L’édition d’histones, une approche inédite pour explorer la régulation épigénétique du développement des plantes

Chez les eucaryotes, l’ADN en s’associant aux histones s’organise en une structure appelée chromatine. Cette chromatine est la cible de différentes modifications dites épigénétiques qui permettent un contrôle précis et dynamique de l’expression des gènes nécessaires au bon déroulement des programmes développementaux. Parmi ces modifications, la méthylation de l’histone H3 sur la Lysine 27 (H3K27) est connue depuis de nombreuses années comme un processus clé de la répression de l’expression génique en réponse à des signaux développementaux et environnementaux. Jusqu’à maintenant, l’étude de l’impact fonctionnel de cette méthylation chez les plantes s’est basée sur l’utilisation de mutants pour les histone-méthyltransférases et/ou déméthylases correspondantes. Cette stratégie a permis des avancées significatives dans le domaine de l’épigénétique. Cependant, les fonctions variées et redondantes de ces enzymes n’ont à ce jour pas permis de mettre en évidence de manière précise l’implication fonctionnelle de la Lysine 27 de l’histone H3 et de sa méthylation.

Les scientifiques ont cherché à décrypter plus en détail la véritable fonction de la Lysine 27 sur l’histone H3, en développant une approche inédite. Cette approche consiste à faire exprimer à la plante modèle Arabidopsis thaliana une version de l’histone H3 portant une Alanine (A) en position 27. Ce nouvel outil a permis de mettre en évidence une diminution drastique du niveau de méthylation sur H3K27. L’analyse phénotypique détaillée de ces lignées a également permis de mettre en évidence de graves anomalies développementales, certaines rappelant les observations faites chez des mutants d’HMTases, ainsi que d’autres, uniques et encore jamais mises en évidence. Outre une floraison précoce, des feuilles recourbées (phénotype dit « curly » rappelant le phénotype du mutant de l’histone méthyltransférase curly leaf) et une production accrue de cellules indifférenciées appelées « cals », ces lignés présentent également de manière singulière des tiges raccourcies dont l’organisation en types cellulaires est altérée. A l’aide d’analyses de transcriptomique et de métabolomique, il s’est avéré que ce dernier phénotype était le résultat d’une dérégulation des flux métaboliques dans la voie de biosynthèse des phénylpropanoïdes, et de la lignine.

L'ensemble de ces résultats apporte un nouvel éclairage sur les différents rôles joués par la Lysine 27 de l’histone H3 chez les plantes, non seulement dans la régulation de la destinée des cellules végétales, mais également dans la régulation de voies métaboliques clés telle que celle impliquée dans le contrôle de l'élongation et de la composition en lignine de la tige.

Pour en savoir plus :
Lysine 27 of histone H3.3 is a fine modulator of developmental gene expression and stands as an epigenetic checkpoint for lignin biosynthesis in Arabidopsis.
Kateryna Fal, Alexandre Berr, Marie Le Masson, Adi Faigenboim, Emeline Pano, Nickolay Ishkhneli, Netta-Lee Moyal, Claire Villette, Denisa Tomkova, Marie-Edith Chabouté, Leor Eshed Williams and Cristel C. Carles.
New Phytologist, 2022. DOI: 10.1111/nph.18666