Institut de biologie de l’école normale supérieure

INSERM 1024 - CNRS 8197
Directeur : Antoine Triller

       

Génomique des Organismes Photosynthétiques | Chris Bowler

Contexte
La capacité à répondre de manière précise aux modifications des conditions environnementales est un élément essentiel à la survie des organismes photosynthétiques en milieu terrestre ou aquatique. Les mécanismes par lesquels l’environnement peut influencer la structure et les dynamiques des génomes constituent également un moteur de l’évolution. C’est sur ces questions que se concentrent les travaux de l’équipe animée par Chris Bowler qui utilise deux organismes photosynthétiques comme systèmes d’étude : la plante modèle, Arabidopsis thaliana, ainsi qu’une des espèces modèles du phytoplancton, la diatomée marine, Phaeodactylum tricornutum. Chez Arabidopsis, l’équipe caractérise les changements d’expression du génome consécutifs à la perception de signaux lumineux photo morphogéniques lors de la transition obscurité lumière chez de jeunes plantules exposées au soleil pour la première fois, ainsi que l’influence de signaux lumineux toxiques tels que les ultraviolets. En parallèle, l’équipe utilise Phaeodactylum pour explorer le rôle des processus épigénétiques dans la régulation des cycles de vie des diatomées, en particulier pendant les proliférations saisonnières de ces micros algues lors des phénomènes de « blooms » printaniers.

Faits marquants
Plantes. L’équipe a identifié le rôle clé joué par la protéine nucléaire DET1 dans les réponses à la lumière chez la tomate. Ce facteur peut s’assembler au sein de complexes avec la Culline 4 et avec la protéine de réparation de l’ADN DDB1 impliqués dans la polyubiquitination de protéines. Les chercheurs de l’équipe explorent le rôle de DET1 dans les mécanismes de dynamiques chromatiniennes et de réparation de l’ADN par ubiquitination, en se focalisant sur les réponses aux signaux photomorphogéniques et phototoxiques. Les résultats ont montré une connexion entre DET1 et l’ubiquitination de l’histone H2B à l’échelle du génome, et suggèrent un rôle de DET1 dans les mécanismes de réparation (de type NER) des adduits moléculaires générés par un excès de lumière UV. DET1 agirait au cours des étapes précoces de reconnaissance des dommages de l’ADN par la machinerie de réparation. Ces découvertes illustrent la fonction centrale et les multiples facettes de DET1 dans une série de processus au niveau de la chromatine.
Diatomées. 
La biologie des diatomées a progressé avec le séquençage des génomes de plusieurs espèces et le développement d’outils incluant le RNAi. Ces outils et ressources génétiques sont précieux pour étudier les phénomènes épigénétiques chez Phaeodactylum. Plus récemment, l’équipe a produit une cartographie des régions méthylées chez la diatomée modèle qui sera complétée par une autre cartographie des marques d’histones sur l’ensemble du génome. Ces cartes de référence seront utiles pour comparer la variation et la distribution des marques d’histones et de la méthylation en réponse à des conditions de stress biotiques et abiotiques. L’expédition Tara Oceans, dont Chris Bowler est l’un des coordinateurs scientifiques, effectue depuis l’automne 2009 une circumnavigation planétaire avec, pour mission, l’exploration de la biodiversité des écosystèmes marins. Elle offre une occasion unique de vérifier grandeur nature la pertinence des résultats obtenus en laboratoire.

Publications majeures

Veluchamy, A., Lin, X., Maumus, F., Rivarola, M., Bhavsar, J., Creasy, T., O’Brien, K., Sengamalay, N. A., Tallon, L. J., Smith, A. D., Rayko, E., Ahmed, I., Le Crom, S., Farrant, G. K., Sgro, J.-Y., Olson, S. A., Splinter Bondurant, S., Allen, A., Rabinowicz, P. D., Sussman, M. R., Bowler, C. and Tirichine, L. Insights into the role of DNA methylation in diatoms by genome-wide profiling in Phaeodactylum tricornutum. Nature Comm. (2013) 4 : 2091

Bourbousse, C., Ahmed, I., Roudier, F., Zabulon, G., Blondet, E., Balzergue, S., Colot, V., Bowler, C. and Barneche, F. Histone H2B monoubiquitination facilitates the rapid modulation of gene expression during Arabidopsis photomorphogenesis. PLoS Genetics. (2012) 8 : e1002825

Allen, A. E., Dupont, C. L., Oborník, M., Horák, A., Nunes-Nesi, A., McCrow, J. P., Zheng, H., Johnson, D. A., Hu, H., Fernie, A. R. and Bowler, C. Evolution and metabolic significance of the urea cycle in photosynthetic diatoms. Nature (2011) 473 : 203-207

Castells E., Molinier J., Benvenuto G., Bourbousse C., Zabulon G., Zalc A., Cazzaniga S., Genschik P., Barneche F., and C. Bowler. The conserved factor DE-ETIOLATED 1 cooperates with CUL4-DDB1DDB2 to maintain genome integrity upon UV stress. EMBO J. (2011) 30 : 1162-72.

Maheswari, U., Jabbari, K., Petit, J. L., Porcel, B. M., Allen, A. E., Cadoret, J.-P., De Martino, A., Heijde, M., Kaas, R., La Roche, J., Lopez, P. J., Martin–Jézéquel, V., Meichenin, A., Mock, T., Schnitzler Parker, M., Vardi, A., Armbrust, E. V., Weissenbach, J., Katinka, M. and Bowler, C. Digital expression profiling of novel diatom transcripts provides insight into their biological functions. Genome Biol. (2010) 11 : R85

Allen, A. E., LaRoche, J., Maheswari, U., Lommer, M., Schauer, N., Lopez, P. J., Finazzi, G., Fernie, A. R. and Bowler, C. Whole-cell response of the pennate diatom Phaeodactylum tricornutum to iron starvation. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, (2008) 105 : 10438-10443.

Membres de l'équipe