Etude de la distribution des événements de recombinaison méiotique chez arabidopsis thaliana

par Jan Drouaud

Thèse de doctorat en Sciences biologiques. Sciences du végétal

Sous la direction de Christine Mézard.

Soutenue en 2010

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des Sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .


  • Résumé

    La recombinaison homologue méiotique contribue à la création de diversité génétique. Elle assure en outre un rôle mécanique essentiel dans les processus d’appariement puis de ségrégation des chromosomes homologues au cours de la première division de méiose. Elle engendre deux types d’évènements : les crossovers (CO), qui s’accompagnent d’un échange de segments de chromosomes homologues, et les non-crossovers (NCO) ou conversions géniques, qui aboutissent à un échange local et non réciproque d’information génétique. Les mécanismes cellulaires et moléculaires a�� l’œuvre dans la recombinaison homologue méiotique sont activement étudiés. Cependant, le déterminisme de la localisation chromosomique des CO et des NCO est encore mal compris. Notamment, le phénomène d’interférence des CO, qui régule le nombre et la position relative de la majorité des CO, est notoirement difficile à caractériser, et les processus biologiques sous-jacents sont totalement inconnus. Par ailleurs, les évènements de recombinaison méiotique sont localement regroupés dans des zones de petite taille (quelques kilobases) dénommées « points chauds », dont la position et l’activité sont contrôlées par des mécanismes non élucidés chez les plantes. L’objectif de la thèse consiste à étudier la distribution des évènements de recombinaison méiotique chez Arabidopsis thaliana. Cette question a tout d’abord été considérée à l’échelle d’un chromosome entier. Afin d’étudier séparément la recombinaison dans chaque sexe, deux populations de 1400 individus ont été construites par rétrocroisement d’un hybride F1 ColxLer, utilisé comme parent mâle ou femelle. Des cartes de distribution de CO ont ensuite été dressées en génotypant les populations à 43 marqueurs répartis sur toute la longueur du chromosome 4. Les deux cartes sont très dissemblables aux extrémités du chromosome où les CO de la méiose mâle sont plus fréquents. Une analyse de coïncidence des CO dans la méiose mâle a permis de montrer que l’intensité de l’interférence n’est pas constante le long du chromosome dans une métrique génétique, et qu’elle varie avec la distance physique séparant les CO. Par ailleurs, la distribution des évènements de recombinaison méiotique a été caractérisée localement, au niveau du point chaud 130x situé sur le bras court du chromosome 4. Dans un type sauvage (WT), 167 CO ont été cartographiés au sein d’un intervalle de 8 kb. Leur fréquence globale atteint 0,3 cM. Leur distribution est assez irrégulière et présente un pic où la densité de CO s’élève à 65 cM/Mb (14 fois la moyenne du chromosome). Des évènements de NCO ont également été détectés au centre du point chaud 130x, à une fréquence 16 fois inférieure aux CO. Dans un mutant Atmsh4 (déficient en CO interférents) la distribution des CO au point chaud 130x est modifiée, et leur taux est abaissé à 5,2 % de celui du WT. Par contre, la fréquence des NCO est égale à 18 % de celle du WT. Cela suggère un rôle inattendu de la protéine AtMSH4 dans la formation ou la stabilisation des intermédiaires précoces de recombinaison méiotique.

  • Titre traduit

    Study of meiotic recombination events distribution in Arabidopsis thaliana


  • Résumé

    Meiotic recombination contributes to the creation of genetic diversity. It also plays an essential mechanical role in the processes of pairing and segregation of homologous chromosomes during the first division of meiosis. It generates two types of events: crossovers (CO), which are accompanied by an exchange of homologous chromosome segments, and non-crossovers (NCO) or gene conversions, leading to a local and non-reciprocal exchange of genetic information. The cellular and molecular mechanisms at work in meiotic homologous recombination are actively studied. However, the determinism of the chromosomal location of CO and NCO is still poorly understood. Notably, the phenomenon of CO interference, which regulates the number and relative position of the majority of CO, is notoriously difficult to characterize, and underlying biological processes are unknown. Moreover, the events of meiotic recombination are locally clustered in small areas (a few kilobases), known as "hotspots", whose position and activity are controlled by mechanisms not understood in plants. The aim of the thesis is to study the distribution of meiotic recombination events in Arabidopsis thaliana. This question has been first considered at the scale of a whole chromosome. To examine separately the recombination in each sex, two populations of 1400 plants were built by backcrossing a ColxLer F1 hybrid, used as a male or female parent. CO distribution maps were then set up by genotyping populations to 43 markers distributed over the entire length of chromosome 4. Both maps are very dissimilar at chromosome ends, where CO are most frequent in male meiosis. An analysis of CO coincidence in male meiosis showed that the intensity of interference is not constant along the chromosome in a genetic metric, and that it varies with the physical distance separating CO. Moreover, the distribution of meiotic recombination events has been characterized locally, at the 130x hotspot, which is located on the short arm of chromosome 4. In wild type (WT), 167 CO have been mapped within an interval of 8 kb. Their overall frequency reaches 0. 3 cM. Their distribution is quite irregular and displays a peak where CO density reaches 65 cM/Mb (14 times the chromosome average). NCO events have also been detected at the center of the 130x hotspot at a frequency 16 times lower than CO. In an Atmsh4 mutant (which is deficient for interfering CO), the CO distribution at the 130x hotspot is modified, and their rate is lowered to 5. 2 % of that of WT. On the other hand, the NCO frequency is equal to 18% of that of WT. This suggests an unexpected role for the AtMSH4 protein in the formation or stabilization of early intermediates of meiotic recombination.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (185 f., pagination double f.113-145)
  • Annexes : Bibliogr. f. 146-175

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  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2010)94
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