Les paysages à haute résolution lors de la recombinaison méiotique du riz – LANDSREC

Les échanges réciproques d'ADN entre chromosomes homologues parentaux, les cross-overs (COs), sont initiés par l'induction programmée de centaines de cassures double brin (CDB) de l'ADN par méiocyte pendant la prophase de la méiose. Notamment chez les plantes à fleurs, ces échanges restent cependant limités du fait que seul un nombre réduit de CDBs sont réparés en COs, en général 1 à 3 par paire de chromosomes homologues. De plus, les COs sont distribués de manière inégale le long des chromosomes ce qui peut limiter l'accès à des combinaisons d'allèles bénéfiques lors des croisements en amélioration des plantes. Les facteurs régulant la localisation des DSB d’une part et des CO d’autre part, identifiés chez la plante modèle Arabidopsis, sont respectivement l'accessibilité de la chromatine pour la machinerie d'induction et de prise en charge des DSB, qui comprend le complexe transestérase SPO11, et la réussite de la recherche d'homologie et de la synthèse d'ADN sur la molécule d'ADN homologue envahie. De mieux comprendre les facteurs qui influencent la recombinaison méiotique, notamment chez les grands génomes des plantes cultivées, est donc d'une importance capitale, tant du point de vue fondamental qu'appliqué. Le projet LANDSREC rassemble des partenaires apportant leur expertise en biologie cellulaire, épigénétique, génétique et bioinformatique afin de fournir aux généticiens et aux sélectionneurs une vue d'ensemble des différents paysages génomiques en interaction régulant la production de descendances recombinantes chez le riz asiatique (Oryza sativa L.), un génome modèle de plante et une culture d'une importance cruciale pour la sécurité alimentaire. Dans ce but, LANDSREC utilisera un génome hybride inter-subspécifique indica/japonica particulièrement bien adapté et caractérisé pour cette étude et représentant une diversité de situations de variations épigénomiques, structurelles et nucléotidiques, pour établir pour la première fois : i. le paysage épigénomique (méthylation de l'ADN, modifications des histones et dépôt de variants, structures en R-loop) dans les sacs de méiocytes mâles purs isolés en prophase de la méiose, qui sera comparé à celui des tissus somatiques (WP1) ; ii. le paysage des CDBs à haute résolution, résultant du séquençage d'oligonucléotides restant liés de manière covalente à SPO11 (WP2) ; iii. le paysage de la recombinaison (COs) à haute résolution établi à partir de données de séquences déjà disponibles de 2,000 plantes F2 (WP3) ; iv. un modèle prédictif basé sur les dissimilitudes structurelles et de séquences entre les parents permettant d'établir l'influence de ces variations sur le succès de la réparation de la CDB en CO dans une région chromosomique donnée et de tester plus avant sa validité sur d'autres types de matériel végétal (population F2 mutante hyper-recombinante recq4 et populations de lignées recombinantes de Nested Association Mapping)(WP3) v. un outil de visualisation de la probablité de CO basé sur ce modèle prédictif et intégré dans un navigateur génomique existant, le rice genome hub, qui affichera également toutes les informations de séquences de LANDSREC (WP4). Pour conclure, LANDSREC abordera les questions cruciales suivantes : i. quels facteurs épigénomiques spécifiques au contexte de la prophase de la méiose influencent la localisation des HS des CDB ; ii. dans quelle mesure les HS des DSB sont corrélés aux HS des CO ; iii. dans quelle mesure les variations structurelles et de séquences nucléotidiques inter-parentales influencent la réparation des DSB dans les CO. iv. est-il possible de construire un modèle prédictif de l'occurrence de CO dans un génome hybride uniquement basé sur les variations structurales et nucléotidique inter-parentales et fournissant éventuellement aux généticiens et aux sélectionneurs une probabilité d'obtenir des recombinants dans une région chromosomique dans n'importe quelle combinaison hybride, à condition que leurs parents soient séquencés.