CE20 - Biologie des animaux, des organismes photosynthétiques et des microorganismes

Rôle des modifications épigénétiques et transcriptomiques dans la modification des règles de la recombinaison chez des hybrides interspécifiques: modèle Brassica – STIRRER

Résumé de soumission

La recombinaison méiotique est le principal mécanisme permettant de générer une nouvelle diversité génétique à chaque génération. L’utilisation de ce processus est indispensable pour l’amélioration des espèces cultivées, et notamment pour la création de nouvelles variétés plus respectueuses de l’environnement, tout en maintenant une qualité et un rendement élevé. Toutefois, la recombinaison méiotique est très fortement régulée au niveau cellulaire, et l’introduction de caractères d’intérêt dans une variété élite peut prendre une décennie, voire ne pas fonctionner si l’allèle à introduire se trouve dans une région génomique dépourvue de recombinaison. En effet, seulement un et rarement jusqu’à trois crossovers (COs) par chromosome homologue se forment au cours de la méiose et ceux-ci ne sont pas distribués aléatoirement le long des chromosomes. Récemment, nous venons de démontrer qu’il était possible de changer naturellement et drastiquement la fréquence et la distribution des crossovers chez les Brassica (colza), via l’hybridation interspécifique et l’aneuploïdie (un génome à l’état haploïde). En croisant le colza allotétraploïde (B. napus, AACC, 2n=4x=38) avec l’une de ces espèces cultivées, le navet (B. rapa, AA, 2n=2x=20), il est possible de créer des hybrides allotriploïdes (AAC, 2n=3x=29). Ces hybrides allotriploïdes AAC présentent une augmentation d’un facteur 3.4 de leur fréquence de recombinaison, et surtout une distribution modifiée, avec la formation de crossovers dans des régions normalement « froides » pour la recombinaison (péricentromères). Cependant, les mécanismes impliqués dans cette modification de la régulation de la méiose sont totalement inconnus. Afin de mieux comprendre l’origine de ce mécanisme, nous allons dans ce projet relever deux défis majeurs. Nous allons tout d’abord déterminer l’impact du niveau de ploïdie sur la modification de la régulation de la méiose en répondant aux questions suivantes. Dans quelle mesure peut-on réduire le déséquilibre de liaison en analysant plusieurs générations successives au niveau allotriploïde ? Est-ce que cette dé(régulation) de la méiose est réversible ? A cette fin, nous avons créé des hybrides allotriploïdes AAC, via le croisement des deux variétés séquencées de B. napus (cv. Darmor) et B. rapa (cv. Chiifu). Au sein de la descendance de l’hybride allotriploïde, des individus allotriploïdes (AAC) et allotétraploïdes (AACC, identique à B. napus) peuvent se former. Pour un de ces individus allotriploïdes et allotétraploïdes, nous allons déterminer la fréquence et la distribution des crossovers en combinant des approches de cytogénétique moléculaire et de cartographie génétique. Notre hypothèse est que les chromosomes C à l’état haploïde (univalent) ont un effet trans sur la recombinaison homologue (chromosomes A). Deuxièmement, nous souhaitons déterminer si l’hybridation interspécifique et l’aneuploïdie sont à l’origine d’un choc épigénomique et transcriptomique pour l’organisme. Pour tester l’impact du niveau de ploïdie (allotriploïde vs allotétraploïde) sur les marques épigénétiques et sur la transcription, nous allons réaliser des approches de génomique comparative (BS-Seq, ChIP-Seq, RNA-Seq) à partir de méiocytes, afin d’identifier les changements qui pourraient expliquer ce faible contrôle du mécanisme de recombinaison chez les triploïdes. De plus, ces expériences vont aussi être réalisés à partir de matériel foliaire afin de déterminer si l’hybridation interspécifique et l’aneuploïdie sont à l’origine d’un choc épigénomique et transcriptomique commun à l’ensemble des tissus de l’organisme. Les résultats de ce projet apporteront de nouvelles connaissances sur le mécanisme naturel permettant de déréguler la méiose, ainsi qu’une stratégie nouvelle pour augmenter rapidement et efficacement les variétés élites de colza ainsi que la diversité de cette espèce.

Coordinateur du projet

Monsieur Mathieu Rousseau-Gueutin (Institut de Génétique Environnement et Protection des Plantes)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

IGEPP Institut de Génétique Environnement et Protection des Plantes

Aide de l'ANR 181 189 euros
Début et durée du projet scientifique : février 2020 - 36 Mois

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