Les mécanismes de formation de l'aérenchyme ne sont pas connus, en particulier les gènes impliqués dans leur mise en place. Leur identification permettrait de comprendre comment ces mécanismes d’adaptation à la submergence, présents chez de nombreuses espèces de plantes à fleurs, se mettent en place. Cela ouvrirait également la possibilité de développer de nouvelles espèces de céréales tolérantes à la submergence. Le riz est le modèle parfait pour identifier les gènes qui sont naturellement présents dans cette espèce. La formation des aérenchymes résulte probablement de la coopération entre de nombreux régulateurs (facteurs de transcription, kinases, peptides) et effecteurs (enzymes, protéines de structure) qui sont spécifiquement exprimés dans le cortex. Cette complexité rend difficile l'identification par une simple approche transcriptomique du ou des régulateurs clés dans la formation de ces aérenchymes car c'est le réseau de gènes dans son ensemble qui est responsable de la transition du cortex vers l'aérenchyme et non un gène unique. Cette complexité justifie le développement d'une approche innovante de biologie des systèmes dans le cadre du projet  ANR GREENER.

WP1:  Apprentissage automatique, analyse visuelle et automatisation des analyses de réseaux de gènes

Objectifs généraux : nous proposons de rationaliser la "biologie des réseaux de régulation" à travers un cycle computationnel composé de trois "blocs" de construction : l'inférence ou construction des réseaux (avec apprentissage de données), l'interrogation (analyse visuelle-simulation) et l'intervention (conception-test) en utiliant des données expérimentales. L’Inférence de réseau : permet de définir des hypothèses à partir de données d’expression. Interrogation de réseaux : consiste à visualiser et analyser les modèles les plus importants en termes de structure en y associant les données expérimentales multidimensionnelles (tabulaires) des éléments du réseau, puis faire des prédictions sur le comportement du système dans son entier. Intervention sur le réseau : concevoir des circuits de régulation et sélectionner les expériences biologiques les plus pertinentes (identifier les régulateurs clefs de la formation des aérenchymes). Puis à partir des nouvelles données expérimentales, de repartir dans un nouveau cycle.

Objectifs généraux : Valider et caractériser les facteurs de transcription (TF) candidats pour la différenciation des cellules racinaires en utilisant en cellules isolées, une technologie dérivée de CAS9, puis réaliser l'analyse fonctionnelle du/des candidat(s) le(s) plus prometteur(s) in planta.  Un système synthétique de contrôle du réseau de gènes, dérivé de la technologie CAS9 sera développé. Cette technologie est basée sur l'utilisation d'un ou plusieurs ARN guides, d'une dCas9 et de modules de liaison-effecteurs. Les candidats TF du WP1 seront testés pour leur capacité seuls ou en combinaison à induire la différenciation cellulaire des aérenchymes, en analysant par ddRTPCR les cibles primaires induites ou supprimées. Ces données seront injectées dans les algorithmes d'apprentissage et par des outils d'annotation interactifs qui ont été développés (WP1). Nous analyserons la fonction in planta de 2-3 TF candidats, impliqués dans la différenciation des aérenchymes. Des lignées de perte de fonction seront générées par CRISPR/CAS9, des lignées de surexpression et des lignées de promoteurs : GFP et des lignes de promoteur : TF : GPF seront également établies pour confirmer le profil d'expression et le mode d'action du TF non-cellulaire et cellulaire-autonome. 

L'ensemble des outils développés seront suffisamment génériques pour être utilisés pour explorer d'autres réseaux de gènes dans toutes les plantes modèles et cultivées, par exemple pour explorer et valider de nouvelles voies métaboliques.