CROC — Contrôle de la fréquence de recombinaison méiotique pour accélérer l'innovation variétales chez les espèces cultivées polyploïdes

La recombinaison méiotique est un processus clé du développement des organismes sexués, indispensable à la production de gamètes équilibrés et donc à la fertilité des espèces. De plus, elle représente un enjeu majeur en amélioration des plantes car elle permet, grâce aux crossovers (CO), de brasser la diversité génétique initialement répartie entre individus et donc d'introgresser dans les variétés élites des gènes ou traits d'intérêt d'autres variétés ou même d’autres espèces. Des efforts considérables ont donc porté sur l'identification des gènes responsables de la formation des CO chez les plantes, utilisant Arabidopsis thaliana comme principal modèle. Notre compréhension de l'architecture génétique contrôlant la recombinaison méiotique reste malgré tout incomplète, notamment parce que les conséquences de la polyploïdie (multiples copies du génome) n’ont pas été évaluées. La polyploïdie représente pourtant une des caractéristiques les plus prégnantes des espèces cultivées chez lesquelles elle fait souvent suite à une étape d’hybridation interspécifique (i.e. espèces allopolyploïdes). Pour autant, on ne sait pas quels sont les gènes qui permettent de réguler la recombinaison méiotique entre chromosomes homéologues hérités des différentes espèces parentales. On ne sait pas non plus pourquoi la fréquence de CO est augmentée de façon très significative chez certains polyploïdes, ni la généralité de cette observation. Nous nous proposons d’aborder directement ces questions en utilisant deux espèces cultivées polyploïdes, le blé (Triticum aestivum; AABBDD; 2n=42) et le colza (Brassica napus; AACC; 2n=38), comme modèles d’étude. Dans un premier temps, nous nous proposons de procéder à la caractérisation moléculaire de deux locus connus pour faire varier les fréquences de CO entre chromosomes homéologues chez le blé (locus Ph2) et le colza (PrBn). Nous chercherons à déterminer si ces locus ont pour origine des mutations non nulles révélant de nouvelles fonctions pour des gènes déjà identifiés ou au contraire si elles sont causées par des gènes encore inconnus. En parallèle de la stratégie de clonage positionnel, cette démarche nous amènera à évaluer l’effet causal d’un gène candidat très prometteur pour Ph2 chez le Blé (TaMSH7). Cette première partie du projet nous permettra d’approfondir notre compréhension des mécanismes qui entravent les possibilités d'introgression dans le blé ou le colza de gènes d’intérêt présents chez des espèces apparentées. En parallèle, nous approfondirons notre compréhension d’un phénomène original que nous avons découvert et qui conduit à multiplier par 3 la fréquence de recombinaison dans des hybrides de Brassica. Nous chercherons à savoir si ce phénomène affecte une des voies de formation des CO (il en existe plusieurs) de façon préférentielle ; nous étudierons l’effet individuel ou en combinaison de trois chromosomes additionnels du génome C (lignées d’addition AA+C) sur la fréquence de recombinaison et sur la force de l’interférence, le phénomène qui est responsable du fait que deux CO ne se forment pas l’un à côté de l’autre au cours d’une même méiose. Nous vérifierons dans le même temps si ce phénomène est généralisable à des pentaploïdes de blé. Notre projet intègre des approches de génétique, génomique, bio-informatique, cytologie, statistique et de cytogénétique afin de mieux définir les causes de variation de la fréquence de CO chez deux espèces cultivées majeures pour l’agriculture française. Les connaissances fondamentales produites dans ce projet multidisciplinaire pourraient avoir un écho rapide en innovation variétale, un regain de variabilité génétique (produit par un surcroît de crossovers intra ou inter-espèces) étant requis pour relever les défis à venir (diversification et qualité des produits, réduction des intrants, réponse rapide au changement climatique, résistance aux maladies).