Plasticité du génome : l’exemple des gènes répétés ribosomiques 5S
Les gènes codant pour les ARN ribosomiques (constituants des ribosomes qui assurent la traduction des protéines au sein de la cellule) sont tous hautement répétés dans le génome, ce qui permet la production en grande quantité de ces ARNr. Les chercheurs de l'unité Génétique, Reproduction et Développement ont révélé une importante variation du nombre et de l'expression des gènes d'ARNr 5S entre différents écotypes de l'espèce Arabidopsis thaliana.Ce travail a été publié le 6 mars 2018 dans la revue Nucleic Acids Research.
L’ARN ribosomique 5S est un composant des ribosomes, les complexes ARN/protéines qui traduisent l’information génétique en protéines. Cette fonction essentielle pour la cellule nécessite une régulation finede l'expression des ARNr 5S en fonction des exigences cellulaires. Du fait de leur rôle essentiel et de la nécessité d'être produites en grande quantité, l’information génétique qui porte ces ARNr 5S est hautement répétée. Les gènes d'ARNr 5s sont concentrés dans les régions péricentromériques des chromosomes. Étant donné leur localisation et leur nature répétée ils ne sont pas correctement positionnés sur le génome de référence, ce qui rend l'analyse approfondie de l’organisation, de la dynamique et de la régulation épigénétique des gènes d’ARNr 5S difficile. Ces répétitions des gènes d'ARNr 5S recèlent néanmoins quelques disparités de séquences et de transcription car certaines copies portent des polymorphismes et toutes les copies ne sont pas transcrites, ce qui en fait un modèle de choix pour étudier leur régulation : comment des séquences quasi identiques s’expriment-elles de façon différente ?
Pour répondre à ces questions, les chercheurs ont étudié l’organisation (ADN) et l’expression (ARN) des gènes 5S chez Arabidopsis thaliana, qui sont organisés en plusieurs loci sur des chromosomes différents. L’analyse de plusieurs milliers de ces gènes a révélé l’existence de « signatures » génétiques permettant de distinguer trois principales régions chromosomiques où se situe la majeure partie des gènes exprimant les ARNs 5S. En utilisant ces « séquences-signatures », ils ont développé des méthodes bioinformatiques afin d'analyser les données de séquençage à haut-débit des répétitions d'ADNr 5S et de leur expression. Ils ont également réussi à concevoir des sondes fluorescentes spécifiques pour suivre ces 3 loci dans le noyau des cellules végétales. Grâce à ces outils, l'équipe a montré des polymorphismes entre les différentes répétitions de gènes d'ARNr 5S et un marquage épigénétique différentiel entre les loci qui se traduit par un patron distinct d'expression de ces gènes.
Ces outils ont également permis de caractériser des plantes de l'espèce d’Arabidopsis thaliana d'origines géographiques différentes (écotypes) et de démontrer l’existence d’une dynamique importante des locid'ADNr 5S ayant des conséquences sur l’organisation des chromosomes dans le noyau. Par exemple, le locus d'ADNr 5S du chromosome 5 est une source majeure de réarrangements chromosomiques. Enfin, ces résultats suggèrent l'existence d'une plasticité importante au niveau du choix des gènes d'ARNr 5S exprimés entre les loci et au sein d'un locus entre différents écotypes.
© Aline Probst
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Simon L, Rabanal FA, Dubos T, Oliver C, Lauber D, Poulet A, Vogt A, Mandlbauer A, Le Goff S, Sommer A, Duborjal H, Tatout C, Probst AV.
Nucleic Acids Res. 2018 Mar 6. doi: 10.1093/nar/gky163. [Epub ahead of print]