Caractériser des séquences régulatrices dérivées d’éléments transposables dans le génome des plantes

Dans les génomes de plantes, la fonction associée à une grande partie de l’ADN non codant demeure inconnue. Nous savons cependant qu’il joue un rôle clé dans la régulation de l’expression des gènes codants pour des protéines. L’expression des gènes se fait en partie grâce à des séquences d’ADN non codantes appelées éléments «cis-régulateurs» qui servent de sites de fixation sur l’ADN pour des protéines appelées régulateurs de transcription qui peuvent ensuite moduler l’expression des gènes.

Chez les plantes, l’émergence de nouveaux éléments cis-régulateurs peut être rapide, surtout lorsqu’ils sont associés à des gènes ayant un rôle dans l’adaptation des plantes à leur environnement. Mieux comprendre comment les gènes acquièrent de nouvelles séquences cis-régulatrices et comment les détecter constitue un défi majeur, mais crucial pour les plantes cultivées. Par exemple, la plante du riz (Oryza sativa) est un aliment de base pour la moitié du globe et fait l’objet d’études intenses pour améliorer les cultures afin de renforcer la sécurité alimentaire, notamment via la modulation de la régulation génétique.

Les «éléments transposables», des séquences mobiles abondantes et diversifiées de l’ADN non codant, souvent qualifiés de parasitique, peuvent être des sources clés de séquences cis-régulatrices. En effet, chez les humains, on estime que près du tiers des sites de liaison des régulateurs de transcription serait dérivé d’éléments transposables. Ce processus évolutif, appelé «exaptation», fait en sorte que des séquences d’éléments transposables changent de fonction et servent de matière première à l’émergence de séquences utiles au génome hôte. Chez les plantes, il existe encore relativement peu de preuves expérimentales du rôle de l’exaptation des éléments transposables en séquences cis-régulatrices, car leur identification est difficile.

Notre projet de recherche a pour objectif de développer une approche intégrative qui allie l’évolution, la génomique fonctionnelle et l’édition du génome, afin de mieux comprendre l’impact des séquences cis-régulatrices dérivées des éléments transposables dans le génome du riz. Notre premier objectif sera d’utiliser des méthodes bio-informatiques et évolutives, afin d’identifier des séquences cis-régulatrices qui contiennent des signatures d’éléments transposables. Nous utiliserons également des données nous permettant de trouver des régions du génome qui entrent en contact physiquement et, ainsi, d’associer des séquences cis-régulatrices candidates à des gènes cibles probablement régulés par ces séquences. Notre second objectif sera de valider expérimentalement des séquences cis-régulatrices dérivées des éléments transposables en enlevant ces séquences par édition du génome, et de détecter un effet sur la modulation de l’expression de gènes du riz.

Ce projet constituera une base solide pour améliorer notre compréhension des séquences dérivées des éléments transposables dans la régulation des gènes chez les plantes. Nous envisageons des applications clés pour l’optimisation des cultures du riz, dans une optique de prédiction et d’ingénierie des cibles cis-régulatrices visant à améliorer les caractéristiques associées au riz.