Etude de la réponse à la déficience en zinc dans les racines d'Arabidopsis thaliana à l'aide du single-cell RNA-Seq

Abstract

Le zinc (Zn) est un micronutriment nécessaire à la vie, tant par son rôle de cofacteur enzymatique que structural. Bien que plusieurs acteurs moléculaires aient été identifiés comme jouant un rôle central dans l’homéostasie du Zn, leur localisation précise au niveau tissulaire reste inconnue pour la plupart. De plus, il a été suggéré que la réponse transcriptionnelle à la déficience en Zn était différente entre la pointe racinaire (RT) et le reste du système racinaire (RR). L’objectif de ce mémoire était d’étudier la réponse à la déficience en Zn dans les racines de l’espèce modèle Arabidopsis thaliana à l’aide du single-cell RNA-seq (scRNA-seq), une technique permettant la détection et la quantification de transcrits à l’échelle cellulaire. Cet objectif comprend l’analyse d’échantillons RT et RR obtenus en conditions contrôle et de déficience en Zn via des outils spécifiques à l’analyse de données scRNA-seq et l’étude de la réponse à la déficience en Zn au sein du RT et du RR à l’échelle tissulaire. L’analyse scRNA-seq a montré que la plupart des échantillons étaient de bonne qualité, et que le filtrage des cellules en apoptose ou présentant trop peu de transcrits a laissé un nombre de cellules suffisant pour la suite de l’analyse. L’annotation des cellules, permettant l’assignation des cellules à un type cellulaire, s’est révélée être l’étape la plus complexe, car elle devait se réaliser manuellement et demandait une bonne compréhension du développement de la racine d’A. thaliana. La plupart des tissus de la racine ont été identifiés dans les échantillons RT et RR, bien que certaines populations de cellules suggérées comme faisant partie de la formation des racines latérales de l’échantillon RR n’aient pas pu être assignées à un type cellulaire précis. La réponse à la déficience en Zn au niveau tissulaire a ensuite été étudiée en déterminant, d’une part, le profil d’expression de gènes codants pour des acteurs moléculaires jouant un rôle dans l’homéostasie des métaux au sein de la racine et, d’autre part, en réalisant une étude des gènes différentiellement exprimés (DEGs) entre le RT et le RR de racines ayant poussé en condition contrôle ou en déficience en Zn. Le RR comprenait plus de DEGs que le RT. Les DEGs du RT et du RR comprenaient ZIP3, ZIP4, ZIP5, ZIP9, NAS2, NAS4 et MTP2, des gènes connus pour être induits en déficience en Zn. Leurs profils d’expression semblaient également concorder avec la littérature. L’enrichissement des termes GO a souligné la différence de réponse entre les différents tissus du RT et du RR, notamment dans des réponses liées aux ions et à un stress oxydatif. Ces résultats préliminaires permettent de valider la technique d’annotation des cellules utilisée dans ce mémoire. Une analyse plus approfondie des DEGs permettrait de déceler de nouveaux gènes jouant un rôle dans la déficience en Zn, ainsi que leur expression au sein des différents tissus du RT et du RR.