Épigénétique en écologie et évolution

Ce chapitre raconte l’histoire de l’épigénétique, depuis la nucléation de la discipline, en opposition à la génétique, jusqu’à ses inflexions moléculaires les plus récentes, dans une quête de compréhension mécanistique toujours plus fine où la frontière entre génétique et épigénétique semble disparaître.

Ce chapitre décrit les mécanismes moléculaires de l’information épigénétique : la méthylation de l’ADN, les modifications post-traductionnelles des histones (principalement méthylation et acétylation), la topologie de la chromatine, et les fonctions d’ARN régulateurs. Tous ces mécanismes illustrent la grande diversité des régulations épigénétiques impliquées dans la régulation de l’expression des génomes animaux et de plantes.

Les éléments transposables sont des séquences d’ADN capables de se déplacer dans les génomes et dont la mobilité est limitée par divers processus, incluant des mécanismes épigénétiques. Après une description des caractéristiques des éléments transposables et de leur régulation, nous présentons comment ces séquences peuvent influencer le fonctionnement des génomes, pour le pire, mais aussi pour le meilleur.

Les mécanismes de la régulation épigénétique ont été caractérisés de façon approfondie pour quelques espèces modèles. Mais est-ce que ces conclusions sont universelles ? Dans ce chapitre, nous illustrons comment la comparaison des profils épigénomiques et des gènes qui sous-tendent leur régulation ont permis de mieux comprendre l’origine des différentes composantes de la chromatine et l’évolution des voies de régulations épigénétiques, en particulier de la méthylation de l’ADN.

Ce chapitre décrit les stratégies employées pour modifier l’épigénome afin de comprendre et/ou moduler les processus biologiques associés. Deux types de stratégies sont décrites : les modifications par des molécules interagissant avec les cibles épigénétiques et l’ingénierie épigénétique, en particulier le système CRISPR-Cas9.

Les conditions de vie stressantes peuvent avoir un impact négatif sur les organismes vivants et déclencher des systèmes de protection tels que la fuite ou l’adaptation. Ces impacts se traduisent souvent par des modifications des marques épigénétiques qui vont modifier l’expression des gènes et donc moduler le fonctionnement des cellules. Différents exemples concrets sont décrits dans ce chapitre.

La plasticité phénotypique est définie comme la capacité pour un génotype à produire différents phénotypes dans différents environnements. Plasticité phénotypique et épigénétique sont deux concepts fréquemment confondus à tort. L’objectif de ce chapitre est donc de clarifier la notion de plasticité phénotypique, son évolution, son impact sur les processus évolutifs ainsi que ses liens avec l’épigénétique.

Les changements globaux engendrent une perturbation des écosystèmes d’une ampleur inédite. Dans ce cadre, la conservation, la restauration et la gestion durable des ressources et des milieux sont devenus des enjeux majeurs à leur résilience, nécessitant des connaissances scientifiques approfondies pour comprendre et prédire les réponses des écosystèmes. Ce chapitre examine les écosystèmes forestiers, en particulier la capacité d’adaptation des arbres en explorant les processus épigénétiques et leurs applications dans le domaine forestier.

La durabilité des productions agricoles passe par une adaptation des nouvelles variétés aux changements climatiques et culturaux. Pour améliorer la capacité adaptative des variétés actuelles dans des conditions pédo-climatiques fluctuantes, et augmenter la diversité cultivée, l'épigénétique a un rôle à jouer. Dans ce chapitre, la contribution potentielle de l’épigénétique est illustrée le long des schémas de sélection du riz et de la vigne.

L’élevage des animaux de rente doit tenir compte des enjeux environnementaux tels que le changement climatique et l'utilisation des ressources naturelles. Ce chapitre décrit comment les connaissances acquises en épigénétique offrent de nouvelles perspectives pour améliorer performance et la santé des animaux via la sélection génétique et le développement de stratégies innovantes de programmation des phénotypes.

Ce chapitre explore comment l’information épigénétique pourrait être intégrée dans la compréhension de l’évolution. L’épigénétique peut à la fois influencer l’expression génétique et les caractéristiques phénotypiques, et représente également une information qui est héritable. Elle remplit donc les conditions nécessaires pour jouer un rôle dans l’évolution en permettant une réponse rapide et flexible aux changements environnementaux. L'hérédité épigénétique peut compléter l'hérédité génétique dans un système composé de ces deux supports.

Depuis les années 2000, les médias relayent largement les avancées de la recherche en épigénétique, et leurs possibles implications pour la société. Ce chapitre explore les raisons de l’engouement de la presse pour l’épigénétique. Quels messages les journaux estiment-ils pertinents de faire passer ? Ce chapitre analyse un corpus de titres de presse publiés en langue française sur la période 2017-2021.