Les Montagnes Blanches de l'Est de la Californie abritent certains des arbres les plus anciens du monde. Selon les données sur les cernes des arbres, un Grand Bassin pin bristlecone connu sous le nom de Methusalem L’existence de Mathusalem remonte à près de 5,000 XNUMX ans. Lorsque ce petit pin a émergé du sol, les mammouths parcouraient encore la Terre, le monument historique de Stonehenge était en construction et le papier à écrire venait d’être inventé dans l’Égypte ancienne. Mathusalem a résisté aux tempêtes, aux fluctuations de température et aux périodes de sécheresse au cours de sa longue vie. Comme le dit le dicton, avec l’âge vient la sagesse. Cette « sagesse » accumulée est stockée au niveau cellulaire sous la forme de modifications épigénétiques induites par l’exposition au stress environnemental. En tant qu’organismes sessiles à longue durée de vie, les arbres ont développé des mécanismes d’adaptation sophistiqués aux conditions environnementales en constante évolution, et la mémoire épigénétique pourrait leur permettre de réagir plus rapidement aux événements de stress récurrents. Étant donné que certaines variations épigénétiques sont héréditaires, elles peuvent même transmettre cette « connaissance » aux générations suivantes, ce qui laisse espérer que les mécanismes épigénétiques pourraient aider les arbres à s’adapter au changement climatique plus efficacement que ne le permettrait l’adaptation génétique. Des études corrélatives indiquent un rôle de l’épigénétique dans la plasticité phénotypique, mais les preuves reliant sans équivoque la distribution des marques épigénétiques à l’expression des gènes et aux phénotypes sont rares.
Une modification épigénétique courante est la méthylation de l'ADN des résidus de cytosine qui peut se produire dans différents contextes : CG, CHG et CHH, où H est A, T ou C. Les contextes de méthylation de l'ADN non CG sont typiques des plantes mais très rares chez d'autres organismes. L'analyse de la méthylation de l'ADN a principalement été menée sur l'espèce modèle Arabidopsis et seules quelques études ont abordé ce processus chez les espèces d'arbres à longue durée de vie. L'équipe dirigée par Peña-Ponton a maintenant fourni un aperçu sans précédent des variations de la méthylation de l'ADN dans les arbres en réponse aux facteurs de stress environnementauxLes auteurs ont analysé des peupliers de Lombardie propagés par clonage provenant de plusieurs pays européens exposés à différentes conditions de stress abiotique et biotique pendant 20 jours dans des conditions expérimentales, puis ont analysé leurs profils de méthylation de l'ADN. Les peupliers de Lombardie sont issus d'une seule lignée clonale qui est probablement originaire d'Italie au XVIIe siècle et qui est aujourd'hui cultivée dans le monde entier. Comme il s'agit d'une plante propagée par clonage, les auteurs ont pu minimiser l'effet de la variation génétique et maximiser l'effet des différences épigénétiques sur la plasticité phénotypique.
Les auteurs ont montré que les changements de méthylation à l'échelle du génome, en particulier dans les contextes CG et CHG, pouvaient être expliqués par l'origine des arbres plutôt que par le stress à court terme induit expérimentalement, et que ces changements reflètent ainsi la manière dont l'histoire de croissance des arbres a façonné leur paysage de méthylation de l'ADN. Ces régions différentiellement méthylées se sont également révélées être pour la plupart indépendantes du stress et répondre à de multiples facteurs de stress, ce qui est lié au fait que différents stress partagent des composants de réponse généraux au niveau physiologique. Cependant, la réponse de méthylation de l'ADN a également montré une certaine spécificité, le traitement par la sécheresse ayant l'effet épigénétique spécifique au stress le plus fort et induisant une hyperméthylation dans le contexte CHH, principalement dans les régions flanquant les gènes, en particulier sur les éléments dits transposables ou transposons. Les transposons sont des éléments génétiques qui peuvent créer des copies d'eux-mêmes et se déplacer entre les régions génomiques, ce qui leur a valu le surnom de « gènes sauteurs ». Le stress environnemental peut activer l'activité des transposons, et certaines familles de transposons insèrent préférentiellement des gènes sensibles au stress à proximité. La méthylation de l'ADN dans ces régions peut réduire leur mobilisation et empêcher leurs effets perturbateurs sur le génome. Les résultats de Peña-Ponton et de ses collègues révèlent une hyperméthylation de superfamilles entières de transposons en réponse au stress, en particulier à la sécheresse, et sur la base de données d'enrichissement de l'ontologie génétique, les auteurs émettent l'hypothèse que ce silençage de transposons induit par la méthylation pourrait avoir des effets régulateurs sur les gènes proches sensibles à la sécheresse.
Nous commençons seulement à comprendre les conséquences fonctionnelles de la méthylation de l’ADN en réponse aux changements environnementaux, mais il est urgent d’approfondir nos connaissances pour que la « sagesse » épigénétique détenue par des arbres comme Mathusalem puisse être utile à l’adaptation au changement climatique. Les études à grande échelle comme celle présentée par Peña-Ponton et al. sont malheureusement rares. Les auteurs ont utilisé le séquençage bisulfite du génome entier, considéré comme la référence absolue pour le profilage du méthylome car il fournit des données à haute résolution, mais il présente également certains inconvénients, tels que des coûts de séquençage élevés et la production de grandes quantités de données qui nécessitent des capacités de calcul et de stockage importantes. Dans une autre étude du JXB, Isabelle Lesur et ses collègues proposent une approche alternative pour remédier à ces lacunesLes auteurs ont développé et validé une technique qui identifie et cible les régions de méthylation de l'ADN très variable, ce qui pourrait être plus adapté aux études épigénétiques à l'échelle de la population, tant chez les plantes que chez les animaux. Les lecteurs intéressés peuvent trouver le flux de travail détaillé et les données correspondantes dans leur récent article sur l'innovation technique dans le Journal of Experimental Botany.
LISEZ ENTIÈREMENT L'ARTICLE:
Peña-Ponton, C., Diez-Rodriguez, B., Perez-Bello, P., Becker, C., McIntyre, LM, van der Putten, WH, De Paoli, E., Heer, K., Opgenoorth, L. et Verhoeven, KJ, 2024. L'analyse du méthylome à haute résolution révèle des points chauds génomiques sensibles au stress et des superfamilles TE sensibles à la sécheresse chez le peuplier clonal de Lombardie. Journal de botanique expérimentale, https://doi.org/10.1093/jxb/erae262.
Mareike Jezek
Le Dr Jezek est rédacteur adjoint au Journal of Experimental Botany, l'une des revues officielles du Société de biologie expérimentale.
Image vedette par Alun Salt
