Le potentiel et les applications de la translatomique

Comprendre le monde dynamique de la traduction des gènes

Le translome, un terme englobant tous les composants directement impliqués dans le processus de traduction, ouvre une fenêtre sur le monde complexe de la biologie moléculaire. Il comprend, mais ne se limite pas à, des acteurs clés comme les ribosomes, les ARNm en cours de traduction (RNC-ARNm), les ARNt, et une variété de facteurs de traduction. De plus, il s'étend aux ARN régulateurs, tels que les miARN et les lncARN, et même aux chaînes peptidiques de novo. La translatomique, un domaine en plein essor, étudie la composition et les motifs dynamiques de ces composants essentiels.

Veuillez consulter notre article Qu'est-ce que la translatomique ?

Perspectives translationnelles sous stress abiotique

La vie végétale fait face à une multitude de défis, avec des stress abiotiques tels que des températures extrêmes, des variations d'intensité lumineuse, la sécheresse, la salinité et l'engorgement. Ces facteurs environnementaux ont un impact significatif sur l'expression génique chez les plantes. Comprendre comment les systèmes racinaires naviguent à travers ces défis sous des conditions d'irrigation et de précipitations variables est essentiel pour développer des cultures résilientes au climat.

Des études récentes ont mis en lumière les profils de translatome et de chromatine des cellules racinaires de riz sous différentes conditions environnementales. Par exemple, la submersion atténue la synthèse d'ADN des gènes liés au cycle cellulaire pendant la prolifération. Elle impacte également les gènes associés à la signalisation des hormones de croissance, à l'horloge biologique et à la régulation des petits ARN dans les tissus de base. Pendant ce temps, la biosynthèse de matière liégeuse, les protéines de transport du fer et l'assimilation de l'azote dans les cellules d'endosperme/extrinsèques, toutes dépendantes de la disponibilité en eau, subissent des changements régulatoires sous des conditions de submersion. Ces découvertes mettent en évidence l'intricate toile de la régulation génique répondant au stress abiotique et identifient des facteurs de transcription critiques entraînant des réponses aux déficits en eau et au développement du xylème.

Un atlas de l'activité génique des populations de cellules racinaires de riz dans des environnements agronomiquement pertinents variés. (Reynoso et al., 2022)

Dévoiler les réponses du translatome au stress biotique

Face aux menaces biotiques, les plantes s'engagent dans un reprogrammation transcriptionnelle pour se protéger. Cependant, beaucoup reste à découvrir sur la reprogrammation translationnelle lors des réponses immunitaires des plantes. Les chercheurs appliquent désormais des techniques de pointe comme Ribo-Seq et le séquençage d'ARN pour décoder les réponses translationnelles des plantes hôtes aux infections.

Par exemple, une étude a examiné le translatome du virus du syndrome reproducteur et respiratoire porcin (PRRSV). Cette recherche a révélé des stratégies d'expression génique qui permettent au virus d'exercer un contrôle translationnel durant son cycle de réplication. L'étude a trouvé des variations d'efficacité à des loci spécifiques et a identifié des ORFs viraux supplémentaires qui pourraient être facilités par de nouveaux transcrits viraux. Ces découvertes offrent des aperçus plus profonds sur les mécanismes complexes de l'expression génique virale.

Résumé schématique des mécanismes non canoniques de régulation de l'expression génique du virus du syndrome reproducteur et respiratoire porcin (PRRSV). (Cook et al., 2022)

Contrôle translationnel dans le développement

Le contrôle translationnel ne se limite pas aux réponses au stress. Il joue un rôle crucial dans la régulation de l'expression génique durant le développement, facilitant la synthèse de produits géniques spécifiques aux tissus tant chez les plantes que chez les animaux.

Des enquêtes récentes ont exploré le spectre complet des ARNm traduits après la fécondation en analysant les polysomes et le séquençage. Étonnamment, seule une fraction des ARNm maternels est recrutée sélectivement dans les polysomes. Ce recrutement, indépendant de l'abondance des ARNm, est principalement composé d'ARNm liés à des classes fonctionnelles spécifiques associées aux transitions du cycle cellulaire et aux événements de développement ultérieurs. Fait intéressant, la fécondation pourrait impliquer un modèle d'initiation qui ne repose pas sur la voie mTOR, comme le suggère la réponse variable des ARNm nouvellement traduits à l'altération de la voie mTOR.

Modèle de dynamique de recrutement polysomal lors de la fécondation chez l'oursin. (Chassé et al., 2018)

Aperçus translocomiques sur les gènes des organites

Les organites comme les chloroplastes et les mitochondries sont essentiels dans des processus fondamentaux des plantes tels que la photosynthèse et la respiration. Ces petites centrales contiennent leurs propres génomes miniatures, ne comprenant qu'une poignée de gènes. Les chloroplastes, par exemple, réagissent aux changements de température, impactant la tolérance au froid des plantes.

La recherche a exploré la domestication au froid chez les semis de tabac exposés à des températures basses, en scrutant les nombres de copies du génome chloroplastique, l'accumulation de transcrits, la traduction, la photosynthèse, la physiologie cellulaire et les réponses métaboliques. Les résultats révèlent une régulation translationnelle significative induite par le froid aux niveaux d'initiation et d'élongation, avec des changements minimes dans les niveaux de transcrits. Cela met en lumière le rôle précédemment sous-estimé des gènes chloroplastiques dans la tolérance au froid des plantes.

Régulation translationnelle extensive dans les chloroplastes de tabac lors de l'acclimatation à basse température. (Gao et al., 2022)

La technologie du translome élargit rapidement notre compréhension du monde complexe de la traduction des gènes dans les systèmes végétaux sains et stressés. Ces avancées dans la recherche ouvrent de nouvelles voies pour le développement de cultures résilientes et approfondissent notre compréhension de la biologie végétale au niveau moléculaire.

Références :

1. Reynoso, Mauricio A., et al. "Les réseaux de régulation génique façonnent la plasticité développementale des types cellulaires racinaires sous des extrêmes d'eau dans le riz." Developmental Cell 57.9 (2022) : 1177-1192.
2. Cook, Georgia M., et al. "Le profilage des ribosomes du virus du syndrome reproducteur et respiratoire porcin révèle de nouvelles caractéristiques de l'expression génique virale." Elife 11 (2022) : e75668.
3. Chassé, Héloïse, et al. "Analyse du translatome à la transition œuf-embryon chez l'oursin." Nucleic Acids Research 46.9 (2018) : 4607-4621.
4. Gao, Yang, et al. "La régulation translationnelle des chloroplastes révèle que des gènes de photosynthèse non essentiels sont des acteurs clés dans l'acclimatation au froid des plantes." The Plant Cell 34.5 (2022) : 2056-2079.