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Dernière mise à jour : Mai 2018

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UMR GDEC

UMR 1095 Génétique Diversité et Ecophysiologie des Céréales

1. Etude de la recombinaison homologue

Pierre Sourdille (coordinateur) - M. Ranoux, L. Georges, M-C. Debote, A. Loussert
  • Enjeux socio-économiques et scientifiques de l’étude de la recombinaison chez le blé tendre

Le blé tendre (Triticum aestivum L.) est l’une des trois espèces de céréales majeures avec le riz et le maïs. Il est une source d’alimentation essentielle pour plus d’un tiers de la population mondiale. Depuis ces dernières années, les besoins n’ont fait que s’accroître alors que les contraintes environnementales et économiques sont devenues de plus en plus strictes. Il est devenu impératif d’améliorer la production en développant de nouvelles variétés mieux adaptées et plus productives. La sélection variétale implique les croisements de variétés présentant les caractères les plus favorables et le choix des descendants ayant combiné les meilleurs allèles des gènes impliqués dans l’expression de ces caractères. Cette combinaison d’allèles se fait au moment de la formation des gamètes mâles ou femelles lors d’un processus appelé méiose au cours duquel les gènes portés par les chromosomes sont brassés. Ce brassage génétique se fait par un phénomène appelé recombinaison méiotique impliquant de nombreux gènes et qui reste encore très mal connu chez le blé tendre. L’enjeu est donc de mieux comprendre ce processus afin d’améliorer la recombinaison chez le blé et de développer plus rapidement des variétés originales répondant aux besoins économiques des prochaines années.

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cytogenetics
  • Résultats majeurs de l’équipe

L’étude de la recombinaison peut être abordée selon deux aspects qui constituent les deux grands axes de recherche de l’équipe : un aspect structural et un autre fonctionnel. L’aspect structural consiste à analyser la distribution de la recombinaison méiotique (ou crossing over, CO) le long des chromosomes et à essayer de corréler cette distribution à des caractéristiques particulières de la séquence ou à des facteurs pouvant jouer un rôle sur cette distribution. Dans ce cadre là, nous avons récemment conduit des études tirant profit du développement de la carte physique du chromosome 3B et de l’assignation d’un grand nombre de marqueurs aux bins de délétion du chromosome (Paux et al (2008) Science 322 : 101-104) qui nous ont permis d’analyser finement sa distribution le long d’un chromosome (le chromosome 3B), de comparer la recombinaison entre mâle et femelle, d’évaluer l’interférence entre crossing-over, de déterminer les relations entre son intensité et la présence de gènes et d’identifier un point de chaud de recombinaison ainsi que de caractériser un évènement de conversion génique (Saintenac et al, 2008 http://hdl.handle.net/2123/3363, Saintenac et al, 2009 Genetics 181: 393-403, Saintenac et al, 2010, Chromosoma DOI: 10.1007/s00412-010-0302-9). L’aspect fonctionnel est orienté vers une meilleure compréhension de l’évolution et de l’expression des gènes impliqués dans la recombinaison. Dans le cadre d’un stage de Master II (Matthieu CHICARD) nous avons commencé l’étude de l’évolution de quatre gènes de la famille Rad51 impliqués dans le processus de recombinaison (Rad51, Rad51B, Rad51C, Xrcc3).

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a. Distribution des évènements de CO le long du chromosome 3B
b. Influence du sexe sur la recombinaison
c. Influence de l’interférence sur la recombinaison
d. Influence du contenu de la séquence sur la recombinaison
e. Résultats préliminaires sur la famille Rad51

1. Aspect structural de la recombinaison : distribution des évènements de CO et impact des caractéristiques de la séquence

En dépit des résultats obtenus jusqu’à présent, de nombreuses choses restent à élucider concernant la distribution des évènements de recombinaison chez le blé tendre et en particulier sur les facteurs impactant cette distribution. La séquence du chromosome 3B qui sera générée dans le cadre du projet 3B-SEQ va permettre d’aborder la distribution des évènements de crossing over (CO) à un niveau jamais atteint chez le blé tendre. Nous pourrons développer un grand nombre de marqueurs (SSR et ISBP) distribués de façon homogène et régulière le long du chromosome, en couvrant aussi bien les parties télomériques que centromériques, et les régions euchromatiques ou hétérochromatiques. Il sera ainsi possible d’identifier avec une meilleure précision les régions montrant des taux de recombinaison plus élevés et de les comparer. Cela rendra possible la recherche de corrélations avec des caractéristiques particulières de la séquence telles que la présence de gènes ou d’éléments transposables, le contenu en GC, ou des motifs spécifiques. En particulier, nous nous attacherons aux marques épigénétiques conférant des structures particulières à l’ADN (condensation, méthylation des histones) et aux relations qui peuvent exister avec l’expression des gènes.

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a. Impact de la séquence sur la recombinaison
b. Analyse comparative de la recombinaison sur les génomes homéologues
c. Analyse comparative du gradient de recombinaison dans d’autres contextes de ploïdie
d. Analyse de l’impact de la recombinaison sur le taux de GC
e. Etude cytogénétique de la recombinaison

2. Aspect fonctionnel de la recombinaison : caractérisation des gènes impliqués dans la recombinaison
L’analyse approfondie de la structure, de la fonction, de l’expression, de l’évolution et de la diversité des gènes impliqués dans la recombinaison a été entreprise. L'objectif à long terme est de pouvoir modifier le taux de recombinaison chez le blé, en particulier dans les régions centromériques, afin d'augmenter les capacités de brassage génétique et avoir accès à une diversité sous exploitée à l'heure actuelle. Dans le cadre d’un projet innovant (POLYMERE) et d'un projet ANR blanc (DUPLIC), financés en 2010, nous débuterons l’étude de l’expression et de l’évolution de gènes connus chez l’espèce modèle A. thaliana comme étant impliqués dans la formation des CO. Nous nous attacherons plus particulièrement à l’évaluation des profils de perte ou de rétention des copies homéologues au cours de la polyploïdisation dans différents contextes de polyploïdie (2x, 4x, 6x naturels ou synthétiques) chez le blé et nous les comparerons avec ceux obtenus sur un autre polyploïde récent cultivé, le colza (coll. E. Jenczewski, INRA Versailles) L’un des objectifs est d’estimer l’évolution de ces gènes en terme de présence ou d’absence (excision des copies), d’expression (différence entre homéologues, extinction des copies) et de fonction (étude de mutants, complémentation) Nous nous intéresserons également à la diversité naturelle (coll. F. Balfourier) ou induite (mutants d’irradiation ou transgéniques, coll. Plateforme validation GDEC) de ces gènes dans des collections.

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- Introduction à l’aspect fonctionnel
- Les grandes lignes du projet DUPLIC
a. Analyse bioinformatique des gènes méiotiques
b. Profil de rétention des gènes méiotiques chez le blé
c. Analyse d’expression des gènes méiotiques
d. Analyse de la variabilité des gènes méiotiques
- Recherche d’autres gènes impliqués dans la recombinaison