Adaptation méiotique à l’allopolyploïdie – MeioAdapt

L'allopolyploïdie, issue de l’hybridation entre espèces apparentées, est omniprésente dans l'histoire évolutive des plantes. Dès leur formation, les organismes allopolyploïdes sont confrontés au défi de la ségrégation des chromosomes pendant la méiose en raison des deux (ou plus) jeux de chromosomes apparentés non-identiques (appelés homéologues) hérités de chacun des progéniteurs. Leur fertilité dépend de la ségrégation équilibrée des chromosomes au cours de la méiose, et ceci nécessite la formation de liens physiques entre chromosomes homologues via les crossing-over. L’établissement de crossing-over entre chromosomes homéologues en revanche perturbe la ségrégation chromosomique et conduit à la production de gamètes aneuploïdes et à une baisse de la fertilité. La stabilité méiotique en contexte allopolyploïde nécessite donc un contrôle strict de la recombinaison méiotique pour empêcher la formation de crossing-over entre chromosomes homéologues, tout en assurant les crossing-over homologues. L'existence d'allopolyploïdes naturels hautement fertiles montre que des solutions ont été trouvées au cours de l'évolution, mais les mécanismes impliqués restent mal compris. L’objectif de ce projet de recherche est de mieux comprendre les processus permettant l'adaptation méiotique à l’allopolyploïdie, et en particulier les mécanismes moléculaires qui contrôlent l'appariement et la recombinaison entre chromosomes homéologues.

En utilisant la plante allotétraploïde Arabidopsis suecica comme modèle d’étude et un ensemble d'approches cytogénétiques, génomiques et épigénomiques, le projet MeioAdapt a pour ambition de répondre à trois grands objectifs :

(1) Comparer la dynamique des chromosomes méiotiques d'A. suecica naturelles (hautement fertiles et génétiquement stables) et d'A. suecica nouvellement générées (synthétiques) qui présentent une fertilité réduite et des méioses instables. Cette étude permettra de déterminer comment s’effectue le ‘tri’ des chromosomes homologues et homéologues au cours de la prophase I de méiose et de préciser les anomalies méiotiques responsables de la réduction de la fertilité des allopolyploïdes synthétiques.

(2) Identifier les facteurs contrôlant l'appariement et la recombinaison homéologues et caractériser leurs rôles au cours de la méiose. Un criblage sans a priori combiné à une approche gène-candidat permettra de déterminer quels sont les principaux régulateurs assurant la stabilité méiotique des allopolyploïdes et leur fonctions respectives.

(3) Élucider comment un contrôle efficace de la recombinaison homéologue est rapidement mis en place dans les premières générations suite à l’allopolyploïdisation. Une étude approfondie de l’évolution méiotique dans les premières générations d’A. suecica synthétiques devrait révéler les mécanismes génétiques et épigénétiques qui sous-tendent l'adaptation méiotique des allopolyploïdes nouvellement formés.

Le projet MeioAdapt apportera des informations nouvelles et fondamentales sur les processus évolutifs permettant la stabilisation méiotique des espèces allopolyploïdes et en particulier, un éclairage nouveau sur les questions de longue date concernant l'adaptation méiotique à l'allopolyploïdie. Élucider les processus qui sous-tendent la stabilisation du génome et la fertilité est essentielle pour comprendre le succès des espèces allopolyploïdes. Grâce au transfert de connaissances, le projet MeioAdapt fournira des outils pour améliorer les programmes de sélection végétale et ainsi contribuera à accélérer la production de variétés innovantes de plantes d’intérêt agronomique majeur.