Apports des approches de génomique ciblée dans l'étude des patrons d'évolution moléculaire du locus d'auto-incompatibilité dans le genre Arabidopsis

Bioinformatic analysis of the self-incompatibility locus in the genus Arabidopsis

• Auteur / Autrice : Pauline Goubet
• Direction : Vincent Castric, Xavier Vekemans
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie évolutive
• Date : Soutenance le 02/12/2011
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Villeneuve d'Ascq, Nord)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Recombinaison génétique

Génomique comparative

Stérilité chez les plantes

Arabidopsis

Mots clés libres

Auto-incompatibilité

Résumé

Chez les plantes hermaphrodites, l’auto-incompatibilité est un système génétique permettant de limiter la dépression de consanguinité par évitement de l’autofécondation et de la reproduction entre individus apparentés. Ce système est considéré en biologie évolutive comme l’un des caractères modèles d’une forme particulière de sélection naturelle, la sélection fréquence-dépendante. Chez les Brassicaceae, le système d’auto-incompatibilité est contrôlé par une région génomique appelée le locus S. Cette région comprend deux gènes fortement liés, dont un codant une protéine déposée à la surface du pollen et l’autre une protéine transmembranaire du pistil. La reconnaissance de type clé-serrure entre ces deux protéines provoque une cascade de réactions se traduisant par l’inhibition de la croissance du tube pollinique. Dans ce contexte, douze séquences comprenant le locus S ont été obtenues dans le genre Arabidopsis par le séquençage de clones BAC. Ces séquences illustrent l’intérêt des données génomiques dans l’analyse d’une région telle que le locus d’auto-incompatibilité, soumise à de fortes contraintes sélectives. Dans un premier temps, l’annotation d’une douzaine de séquences fonctionnelles chez A. lyrata et A. halleri a permis d’examiner les patrons d’évolution moléculaire du locus d’auto-incompatibilité et de ses régions flanquantes. Une seconde partie se concentre quant à elle sur la perte du système d’auto-incompatibilité chez A. thaliana, et notamment sur l’occurrence de réarrangements et d’évènements de recombinaison entre séquences non fonctionnelles. Enfin, une analyse préliminaire de la coévolution entre les protéines du pollen et du pistil a pu être réalisée.

Self-incompatibility is a common genetic system limiting inbreeding depression by preventing selfing and mating between relatives in hermaphroditic plants. This system is considered in evolutionary biology as one of the models of frequency-dependant selection, a particular type of natural selection. In the Brassicaceae family, the self-incompatibility system is controlled by a genomic region called the S-locus and comprising two tightly linked genes. The first gene encodes a ligand deposited on the pollen surface and the second its transmembrane receptor. Molecular recognition between these two proteins leads to a cascade of reactions resulting in the reject of self-pollen. If the self-incompatibility genes are becoming well understood, the diversity and dynamics of their genomic region remains poorly described. In this context, twelve genomic sequences of the region comprising the S-locus were obtained in the genus Arabidopsis through sequencing of BAC clones. These sequences highlight the relevance of genomic data in the analysis of regions under such selective constraints. First, the annotation of twelve functional sequences in A. lyrata and A. halleri allows to study the patterns of evolution of the S-locus and its flanking regions. Second, the loss of the system was investigated in A. thaliana, in particular through the occurrence of rearrangements or recombination events in non-functional sequences. Finally, a preliminary analysis of coevolution between pollen and pistil proteins was achieved.