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Recombinaison méiotique chez les polyploïdes
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Mots-clés :Arabidopsis thaliana - Physcomitrella patens- méiose - recombinaison méiotique - recombinaison mitotique- Reconnaissance des mésappariements - ciblage génique - mutants

 

Ecole(s) doctorale(s) de rattachement :ED 145 Sciences du végétal
 
Contacts :

Institut Jean-Pierre Bourgin, UMR1318 INRA-AgroParisTech
Bâtiment 7
INRA Centre de Versailles-Grignon
Route de St-Cyr (RD10)
78026 Versailles Cedex France

tél : +33 (0)1 30 83 30 00 - fax : +33 (0)1 30 83 33 19


Eric Jenczewski
Directeur de recherche

Marina Pfalz
Post-Doctorant

Marina.Pfalz@inra.fr

 

Adrian Gonzalo Sanchez
Doctorant
du 010/9/14 au 31/08/17

 

 

Anciens membres
de l'équipe

 

 

Résumé :

Il est aujourd’hui établi que toutes les angiospermes ont connu au moins et souvent plusieurs événements de polyploidie (duplication complète du génome) au cours de leur évolution. Ainsi, près de 30% des plantes à fleurs sont actuellement polyploïdes, de même que plus de 80% des principales espèces cultivées ; la plupart d’entre elles ont une origine hybride (= allopolyploïde) et présentent plusieurs jeux de chromosomes apparentés bien que partiellement divergents (appelés homéologues).
Nous cherchons à comprendre quelles sont les conséquences de ces évènements de polyploïdie sur la recombinaison méiotique. Comment est-elle régulée chez une espèce (allo-) polyploïde ? Jusqu’où les évènements passés de polyploïdie ont-ils contribué à enrichir la « boite à outils » méiotique ? Comment peut-on utiliser ces connaissances pour accélérer les programmes de sélection variétale ? Comment la recombinaison méiotique est-elle régulée chez une espèce (allo-) polyploïde ? Nous abordons ces différentes questions en utilisant le colza (Brassica napus) et ses espèces apparentées comme principal modèle d’étude.


Résultats marquants :

Jusqu’où les évènements passés de polyploïdie ont-ils contribué à enrichir la « boite à outils » méiotique ?

 
Nous avons montré que les gènes méiotiques reviennent plus rapidement que la moyenne du génome sous forme de copie unique suite à un évènement de polyploïdie (Lloyd et al., 2014). Le taux de perte de gènes dupliqués décroît dans le temps ; il est particulièrement rapide pour le sous-ensemble des gènes impliqués dans la recombinaison méiotique. Pour autant, nous n’avons trouvé aucune preuve suggérant que la présence de copies dupliquées des gènes de la recombinaison méiotique soit contre-sélectionnée chez le blé et le colza, deux jeunes espèces allopolyploïdes sélectionnées pour leur fertilité. L’élimination rapide des copies dupliquées des gènes de la recombinaison méiotique serait donc « passive », illustrant la trajectoire attendue lorsqu’il n’y a pas de pression de sélection s’opposant à la perte d’une des copies.

Figure 1 : Erosion des copies de gènes dupliqués suite à un évènement de polyploïdie chez les angiospermes

   

Comment se forment les paires de chromosomes homologues chez les espèces allopolyploïdes ?

 
La ségrégation correcte des chromosomes chez une espèce allopolyploïde impose un « tri » efficace entre chromosomes homologues, qui sont «autorisés» à former des crossovers (COs) et homéologues, qui sont hérités des espèces progénitrices et entre lesquels les COs ne doivent pas se former. Nous avons montré que ce tri est effectif très tôt au cours de la méiose du colza, en dépit de la très grande similitude que partagent les homéologues de cette espèce ; il s’ajuste chez les plantes allohaploïdes (AC) chez lesquels la formation de COs entre homéologues est prédominante (Grandont et al., 2014). Chez le colza, le choix des partenaires autorisés à former des COs dépend donc du contexte !

Figure 2 : Tri effectif des chromosomes homologues vs homoeologues au cours de la méiose de B. napus (coll avec N. Cuñado; Univ. Complutense Madrid)

   


Comment la recombinaison méiotique est-elle régulée chez une espèce (allo-) polyploïde ?

 

Mieux maîtriser la formation et la fréquence des COs est un enjeu central pour l’amélioration des plantes, qui permettrait de créer plus rapidement de nouvelles combinaisons alléliques en brassant la diversité génétique présente au sein des variétés cultivées et/ou de leurs apparentées. En collaborant avec le groupe d’AM Chèvre (IGEPP), nous avons montré que le nombre de COs augmente avec le niveau de ploïdie (2x comparé à 4x), l’augmentation la plus significative étant observée chez des hybrides triploïdes (AAC) de Brassica chez lesquels les distances génétiques sont multipliées au moins par 4 (Leflon et al., 2010). A ce jour, ce phénomène mystérieux, qui résulte principalement de l’addition de certains chromosomes C (Suay et al., 2014), n’a pas d’autre équivalent sur les fréquences de COs que l’inactivation des protéines antiCO chez Arabidopsis thaliana (Crismani et al., 2012 ; Girard et al., 2015 ; Seguela et al., 2015).

Figure 3 : Augmentation de la fréquence de recombinaison chez des hybrides allotriploïdes

   


 

Publications représentatives :

Grandont, L., Cunado, N., Coriton, O., Huteau, V., Eber, F., Chevre, A.M., Grelon, M., Chelysheva, L. and Jenczewski, E. (2014) Homoeologous Chromosome Sorting and Progression of Meiotic Recombination in Brassica napus: Ploidy Does Matter! The Plant cell, 26, 1448-1463 (Abstract)

Grandont, L., Jenczewski, E. and Lloyd, A. (2013) Meiosis and its deviations in polyploid plants. Cytogenetic and genome research, 140, 171-184.

Lloyd, A.H., Ranoux, M., Vautrin, S., Glover, N., Fourment, J., Charif, D., Choulet, F., Lassalle, G., Marande, W., Tran, J., Granier, F., Pingault, L., Remay, A., Marquis, C., Belcram, H., Chalhoub, B., Feuillet, C., Berges, H., Sourdille, P. and Jenczewski, E. (2014) Meiotic gene evolution: can you teach a new dog new tricks? Mol Biol Evol, 31, 1724-1727 (PubMed)

Jenczewski, E. (2013) Evolution: he who grabs too much loses all. Curr Biol, 23, R961-963 (pdf)

Nicolas, S.D., Monod, H., Eber, F., Chevre, A.M. and Jenczewski, E. (2012) Non-random distribution of extensive chromosome rearrangements in Brassica napus depends on genome organization. Plant J, 70, 691-703 ( pdf)

M. Cifuentes, F. Eber, M.O. Lucas, M. Lode, AM Chèvre and E. Jenczewski (2010) Repeated polyploidy drove different levels of crossover suppression between homeologous chromosomes in Brassica napus allohaploids. The Plant Cell 22: 2265-2276 (pdf)

M. Leflon, Grandont, F. Eber, V. Huteau, O. Coriton, L. Chelysheva, Jenczewski E and AM Chèvre (2010) Crossovers get a boost in Brassica allotriploid and allotetraploid hybrids The Plant Cell 22: 2253-2264 (Full text)

M. Cifuentes, L. Grandont, G. Moore, AM Chèvre and Eric Jenczewski (2010) Genetic regulation of meiosis in polyploid species: new insights into an old question. The New Phytologist 186(1):29-36

E. Szadkowski, F. Eber, V. Huteau, O. Coriton, M. Manzanares-Dauleux, R. Delourme, C. Huneau, B. Chalhoub, E. Jenczewski and AM. Chèvre (2010) The first meiosis in newly synthesized Brassica napus: a genome blender? The New Phytologist 186(1):102-112

S. Nicolas, M. Leflon, H. Monod, F. Eber, O. Coriton, V. Huteau, A.-M. Chèvre et E. Jenczewski (2009) Genetic regulation of meiotic crossovers between related genomes in Brassica napus haploids and hybrids. The Plant Cell 21: 373-385

Pouilly N., R. Delourme, K. Alix and E. Jenczewski (2008) Repetitive sequence-derived markers tag centromeres and telomeres and provide insights into chromosome evolution in Brassica napus. Chromosome Research 16: 686-700.

S. Nicolas, G. LeMignon, F. Eber, O. Coriton, H. Monod, V. Clouet, V. Huteau, A. Lostanlen, R. Delourme, B. Chalhoub, C. D. Ryder, A.-M. Chèvre et E. Jenczewski (2007) Homeologous recombination is responsible for most of the rearrangements that occur during meiosis of Brassica napus haploids. Genetics. 175: 487-503

Z. Liu, K. Adamczyk, M. Manzanares-Dauleux, F. Eber, M.-O. Lucas, R. Delourme, A.-M. Chèvre et E. Jenczewski (2006) Mapping PrBn and Other Quantitative Trait Loci Responsible for the Control of Homoeologous Chromosome Pairing in Oilseed Rape (Brassica napus L.) Haploids. Genetics. 174(3):1583-96

W. Albertin, P. Brabant, O. Catrive, F. Eber, E. Jenczewski, A.M. Chèvre et H. Thiellement (2005) Autopolyploidy in cabbage (Brassica oleracea L.) does not alter significantly the proteomes of green tissues. Proteomics 5: 2131-2139

E. Jenczewski et K. Alix. (2004) From diploids to allopolyploids: the emergence of pairing control genes. Critical Reviews in Plant Sciences 23(1): 21-45

E. Jenczewski, F. Eber, A. Grimaud, S. Huet, M.O. Lucas, H. Monod et A.M. Chèvre (2003) PrBn: a major gene controlling homoeologous pairing in oilseed rape (Brassica napus) dihaploids. Genetics 164: 645-654.


Pour en savoir plus: équipe méiose et recombinaison

 

 

  

 


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