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DNA demethylation and hypermethylation are both required for late nodule development in Medicago

Pecrix Yann, Sallet Erika, Moreau Sandra, Bouchez Olivier, Carrère Sébastien, Gouzy Jérôme, Jardinaud Marie-Françoise, Gamas Pascal. 2022. DNA demethylation and hypermethylation are both required for late nodule development in Medicago. Nature Plants, 8 (7) : 741-749.

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Résumé : Plant epigenetic regulations are involved in transposable element silencing, developmental processes and responses to the environment. They often involve modifications of DNA methylation, particularly through the DEMETER (DME) demethylase family and RNA-dependent DNA methylation (RdDM)8. Root nodules host rhizobia that can fix atmospheric nitrogen for the plant's benefit in nitrogen-poor soils. The development of indeterminate nodules, as in Medicago truncatula, involves successive waves of gene activation, control of which raises interesting questions. Using laser capture microdissection (LCM) coupled to RNA-sequencing (SYMbiMICS data11), we previously identified 4,309 genes (termed NDD) activated in the nodule differentiation and nitrogen fixation zones, 36% of which belong to co-regulated genomic regions dubbed symbiotic islands13. We found MtDME to be upregulated in the differentiation zone and required for nodule development, and we identified 474 differentially methylated regions hypomethylated in the nodule by analysing ~2% of the genome4. Here, we coupled LCM and whole-genome bisulfite sequencing for a comprehensive view of DNA methylation, integrated with gene expression at the tissue level. Furthermore, using CRISPR–Cas9 mutagenesis of MtDRM2, we showed the importance of RdDM for CHH hypermethylation and nodule development. We thus proposed a model of DNA methylation dynamics during nodule development.

Mots-clés Agrovoc : Medicago truncatula

Mots-clés libres : Cytological techniques, DNA methylation, Genetic engineering, Genome-wide analysis of gene expression, Rhizobial symbiosis

Classification Agris : F30 - Génétique et amélioration des plantes
F60 - Physiologie et biochimie végétale
F62 - Physiologie végétale - Croissance et développement

Champ stratégique Cirad : CTS 2 (2019-) - Transitions agroécologiques

Agences de financement hors UE : Agence Nationale de la Recherche

Projets sur financement : (FRA) Régulations épigénétiques dans le développement de nodules symbiotiques racinaires chez les légumineuses, (FRA) Towards a Unified theory of biotic Interactions: the roLe of environmental

Auteurs et affiliations

  • Pecrix Yann, CIRAD-BIOS-UMR PVBMT (REU) ORCID: 0000-0002-6537-3145
  • Sallet Erika, Université de Toulouse (FRA)
  • Moreau Sandra, Université de Toulouse (FRA)
  • Bouchez Olivier, INRAE (FRA)
  • Carrère Sébastien, Université de Toulouse (FRA)
  • Gouzy Jérôme, Université de Toulouse (FRA)
  • Jardinaud Marie-Françoise, Université de Toulouse (FRA)
  • Gamas Pascal, Université de Toulouse (FRA) - auteur correspondant

Source : Cirad-Agritrop (https://agritrop.cirad.fr/603994/)

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