Régulation de la recombinaison homologue

Coordinateurs : Anne-Marie Chèvre et Mathieu Rousseau-Gueutin

Contacts : anne-marie.chevre@inrae.fr; mathieu.rousseau-gueutin@inrae.fr

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Contexte et Problématiques

La recombinaison méiotique est le principal mécanisme utilisé par les sélectionneurs pour brasser la diversité génétique et introduire des gènes d’intérêt dans les variétés. Cependant, ce mécanisme est fortement contrôlé, avec au minimum un et rarement plus de trois crossovers (COs) par chromosomes homologues. Ces crossovers ne sont pas distribués de façon aléatoire le long des chromosomes (principalement dans les régions distales des chromosomes). Ce contrôle strict de la recombinaison complique i) l’amélioration de la diversité génétique du colza qui a été fortement érodé ces dernières décennies, ii) l’introgression ou la combinaison d’allèles d’intérêt. Ces dernières années, nous avons découvert qu’il était possible de modifier ce contrôle du profil de la recombinaison en créant des allotriploïdes de Brassica (en croisant B. napus avec l’espèce diploïde progénitrice B. rapa). A l’heure actuelle, nous essayons d’élucider le rôle des mécanismes épigénétiques (méthylation de l’ADN, modification des histones, remodelage de la chromatine) dans ce phénomène et comment ce profil unique de recombinaison peut être utilisé pour rapidement et efficacement identifié ou introduire de nouveaux gènes d’intérêt agronomique chez le colza.

 Methodologie 

• Cartographie génétique
• Cytogénétique moléculaire et immunomarquage
• (Epi)genomique/transcriptomique comparative (i.e. RNA-Seq, BS-Seq, …)
• Génétique fonctionnelle (Crispr-Cas9)

Principaux résultats

Nous avons montré que les Brassica allotriploïdes (dérivant du croisement entre B. napus AACC et B. rapa AA) présentaient un profil de recombinaison homologue modifié. En effet, de telles hybrides allotriploïdes (AAC) présentent un plus fort taux de recombinaison homologue (x3.4) qu’un hybride diploïde présentant le même génotype A. De plus, de tels hybrides allotriploïdes présentent une distribution modifiée de la recombinaison, avec la présence de crossovers (COs) dans les (péri)centromères qui sont normalement dépourvus de COs (Pelé et al. 2017). Récemment, nous avons pu vérifier que cette modification est due à l’allotriploïdie et non à la poyploïdie per se (Boideau et al. 2021). A l’heure actuelle, nous sommes en train de déterminer si ce profil modifié de recombinaison homologue observé chez les hybrides allotriploïdes peut être maintenu sur plusieurs générations ou au contraire rétabli à la normale dans la descendance (F. Boideau : doctorant ; ANR Stirrer). De plus, nous sommes en train de réaliser des analyses d’épigénomique et de transcriptomique comparative afin d’explorer le rôle potentiel de ces mécanismes dans le profil de recombinaison observé chez les allotriploïdes (Post-doc G. Richard). Enfin, nous sommes en train de créer différents mutants pour des gènes impliqués dans des mécanismes épigénétiques afin d’explorer leur rôle dans le profil de recombinaison chez les Brassica (ANR ChromCO ; post-doc de Maud Facon)

Nous avons tiré parti de cette dérégulation du contrôle de la recombinaison homologue chez les allotriploïdes de Brassica (AAC or CCA) pour créer des populations de pré-breeding (via le croisement d’une variété de B. napus avec une core-collection de diploïdes progéniteurs). Ce matériel végétal sera particulièrement utile pour améliorer la faible diversité génétique de B. napus. Il est actuellement utilisé pour faciliter l’identification et introduire des régions impliquées dans la résistance à divers stress biotiques (hernie, phoma, Sclerotinia, Verticillium)

Partenaires

• INRAE, UMR IJPB (Institut Jean-Pierre Bourgin) Versailles, France (E. Jenczewski)
• INRAE, UMR GQE (Génétique Quantitative et Evolution), Le Moulon, France (M. Falque)
• CNRS/Univ. Strasbourg IBMP (Institut de Biologie Moléculaire Végétale), Strasbourg, France (W. H. Shen)
• CEA, Genoscope, Evry, France 

Financement (5 dernières années) 

• ANR ‘ChromCo’ (2020-2024) : Rôle du remodelage de la chromatine dans la regulation des crossing overs et dans la production de graines (P.I. W. H. Shen)
• ANR ‘Stirrer’ (2019-2022): Rôle des modifications épigénétiques et transcriptomiques dans le changement des règles de la recombinaison : modèle Brassica (P.I. M. Rousseau-Gueutin)
• Région Bretagne : Salaire de Post-doc Gautier Richard (12/2019-06/2021) : Faciliter la selection du colza via des changements épigenomiques/transcriptomiques (encadrants : A-M. Chèvre et M. Rousseau-Gueutin)
• PIA ‘Rapsodyn’: Optimisation de la teneur et du rendement en huile chez le colza cultivé sous contrainte azotée (P.I. N. Nesi)
• INRAE département BAP ‘Recoptic’ (2019-2020) : Recombiner pour une plus grande diversité (P.I. A. M. Chèvre)
• INRAE/ région Bretagne : Salaire de thèse de F. Boideau (11/2018-02/2022) : Modifications génétiques/épigénétiques impliquées dans le changement des règles de la recombinaison chez les Brassica (encadrants : A-M. Chevre and M. Rousseau-Gueutin)
• INRAE département BAP ‘Recipe’ (2018-2019) : Impact de la polyploïdie dans l’évolution de l’épigénome des Brassica (P.I. M. Rousseau-Gueutin)
• KBBE Gewidis (2015-2017) : Exploiter la diversité à l’échelle du génome pour l’amélioration de la résistance aux maladies chez le colza (P.I. R. Delourme)
• ANR CROC (2015-2019) : Contrôle du taux de recombinaison chez les espèces polyploïdes (PI E. Jenczewski)
• INRAE Plant Breeding and Biology department ‘RecMax’ (2014-2015): (P.I. A. M. Chèvre)
• Promosol: ProBiodiv (2013-2015) : Exploitation de la biodiversité des progéniteurs pour l’amélioration du colza (P.I. A-M. Chèvre)
• Promosol : Bingo (2016-2017) : Une meilleure méthode pour introduire de la variabilité génétique chez le colza (P.I. A-M. Chèvre)

Publications (5 dernières années)

• Blary A., Gonzalo A., Eber F., Bérard A., Bergès H., Bessoltane N., Charif D., Charpentier C., Cromer L., Fourment J., Genevriez C., Le Paslier M.-C., Lodé M., Lucas M.-O., Nesi N., Lloyd A., Chèvre A. M. & Jenczewski E. (2018). FANCM Limits Meiotic Crossovers in Brassica Crops. Frontiers in Plant Science, 9(368).  https://doi.org/10.3389/fpls.2018.00368
• Boideau F, Pelé A, Tanguy C, Trotoux G, Eber F, Maillet L, Gilet M, Lodé-Taburel M, Huteau V, Morice J, Coriton O, Falentin C, Delourme R, Rousseau-Gueutin M, Chèvre AM. (2021) A Modified Meiotic Recombination in Brassica napus Largely Improves Its Breeding Efficiency. Biology.
• Nogué F., Vergne P., Chèvre A. M., Chauvin J. E., Bouchabke-Coussa O., Dejardin A., Chevreau E., Hibrand-Saint Oyant L., Mazier M., Barret P., Guiderdoni E., Sallaud C., Foucrier S., Devaux P. & Rogowsky P. M. (2019). Crop plants with improved culture and quality traits for food, feed and other uses. Transgenic Research, 28, 65-73.  https://doi.org/10.1007/s11248-019-00135-4
• Pelé A., Falque M., Trotoux G., Eber F., Nègre S., Gilet M., Huteau V., Lodé M., Jousseaume T., Dechaumet S., Morice J., Poncet C., Coriton O., Martin O. C., Rousseau-Gueutin M. & Chèvre A. M. (2017). Amplifying recombination genome-wide and reshaping crossover landscapes in Brassicas. PLoS Genetics, 13(5), e1006794.  https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1006794
• Pelé A., Trotoux G., Eber F., Lodé M., Gilet M., Deniot G., Falentin C., Nègre S., Morice J., Rousseau-Gueutin M. & Chèvre A. M. (2017). The poor lonesome A subgenome of Brassica napus var. Darmor (AACC) may not survive without its mate. New Phytologist, 213(4), 1886-1897.  https://doi.org/10.1111/nph.14147
• Pelé A., Rousseau-Gueutin M. & Chèvre A. M. (2018). Speciation Success of Polyploid Plants Closely Relates to the Regulation of Meiotic Recombination. Frontiers in Plant Science, 9, 907.  https://doi.org/10.3389/fpls.2018.00907
• Rousseau-Gueutin M., Morice J., Coriton O., Huteau V., Trotoux G., Nègre S., Falentin C., Deniot G., Gilet M., Eber F., Pelé A., Vautrin S., Fourment J., Lodé M., Bergès H. & Chèvre A. M. (2017). The Impact of Open Pollination on the Structural Evolutionary Dynamics, Meiotic Behavior and Fertility of Resynthesized Allotetraploid Brassica napus L. G3: Genes|Genomes|Genetics, 7(2), 705-717.  https://doi.org/10.1534/g3.116.036517
• Mason A. S., Rousseau-Gueutin M., Morice J., Bayer P. E., Besharat N., Cousin A., Pradhan A., Parkin I. A. P., Chèvre A. M., Batley J. & Nelson M. N. (2016). Centromere Locations in Brassica A and C Genomes Revealed Through Half-Tetrad Analysis. Genetics, 202(2), 513-523.  https://doi.org/10.1534/genetics.115.183210
• Chèvre A. M., Boideau F., Pelé A. & Rousseau-Gueutin M. (2020). Une machine à recombiner chez les Brassica. Le sélectionneur français,71, 49-57.
• Chèvre A. M., Pelé A., Paillard S. & Rousseau-Gueutin M. (2016). Re-synthèse d’espèces : l’exemple du colza. Le sélectionneur français, 67, 21-27.