Towards a functional characterization of meiotic recombination in rapeseed : analysis of the meiotic transcriptome and hyper-recombinant mutants

par Aurélien Blary

Thèse de doctorat en Biologie

Sous la direction de Eric Jenczewski.

Soutenue le 20-12-2016

à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Sciences du Végétal : du gène à l'écosystème (2015-.... ; Orsay, Essonne) , en partenariat avec Institut Jean-Pierre Bourgin (Versailles) (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement opérateur d'inscription) .

Le président du jury était Jacqui Shykoff.

Le jury était composé de Eric Jenczewski, Jacqui Shykoff, Jacques David, Philippe Lashermes, Pierre Sourdille, Ed Byrne.

Les rapporteurs étaient Jacques David, Philippe Lashermes.

  • Titre traduit

    Vers une caractérisation fonctionnelle de la recombinaison méiotique chez le colza : analyse du transcriptome méiotique et de mutants hyper-recombinants


  • Résumé

    La recombinaison méiotique produite par les Crossing Overs (COs) est un facteur limitant pour l’efficacité de la sélection variétale. Une possibilité pour produire des plantes hyper-recombinantes serait d’exploiter la variabilité intraspécifique pour les fréquences de recombinaison. L’identification des polymorphismes causaux, liés à la séquence ou l’expression, représente un travail de longue haleine. Une approche alternative serait de produire des mutants pour des régulateurs négatifs des fréquences de recombinaison. Chez le colza, jeune allotétraploïde (AACC, 2n=38), il est possible de jouer sur ces 2 approches. Dans un premier temps j’ai cherché à vérifier dans quelle mesure pouvait varier le transcriptome méiotique entre 2 variétés ayant servi à cartographier un QTL pour le contrôle de la recombinaison entre chromosome homoéologues (hérités des génomes parentaux). Ce transcriptome méiotique s’est révélé de façon inattendue très variable ; les principales sources de cette variation étant notamment la nature du génome (A ou C) ainsi que l’effet variété. J’ai montré que les HEs (le remplacement d’une région chromosomique par la duplication de la région homoéologue) contribuent de façon importante aux différences d’expression observées à la fois entre variétés ou au sein d’un même génotype. Dans un second temps, j’ai vérifié que FANCM décrit chez Arabidopis thaliana comme un régulateur négatif pour les fréquences de recombinaison avait bien la même fonction chez les Brassica. Chez Brassica rapa j’ai vérifié qu’un mutant fancm complémente comme attendu un mutant déficient pour la voie majoritaire de formation des COs. Chez Brassica napus j’ai observé une faible augmentation à la fois des fréquences de recombinaison entre chromosomes homologues et homoéologues. Ce travail souligne l’importance de la caractérisation des HEs chez les allopolyploïdes. Au-delà de leurs impacts sur le contenu et l’expression génique, les HEs ont très certainement des conséquences phénotypiques. Cette étude présente aussi un exemple de biologie translationnelle pour un trait important en amélioration des plantes.


  • Résumé

    Meiotic recombination driven by Crossing-Over (CO) is a limiting factor for the efficiency of plant breeding. One way to produce hyper-recombinant plants is to use the existing interspecific variability for recombination frequencies. Identification of the causal polymorphisms, either link to gene sequence or expression, represents a long-term endeavour. Another possibility is to mutate anti-meiotic CO genes. In rapeseed, a young allotetraploid species (AACC, 2n=38), both of these approaches are possible. First I wanted to check how much varies the meiotic transcriptome between 2 varieties that differ in term of recombination between homoeologous chromosomes (inherited from parental genomes). Unexpectedly, the meiotic transcriptome turned out to be very variable, the main source of this variation being notably the origin of the genome (A or C) and the variety. I also showed that homoeologous exchanges (HEs; the replacement of one chromosomal region with a duplicate of the homeologous region) contributed to this variation and led to large changes in expression both between and within varieties. Then I assessed whether FANCM, an anti-CO protein identified in Arabidopis thaliana had the same function in the Brassica genus. In Brassica rapa, a fancm mutant complements as expected a meiosis mutant defective in the main formation pathway for the formation of meiotic COs. In Brassica napus, I observed a slight increase in both homologous and homoeologous recombination frequencies. This work emphasizes the importance of characterizing HEs in allopolyploids species. Beyond their impact on gene content and expression, HEs most have likely phenotypic consequences. This study also presents an example of translational biology for an important trait in crop breeding.


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