques lors de la reproduction sexuée et asexuée, nous avons comparé les épigénomes d’arbres adultes, de greffons et de semis obtenus par autofécondation sur une lignée modèle double-haploïde. Les analyses à l’échelle de génomes complets ont montré une absence de modification globale au niveau de la méthylation de l’ADN entre un arbre adulte, un greffon et un semis de pommier.Cependant nous avons détecté des régions spécifiques présentant une différence de méthylation de l’ADN (DMRs). Fait intéressant, nous avons détecté plus de DMRs entre le semis et le greffon ou l'arbre qu’entre l'arbre et le greffon, ce qui suggère que l'arbre et le greffon sont plus proche au niveau épigénétique. Nos résultats de phénotypage,d’analyses transcriptomique et de méthylome confirment la différence entre arbre adulte et semis.Mais également que les greffons sont à l’interface entre juvénilité et maturité.

Thanks to its clonal propagation (grafting), apple tree is an interesting model for epigenetic studies. Indeed, phenotypic variability can be observed within the same variety, suggesting a potential contribution of epigenetic mechanisms. At the beginning of this thesis, the mechanisms of transmission of epigenetic marks, such as DNA methylation, were still little studied in perennial plants.To better understand how epigenetic marks are transmitted and contribute to phenotypic traits, we have defined two main axes of research: (i) UsingCRISPR-Cas9 technology we have created apple mutant lines in order to obtain a systematic decrease in DNA methylation. (ii) In order to assess the transmission of epigenetic marks during sexual and asexual reproduction, we compared the epigenomes of adult trees, grafts and seedlings obtained by self-fertilization on a model doubled-haploid line. Analyses at the whole epigenome level indicated that there is no overall change in DNA methylation between an adult tree, a grafted tree and an apple seedling. However, we were able to detect specific regions that are differentially methylated (DMRs). Interestingly, more DMRs were detected between seedlings and grafted tree or adult tree than between the tree and grafted tree, suggesting that the tree and grafted tree are closer epigenetically. Our phenotypic, transcriptomic and methylome analysis results confirm the difference between adult trees and seedlings. They also confirm that grafted tree is at the interface between juvenility and maturity.