IJPB-Interactions hôtes-transposons et biodiversité végétale

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Interactions hôtes-transposons et biodiversité végétale

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Mots-clés :Eléments transposables Transposable elements - rétrotransposons - biodiversité - stress - allopolyploidie - Nicotiana tabacum - Solanaceae

Ecole(s) doctorale(s) de rattachement :

Contacts :

Institut Jean-Pierre Bourgin, UMR1318 INRA-AgroParisTech
Bâtiment 2
INRA Centre de Versailles-Grignon
Route de St-Cyr (RD10)
78026 Versailles Cedex France

tél : +33 (0)1 30 83 30 00 - fax : +33 (0)1 30 83 33 19

	Responsable Marie-Angèle Grandbastien Directeur de Recherche INRA
	Quynh Trang BUI Chargé de Recherche
	Julien Daniel Adjoint Technique de la Recherche

	Corinne Mhiri Ingénieur de Recherche INRA Eléments transposables et allopolyploïdie
	Howard Laten Professeur (Loyola University, Chicago, USA) du 13/01/12 au 31/08/12
	Anciens membres de l'équipe

Résumé :

Les rétroéléments sont des séquences mobiles qui s'amplifient par un intermédiaire ARN (Figure 1). Ils forment près de 42% du génome humain et plus de 80% du génome de certaines plantes, et représentent la composante majeure des génomes eucaryotes. Leur rôle biologique est mal connu. Leur activité, bien que contrôlée par la plante et l'élément lui-même, peut avoir des conséquences profondes sur le génome hôte, car ils peuvent à la fois modifier la structure du patrimoine génétique et moduler l'expression de gènes adjacents. Nos recherches visent à étudier l'impact des rétrotransposons de Solanacées, depuis le contrôle de leur activité, en particulier en réponse au stress, jusqu'à leur évolution moléculaire et leur impact évolutif et fonctionnel. Notre modèle historique est le rétrotransposon Tnt1 du tabac (Figure 2), mais nos recherches se sont étendues ces dernières années à d'autres éléments et d'autres Solanacées (tomate, piment). Au cours des dernières années, nos sujets de recherche principaux ont porté sur le rôle des élements transposables dans les modifications génomiques générées par l'allopolyploïdie et sur l'utilisation de polymorphismes d'insertion pour évaluer la diversité génétique des Solanacées. Nous avons plus récemment développé des projets sur l'impact des éléments transposables sur l'expression des gènes.

Résultats marquants :

L'expression de Tnt1 est induite par des stress (Figure 3) et cette régulation est liée à la présence dans la région promotrice (U3) de l'élément de séquences simila. ires aux motifs régulateurs de gènes de défense (Figure 2). De plus, chez diverses Solanacées, les éléments Tnt1 évoluent par modulation de ces régions régulatrices (Figure 4), reflètant peut-être une adaptation évolutive à l'hôte et/ou à son histoire environnementale. Nous avons développé des analyses des polymorphismes d'insertion (stratégie SSAP ou Sequence Specific Amplified Polymorphisms, Figure 5), afin d'étudier le contrôle de la transposition. Nous avons montré que des facteurs d'origine microbienne activent la transposition de Tnt1. Nous avons également montré que le génome allotétraploïde du tabac résultait d'un turn-over de séquences de rétrotransposons, vraisemblablement lié à la formation de cette espèce, et que la transposition de Tnt1 était activée chez des tabacs synthétiques récents. Ces résultats suggèrent que le contenu en rétrotransposons d'une espèce végétale est influencé par l'histoire évolutive de son hôte, avec des périodes de turnovers rapides liées à des évènements d'allopolyploïde. Nos recherches ont également montré que les polymorphismes d'insertion de divers rétrotransposons sont utilisables pour évaluer la diversité génétique et les relations interspécifiques au sein de collections de ressources génétiques de tomate, de poivron et d'espèces apparentées.
Nos projets de recherche en cours portent sur les mécanismes impliqués dans l'activation de rétrotransposons par l'allopolyploïdie, et sur les conséquences évolutives de ces phénomènes chez diverses sections allotétraploïdes d'âges variables du genre Nicotiana (projet ANR Biodiversité 2006-2008). En outre, nous développons des projets visant à évaluer l'influence des éléments transposables sur la modulation de l'expression de gènes de tomate et de tabac, et en particulier l'impact de la production de transcrits chimériques entre éléments transposables et gènes adjacents (Projet ANR Blanc 2006-2008, Projet Association pour la Recherche sur les Nicotianées).

Publications représentatives :

Petit M, Guidat C, Daniel J, Denis E, Montoriol E, Bui QT, Lim KY, Kovarik A, Leitch AR, Grandbastien MA, Mhiri C (2010) Mobilization of retrotransposons in synthetic allotetraploid tobacco. New Phytol 186: 135–147.

Parisod C, Alix K, Just J, Petit M, Sarilar V, Mhiri C, Ainouche M, Chalhoub B, Grandbastien M-A (2010). Impact of transposable elements in organization and functioning of allopolyploid genomes. New Phytol 186: 37–45

Tam SM, Lefèbvre V, Palloix A, Sage-Palloix A-M, Mhiri C and Grandbastien M-A (2009). LTR-retrotransposons Tnt1 and T135 markers reveal genetic diversity and evolutionary relationships of domesticated peppers. Theor Appl Genet 119: 973-989

Parisod C, Salmon A, Zerjal T, Tenaillon M, Grandbastien M-A, Ainouche ML (2009). Rapid structural and epigenetic reorganization near transposable elements in hybrid and allopolyploid genomes in Spartina. New Phytol 184: 1003-1015.

Grandbastien M.-A. (2008) Retrotransposons of plants, "Encyclopedia of Virology, Third Edition, 5 vols", Eds B.W.J. Mahy and M.H.V. Van Regenmortel, Elsevier, Oxford (UK) pp428-436

Ainouche ML, Fortune PM, Salmon, Parisod C, Grandbastien, M-A, Fukunaga K, Ricou M and Misset M-T (2009). Hybridization, polyploidy and invasion: lessons from Spartina (Poaceae). Biol. Invasions 11: 1159-1173.

Manetti M-E, Rossi M, Nakabashi M, Grandbastien M-A and Van Sluys M-A (2009). The Tnt1 family member Retrosol copy number and structure disclose retrotransposon diversification in different Solanum species. Mol. Genet. Genomics 281: 261-271 (PubMed)

Grandbastien M-A (2008) Retrotransposons of plants, In "Encyclopedia of Virology, Third Edition, 5 vols", Editors B.W.J. Mahy and M.H.V. Van Regenmortel, Elsevier, Oxford (UK), pp 428-436

Le QH, Melayah D, Bonnivard E, Petit M and Grandbastien M-A (2007). Distribution dynamics of the Tnt1 retrotransposon in tobacco. Mol Gen Genet 278, 639-651 (PubMed)

Lim KY, Kovarik A, Matyasek R, Chase MW, Clarkson JJ, Grandbastien M-A, Leitch AR (2007) Near complete genome turnover in five million years of plant evolution. New Phytol 175, 756–763 (PubMed)

Petit M, Lim KY, Julio E, Poncet C, Dorlhac De Borne F, Kovarik A, Leitch AR, Grandbastien M-A and Mhiri C (2007) Differential impact of retrotransposon populations on the genome of allotetraploid tobacco (Nicotiana tabacum). Mol Gen Genet 278, 1-15 (PubMed)

Dadejová M, Lim YK, Soucková-Skalická K, Matyásek R, Grandbastien M-A, Leitch AR and Kovarík A (2007) Transcription activity of rRNA genes correlates with their tendency towards intergenomic homogenisation in Nicotiana allotetraploids. New Phytol 174, 658-668 (PubMed)

Tam SM, Causse M, Garchery C, Burck H, Mhiri C and Grandbastien M-A (2007) The distribution of copia-type retrotransposons and the evolutionary history of tomato and related wild species. J Evolution Biol 20,1056-1072 (PubMed)

Tam SM, Mhiri C and Grandbastien M-A (2006) Transposable elements and the analysis of plant biodiversity. In "Functional Plant Genomics", JF Morot-Gaudry, P Lea and JF Briat Eds, Sciences Publishers, Enfield, NH, USA, chapter 26, pp 529-558

Tam SM, Mhiri C, Vogelaar A, Kerkveld M, Pearce S, Grandbastien M-A (2005) Comparative analyses of genetic diversities within tomato and pepper collections detected by retrotransposon-based SSAP, AFLP and SSR. Theor Appl Genet 110, 819–831 (PubMed)

Grandbastien M-A, Audeon C, Bonnivard E, Casacuberta JM, Chalhoub B, Costa A-PP, Le QH, Melayah D, Petit M, Poncet C, Tam S-M, Van Sluys M-A, Mhiri C (2005) Stress activation and genomic impact of Tnt1 retrotransposons in Solanaceae. Cytogenet Genome Res 110, 229-241 (PubMed)

Melayah D, Lim KY, Bonnivard E, Chalhoub B, Dorlhac de Borne F, Mhiri C, Leitch AR, Grandbastien M-A (2004) Distribution of the Tnt1 retrotransposon family in the amphidiploid tobacco and its wild Nicotiana relatives. Biol J Linn Soc 82, 639-649

Pourtau N, Lauga B, Grandbastien M-A, Goulas P and Salvado J-C (2004) The promoter of the Tnt1A retrotransposon: a biomarker to monitor ozone but not formaldehyde and benzene pollution. Water Air Soil Poll 159, 115-124

Mhiri C, Grandbastien M.-A. (2004) Eléments transposables et analyse de la biodiversité végétale. Dans "La génomique en biologie végétale", Editeurs JF Morot-Gaudry et JF Briat, INRA Editions, pp 377-402

Pourtau N, Lauga B, Audéon C, Grandbastien M-A, Goulas P and Salvado J-C (2003) The promoter of the Tnt1A retrotransposon is activated by ozone air pollution in tomato, but not in its natural host tobacco. Plant Sci 165, 983-992

Araujo P.G., Casacuberta J.M., Costa A.P.P., Hashimoto R.Y., Grandbastien M.-A. and Van Sluys M.-A. (2001). Retrolyc1 subfamilies defined by different U3 regulatory regions in the Lycopersicon genus. Mol. Gen. Genom. 266:35-41 (PubMed)

Beguiristain T., Grandbastien M.-A., Puigdomenech P. and Casacuberta P. (2001). Three Tnt1 subfamilies show different stress-associated patterns of expression in tobacco. Consequences for retrotransposon control and evolution in plants. Plant Physiol. 127: 212-221 (PubMed)

Leprince A.S., Grandbastien M.-A. and Meyer C. (2001). Retrotransposons of the Tnt1B family are mobile in Nicotiana plumbaginifolia and can induce alternative splicing of the host gene upon insertion. Plant Mol. Biol. 47: 533-541 (PubMed)

Melayah D., Bonnivard E., Chalhoub B., Audéon C. and Grandbastien M.-A. (2001). The mobility of the tobacco Tnt1 retrotransposon correlates with its transcriptional activation by fungal factors. Plant J. 28: 159-168 (PubMed)

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