Alors que le réchauffement climatique continue de redéfinir les écosystèmes, les plantes doivent de plus en plus s’adapter rapidement pour assurer leur survie. L’un des principaux mécanismes facilitant une adaptation aussi rapide est la mémoire épigénétique, en particulier la méthylation de l’ADN.
La méthylation de l’ADN, une forme de modification épigénétique, implique l’ajout d’un groupe méthyle aux bases cytosines de l’ADN, modifiant son accessibilité dans la chromatine et modulant l’expression des gènes.
Dans le contexte du réchauffement climatique, les changements dans la méthylation de l’ADN peuvent être déclenchés par des facteurs environnementaux comme l’augmentation de la température. De telles adaptations épigénétiques jouent un rôle déterminant en permettant aux plantes de synchroniser leur croissance avec l’évolution des signaux environnementaux. Cependant, une compréhension globale de la façon dont ces changements de méthylation de l’ADN affectent les phénotypes des plantes, en particulier en réponse à des températures plus chaudes, reste floue.
En juillet 2023, Recherche horticole a publié un document de recherche intitulé « Une température plus chaude pendant la reproduction asexuée induit des changements phénotypiques méthylomiques, transcriptomiques et durables dans les écotypes de Fragaria vesca ».
Pour examiner l’influence de la température sur les variations phénotypiques et épigénétiques, une expérience a été menée sur trois générations asexuées sur quatre écotypes européens de F. vesca (ES12, ICE2, NOR2, IT4), en les exposant à 18°C et 28°C.
Au niveau phénotypique, l’écotype ES12 présentait une production accrue de stolons à 28°C au cours de la première génération asexuée (AS1) mais pas à la troisième (AS3). À l’inverse, l’écotype IT4 présentait une production réduite de stolons à 28°C dans AS1 et AS3.
Les écotypes ICE2 et NOR2 ont montré des retards significatifs dans la période de floraison à 28°C par AS3, avec une signification statistique à 0,05 > p > 0,001. En ce qui concerne la longueur du pétiole, les plantes des écotypes ES12, ICE2 et NOR2 présentaient des longueurs plus longues lorsqu’elles étaient cultivées à 28°C pendant AS1. Selon AS3, l’augmentation de la longueur du pétiole n’est restée que pour l’écotype NOR2.
Les résultats ont montré une différence statistiquement significative entre tous les caractères phénotypiques étudiés et la température de croissance lors de l’expérience, qui peut être préservée pendant la reproduction asexuée. Des études plus approfondies au niveau moléculaire, le séquençage au bisulfite des échantillons d’ADN génomique des écotypes, ont révélé des différences perceptibles dans les modèles de méthylation de l’ADN entre les deux conditions de température, en particulier dans les contextes CHG et CHH.
NOR2 présentait la différence la plus prononcée de niveaux de méthylation entre les conditions de température. L’analyse en composantes principales (ACP) des profils de méthylation a montré de nettes différences entre les écotypes cultivés à 18 et 28°C. Des changements significatifs dans l’hypo- et l’hyperméthylation se sont produits dans tous les écotypes, les plus grandes augmentations de méthylation spécifiques à la température étant observées pour le contexte CHH. Notamment, les changements de méthylation ont été identifiés comme étant corrélés à des caractéristiques génomiques telles que les sites de début de transcription (TSS) et les sites de fin de transcription (TTS).
Les régions avec une méthylation différentielle de CHG et de CHH présentaient généralement une hyperméthylation. Dans le même temps, des modifications du transcriptome liées à l’augmentation de la température ont été observées dans environ 3 500 à 5 000 gènes différentiellement exprimés (DEG) dans différents écotypes. En outre, cette étude a également exploré les modèles de méthylation et d’expression spécifiques à l’écotype des gènes liés au métabolisme de la gibbérelline, à la période de floraison et aux mécanismes épigénétiques. Il a été constaté que parmi trois écotypes ou moins, le changement multiple absolu de 1 318 gènes apparentés différentiellement exprimés et différentiellement méthylés (DEDMG) était > 1,5.
En résumé, la recherche indique que les variations de température au cours de la propagation asexuée induisent des modifications épigénétiques et phénotypiques héréditaires considérables, soulignant l’existence d’un effet de mémoire épigénétique lié à la température dans les écotypes de F. vesca.
Cette étude approfondit non seulement notre compréhension de l’adaptation des plantes, mais ouvre également la porte à l’exploitation de la mémoire épigénétique pour développer des cultures mieux adaptées au réchauffement climatique.
Plus d’information:
YuPeng Zhang(张宇鹏) et al, Des températures plus chaudes pendant la reproduction asexuée induisent des changements phénotypiques méthylomiques, transcriptomiques et durables dans les écotypes de Fragaria vesca, Recherche horticole (2023). DOI : 10.1093/hr/uhad156