Les ARN long non-codants : ont-ils un rôle dans la modulation de l'activité de facteurs de transcription partenaires chez Arabidopsis thaliana ?

Long non-coding RNAs: a role in modulating the activity of partner transcription factors in Arabidopsis thaliana?

• Auteur / Autrice : Andana Barrios
• Direction : Martin Crespi, Federico damian Ariel
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Agronomie
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences du végétal : du gène à l'écosystème (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IPS2 - Institut de Sciences des Plantes de Paris-Saclay
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : IPS2
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Biosphera (2020-….)

Mots clés

Mots clés libres

Long ARN non codant

Facteur de transcription

Racine

Développement

Arabidopsis

Modulation

LncRNAs

Transcription factor

Root

Development

Arabidopsis

Modulation

Résumé

La plasticité développementale des racines repose sur la reprogrammation transcriptionnelle, qui dépend largement de l'activité des facteurs de transcription (FT). Nous avons précédemment montré que NF-YA2 et NF-YA10 (Nuclear Factor A2 and A10) étaient régulés à la baisse par l'isoforme miRNA spécifique, miR169defg, mais pas par l'isoforme miR169a, ce qui entraîne une modification de l'architecture racinaire. La thèse propose d'abord une étude de la façon dont le TF NF-YA10 d'Arabidopsis thaliana régule le développement des racines latérales. Des plantes surexprimant légèrement NF-YA10 en perturbant son site complémentaire miR169 sans affecter sa séquence codante (NF-YA10 miR résistantes) ont montré une perturbation du gravitropisme racinaire, en particulier dans les racines latérales. En utilisant ChronoRoot, un robot de phénotypage basé sur le deep learning récemment développé (Gaggion et al., 2022), nous avons décrit précisément le phénotype racinaire de ces plantes, notamment sur les angles d'émergence et d'extrémité des racines latérales au cours du temps. Ces deux nouveaux paramètres ont été incorporés dans ChronoRoot en exploitant les informations provenant à la fois de la segmentation et des structures de graphe générées par le modèle. Nos données épigénétiques et d'expression suggèrent un lien entre NF-YA10 et la régulation directe des gènes TAC1 et LAZYs, décrits comme étant impliqués dans la régulation gravitropique. Nous avons ensuite analysé le rôle de NF-YA2 dans le développement des racines en combinant les approches RNA-seq et ChIP-seq, révélant que NF-YA2 régule directement les gènes clés impliqués dans la privation d'eau, le développement des racines latérales et le gravitropisme des racines latérales par la liaison de l'élément CCAAT, principalement dans les promoteurs proximaux des gènes. Il est intéressant de noter que la liaison de l'homologue de NF-YA chez les mammifères à ses cibles liées à l'apoptose est modulée par un long ARN non codant (ARNlnc) appelé PANDA. Nous avons donc recherché des ARNlncs interagissant avec NF-YA2 par RNA-IP-seq et nous avons pu identifier un long transcrit non codant intergénique que nous avons nommé AtBAMBOO d'après son homologue chez les mammifères. Nos résultats indiquent que NF-YA2 interagit in vivo et in vitro avec AtBAMBOO, préférentiellement avec le segment 5' de l'ARN AtBAMBOO, une séquence significativement enrichie en GGUUA, l'équivalent en complément inverse du motif CCAAT de l'ADN. Les expériences d'IP soulignent également que le domaine de liaison à l'ADN de NF-YA2 est nécessaire à l'interaction de l'ARNnc AtBAMBOO. En outre, des observations au microscope ont révélé que le signal nucléaire de la GFP-NF-YA2 était partiellement relocalisé dans le cytoplasme lorsque AtBAMBOO était surexprimé dans les feuilles de tabac. Des expériences de ChIP-qPCR de NF-YA2 démontrent également que l'AtBAMBOO peut détourner NF-YA2 du promoteur de ses cibles. Les essais cellulaires et moléculaires suggèrent que AtBAMBOO pourrait entrer en compétition avec les promoteurs des gènes pour le domaine de liaison à l'ADN de NF-YA2 par l'intermédiaire de son segment le plus enrichi en GGUUA, et peut-être en exportant une partie de la protéine hors du noyau. L'ARNlnc AtBAMBOO est régulé par les stress environnementaux, en particulier le stress thermique, et exprimé de manière différentielle pendant le développement des racines latérales, ce qui souligne un rôle potentiel dans l'intégration des signaux environnementaux dans l'architecture des racines. Les plantes mutantes bamboo présentent des racines latérales avec un phénotype similaire à celui des plantes NF-YA2 et NF-YA10 miR résistantes concernant leur gravitropisme. Le transcriptome des racines de bamboo partage également la moitié de ses gènes avec les cibles directes ou indirectes de NF-YA2. Ainsi, les TF NF-YA2 et NF-YA10 et l'ARNlnc AtBAMBOO révèlent un nouveau nœud dans le contrôle de la formation du système racinaire.

Root developmental plasticity relies on transcriptional reprogramming, which largely depends on the activity of transcription factors (TFs). We previously showed that NF-YA2 and NF-YA10 (Nuclear Factor A2 and A10) were down-regulated by the specific miRNA isoform, miR169defg, but not the miR169a isoform leading to a modified root architecture. The thesis first proposes a study of how Arabidopsis thaliana TF NF-YA10 regulates lateral root development. Plant slightly overexpressing NF-YA10 by disrupting its miR169 complementary site without affecting its coding sequence (NF-YA10 miR resistant) showed a perturbation in root gravitropism, particularly in lateral roots. Using a recently developed ChronoRoot deep-learning-based phenotyping robot (Gaggion et al. 2022), we precisely described the root phenotype of these plants, notably on base-tip and emergence angles of LRs along time. These two novel parameters were incorporated into ChronoRoot by leveraging information from both the segmentation and graph structures generated by the model. Our epigenomic and expression data suggest a link between NF-YA10 and the direct regulation of TAC1 and LAZYs genes, described to be involved in gravitropic regulation. We then further analysed the role of NF-YA2 in root development by combining RNA-seq and ChIP-seq approaches, revealing that NF-YA2 directly regulates key genes involved in water deprivation, lateral root development and lateral root gravitropism through the binding of CCAAT element, mainly in the promoters of genes. Interestingly, the binding of the mammalian homolog of NF-YA to its apoptosis-related targets is modulated by a long non-coding RNA (lncRNA) called PANDA. Hence, we searched for NF-YA2-interacting lncRNAs through RNA-IP-seq and we could identify a long intergenic non-coding transcript which we named AtBAMBOO after their counterpart in mammals. Our results indicate that NF-YA2 interacts in vivo and in vitro with AtBAMBOO, preferentially with the 5'segment of AtBAMBOO RNA, a sequence significantly enriched in GGUUA, the reverse complement equivalent of CCAAT DNA motif. Also, RNA IP experiments also point out that NF-YA2 DNA binding domain is necessary for AtBAMBOO lncRNA interaction. Moreover, microscope observations revealed that the nuclear signal of GFP-NF-YA2 was partially re-localized to the cytoplasm when AtBAMBOO was overexpressed in tobacco leaves. NF-YA2 ChIP-qPCR experiments also demonstrate that AtBAMBOO can decoy NF-YA2 from the promoter of its targets. Both cellular and molecular assays suggest that AtBAMBOO competes for NF-YA2 DNA-binding domain through its most GGUUA enriched segment, and possibly by exporting part of the protein out of the nucleus. The AtBAMBOO lncRNA is regulated by environmental stresses, particularly heat stress, and differentially expressed during lateral root development, underlying a potential role in the integration of environmental cues in root architecture. bamboo mutant plants exhibit lateral roots with similar phenotype to NF-YA2 and NF-YA10 miR resistant concerning gravitropism. The transcriptome of bamboo roots also share half of its genes with NF-YA2 direct or indirect targets. Hence, the NF-YA2 and NF-YA10 TFs and the AtBAMBOO lncRNA reveal a novel node in the control of root system formation.