Étude du dialogue épigénétique chez une plante greffée d’intérêt agronomique : la tomate

Study of the epigenetic dialogue in the grafted plant using the tomato as model plant

• Auteur / Autrice : Amélie Colling
• Direction : Emeline Teyssier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie Végétale
• Date : Soutenance le 30/03/2022
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Bordeaux)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Plante greffée
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Écophysiologie et génomique fonctionnelle de la vigne (Villenave d'Ornon, Gironde)
• Jury : Président / Présidente : Jérôme Joubès
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emeline Teyssier, Jérôme Joubès, Pascal Gamas, Jean-Marc Celton, Nadia Ponts
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pascal Gamas, Jean-Marc Celton

Mots clés

Mots clés contrôlés

Petits ARN

Alkylation

Tomate

Épigénétique

Mots clés libres

Greffage

Épigénétique

Méthylation de l’ADN

Petits ARNs

Tomate

Grafting

Epigenetics

DNA methylation

Small RNAs

Tomato

Résumé

Le greffage est une technique agronomique ancestrale ayant largement participé à la domestication et l’amélioration des caractères agronomiques de nombreuses plantes cultivées. Le greffage a en effet l’avantage de tirer le meilleur des deux parties en combinant des porte-greffes aux systèmes racinaires performants, avec des greffons aux traits phénotypiques et organoleptiques d’intérêts. En combinant la diversité génétique de 2 génotypes différents au sein d’une même plante, la greffe peut également influencer le phénotype de chacun des deux partenaires et en améliorer certains traits. Bien que les modifications phénotypiques induites par le greffage soient connues et bien documentées, les mécanismes physiologiques et moléculaires sous-jacents impliqués dans l’interaction entre porte-greffe et greffon ne sont à l’heure actuelle pas encore totalement élucidés. Au-delà de l’échange de diverses molécules entre greffon et porte-greffe, le greffage s’accompagne d’une modification de l’expression des gènes chez les deux partenaires de greffes. Néanmoins, la mobilité de certains facteurs et les changements qui en résultent ne peuvent expliquer à eux seuls l’ensemble des modifications observées suite à la greffe. L’hypothèse de l’existence d’un dialogue épigénétique entre deux partenaires de greffe a ainsi été suggérée. L’épigénétique regroupe l’ensemble des mécanismes pouvant modifier le fonctionnement d’un génome sans affecter la séquence de son ADN. Parmi ces mécanismes, on retrouve la méthylation de l’ADN et l’intervention de petits ARN non codants. A l’heure actuelle, les études relatives aux conséquences du greffage sur le transcriptome, le méthylome et les populations en de petits ARN des deux partenaires de greffe sont encore limitées. Dans ce contexte, l’objectif de ma thèse était d’étudier le dialogue épigénétique chez la plante greffée à partir d’une plante modèle d’intérêt agronomique, la tomate. Différentes combinaisons de greffes formées à partir des espèces Solanum lycopersicum var. M82 et Solanum pennellii ont été produites. Ces plantes greffées ont été utilisées pour caractériser les conséquences de l’homogreffe et de l’hétérogreffe sur (i) le phénotype, (ii) l’expression des gènes, (iii) la méthylation de l’ADN et (iv) les populations en petits ARNs du greffon. Nos résultats révèlent que les greffons S. pennellii présentent une réponse différente en fonction des contextes d’homogreffes ou d’hétérogreffes. Des variations de l’expression de gènes, de la méthylation de l’ADN, et des populations en petits ARNs ont ainsi été observées entre homogreffes et hétérogreffes. Alors que l’ensemble de ces variations semblent indiquer une réponse au stress prédominante chez les greffons S. pennellii lors d’homogreffes, les changements observés chez les hétérogreffes évoquent quant à eux une réactivation des éléments transposables.

Grafting is an ancestral agronomic technique that has largely contributed to the domestication and improvement of the agronomic characteristics of many cultivated plants. Grafting has the advantage of getting the best out of both parties by combining rootstocks with efficient root systems and grafts with phenotypic and organoleptic traits of interest. By combining the genetic diversity of 2 different genotypes within the same plant, grafting can also influence the phenotype of each of the two partners and impacts various traits. Although graft-induced phenotypic changes are known and well documented, the underlying physiological and molecular mechanisms involved in the graft-graft interactions are not yet fully elucidated. Beyond the exchange of various molecules between scion and rootstock, grafting is accompanied by changes in gene expression in both partners. However, the mobility of certain factors and the resulting changes cannot alone explain all the changes observed following the grafting. The hypothesis of the existence of an epigenetic dialogue between the two graft partners has thus been suggested. Epigenetics includes all the mechanisms that can modify the functioning of a genome without affecting the sequence of its DNA. These mechanisms include DNA methylation and the intervention of small non-coding RNAs. To date, studies focusing the consequences of grafting on the transcriptome, the methylome and small RNA populations of the two graft partners are still limited. In this context, the objective of my thesis was to study the epigenetic dialogue in grafted plant using tomato as a model plant of agronomic interest. Different combinations of grafts formed using the species Solanum lycopersicum var. M82 and Solanum pennellii were produced. These grafted plants have then been used to characterize the consequences of homograft and heterograft on (i) phenotype, (ii) gene expression, (iii) DNA methylation, and (iv) small graft RNA populations. Our results reveal that S. pennellii grafts have a different molecular response depending on the context of homografts or heterografts. Indeed, variations in gene expression, DNA methylation, and small RNA populations have been observed between homografts and heterografts. While all these variations seem to indicate a predominant stress response in S. pennellii grafts in homografting conditions, the changes observed in heterografts suggest a reactivation of transposable elements.