Partie II : La protéine SG1 permet le maintien de l’épigénome
d’Arabidopsis thaliana en régulant IBM1
(I) Introduction : identification du locus SG1
Le gène SG1 que j’ai cherché à caractériser au cours de ma thèse a été initialement identifié par l’équipe de Olivier Loudet qui s’intéresse à la variabilité naturelle chez Arabidopsis thaliana, en particulier à la variabilité de réponse au stress entre les différentes accessions. Leur thématique de recherche s’appuie sur des populations de lignées recombinantes ou RIL (Recombinant Imbred Lines) disponibles au Centre de Ressources Biologiques de Versailles.
L’étude d’une population de RIL issue du croisement Bur-0 x Col-0 dans le cadre d’une analyse QTL de croissance foliaire a permis de mettre en évidence un phénotype particulier lié à un locus appelé SG1 pour SHOOT GROWTH1 (Figure S1A de(Coustham et al., 2014)). Dans cette population de RIL, une réduction de la croissance apparaît lorsque ce locus SG1, cartographié en haut du chromosome 5, est fixé à l’état homozygote pour l’allèle Col-0
(Figure S1B de (Coustham et al., 2014)). Plusieurs étapes de cartographie fine ont permis, à
l’aide de populations de HIF (Heterogeneous Imbred Family), de réduire le locus à un intervalle de 8,5 kb contenant un seul gène, dont la fonction était encore inconnue et qui a été par la suite nommé SG1. En parallèle, une analyse QTL de croissance racinaire dans une population de RIL issue du croisement Ct-1 x Col-0 a également permis d’identifier un locus appelé RG1 pour ROOT GROWTH1 avec un effet majeur sur la croissance des racines
(Figure S2 de (Coustham et al., 2014)). La réduction de l’intervalle correspondant au locus
RG1 a mis en évidence la même région, puis le même gène, SG1.
En l’absence de polymorphisme commun pouvant expliquer le phénotype, dans cet intervalle entre les accessions Bur-0 et Ct-1, et la séquence de Col-0, une analyse de séquence des cDNA a été entreprise et a permis de révéler la présence d’une mutation ponctuelle dans la séquence de l’allèle Col-0. En effet, cette mutation, qui est une substitution d’un C par un T entraine l’apparition d’un codon stop précoce au niveau de la protéine prédite. La recherche
Figure II-1!: Illustration de défauts caractéristiques du mutant sg1.
A: Comparaison de la croissance de plantes sg1 avec Col WT. B et C: Illustrations des différences de taille et de forme foliaire entre sg1 et Col. D: Fleurs malformées dans un fond mutant sg1.
sg1-1
WT Col
A WT Col
sg1-1
B
WT Col --- sg1-1 ---
C
D
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de l’allèle Col-0 muté sur plusieurs générations a révélé qu’il s’agit d’une mutation apparue spontanément dans le parent Col-0 utilisé pour générer les populations de RIL. C’est à partir de ce parent, de fond génétique Col-0, que cette mutation, nommé sg1-1, a été étudiée par la suite.
Les observations du mutant sg1-1 ont permis de mettre en évidence un phénotype caractéristique. Au delà de la réduction de croissance foliaire qui a été montrée précédemment, d’autres défauts développementaux variés peuvent être observés au niveau des plantes de fond génétique mutant sg1-1. En effet, les feuilles du mutant présentent un phénotype particulier. Elles sont petites, plus foncées, avec des bords crénelées et des défauts de phyllotaxie. De plus, les racines sont courtes, plus fines et les organes floraux sont anormaux, à la fois en nombre, et en termes de morphologie et d’identité des tissus (Figure
II-1).
Le phénotype du mutant sg1-1 est stochastique et les défauts développementaux sont plus ou moins sévères d’une plante à l’autre au sein d’une même génération. En effet, toutes les plantes issues d’un même parent homozygote pour la mutation ne présentent pas la même sévérité de phénotype (Figure II-2). Par ailleurs, ce phénotype s’aggrave d’une génération à l’autre, jusqu’à aboutir à une stérilité complète après plusieurs générations. Les phénotypes observés pour deux autres allèles mutés disponibles, qui sont des mutants d’insertion appelés 2 (SAIL_310B06) et 3 (GK_045A07), présentent les mêmes caractéristiques que sg1-1, ce qui confirme que le phénotype développemental est lié à la mutation du gène SG1. Ce phénotype pléiotrope qui tend à s’aggraver au cours des générations rappelle ce qui est observé chez des mutants affectés dans des voies de régulation de la chromatine, comme les mutants met1 ou ddm1 (Kakutani et al., 1996; Mathieu et al., 2007).
D’après les prédictions de l’outil ScanProSite (de Castro et al., 2006) à partir de la séquence protéique disponible sur TAIR10, le gène SG1 code une protéine contenant un domaine BAH (Bromo-Adjacent Homology domain) et un domaine RRM (RNA Recognition Motif). Le domaine RRM, qui est retrouvé dans un très grand nombre de protéines, est connu pour être impliqué dans des liaisons à l’ARN ou à d’autres protéines. En revanche, le domaine BAH est partagé avec un nombre restreint de protéines qui jouent le plus souvent un rôle dans des modifications de la chromatine, comme des ADN méthyltransférases, des chromométhylases,
Figure II-2!: La stochasticité au sein d’une génération, autre aspect du phénotype du mutant sg1.
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des facteurs de transcription ou des protéines liées à la réplication de l’ADN (Figure S6 de (Coustham et al., 2014)).
Les caractéristiques phénotypiques du mutant sg1, très similaire à un mutant ibm1, ainsi que les domaines protéiques prédits sont deux arguments en faveur de l’implication de SG1 dans des mécanismes de régulation épigénétique. Ainsi, nous avons cherché à déterminer, à travers des approches de séquençage haut débit du méthylome de sg1, d’immuno-précipitation de la chromatine et d’analyses d’expression, la fonction de SG1 et la nature de son implication dans des mécanismes épigénétiques.
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