Impact de l'allotriploïdie sur les motifs de crossover

La Recombinaison méiotique est un processus super important chez les espèces qui se reproduisent sexuellement. Ça aide à séparer les chromosomes correctement pendant la division cellulaire et à créer de nouvelles variations génétiques à chaque génération. Ce processus commence à un stade spécifique de la Méiose appelé prophase I, où des ruptures dans l'ADN se produisent.

Chez la plante Arabidopsis, environ 250 de ces ruptures se produisent pendant la méiose, mais seules quelques-unes, environ 10, entraînent réellement des croisements. Le reste donne des non-croisements. Les croisements peuvent être divisés en deux classes selon les protéines impliquées. La plupart des croisements, environ 70-85%, proviennent de la Classe I, qui dépend d'un groupe de protéines appelées ZMM. Ces croisements de Classe I subissent une interférence, ce qui signifie que si un croisement se produit, les autres à proximité sont moins susceptibles de se former. Les 15-30% restants des croisements proviennent de la Classe II, principalement impliquant une voie différente et ne sont pas affectés par l'interférence.

#Régulation de la recombinaison méiotique

La recombinaison méiotique est généralement bien régulée. Typiquement, il y a un croisement par paire de chromosomes homologues pour s'assurer qu'ils se séparent correctement. Rarement, plus de trois croisements se produisent dans la même paire. De plus, la répartition des croisements le long des chromosomes n'est pas uniforme et varie selon les espèces. Par exemple, chez Arabidopsis, les croisements forment une forme de "U", étant moins fréquents près du centre des chromosomes. En revanche, beaucoup d'espèces de cultures, comme le blé et le maïs, montrent une augmentation des taux de croisement en s'éloignant du centre.

Dans la plupart des espèces, environ 80% des croisements se regroupent dans seulement 25% du génome. Cette distribution inégale est liée à la structure globale de la chromatine dans le chromosome. Les croisements se produisent généralement dans des régions de chromatine ouverte, qui ont moins de nucléosomes et moins de méthylation de l'ADN, tandis qu'ils sont réduits dans les zones près des centromères, qui sont fortement compactées et modifiées.

Il existe certaines variations dans les motifs de croisement au sein d'une espèce, influençant comment cette espèce évolue et s'adapte. Ces différences peuvent découler de variations dans des gènes méiotique spécifiques ou dépendent du sexe de l'organisme. Les recherches ont montré que la méiose des mâles et des femelles peut avoir des paysages de croisement différents, un phénomène appelé hétérochiasmie.

#Augmentation des fréquences de croisement

Ces dernières années, différentes techniques ont été développées pour augmenter le nombre de croisements pendant la méiose. Cela inclut la surexpression de gènes qui favorisent les croisements, comme HEI10, ou l'invalidation de gènes qui inhibent les croisements. Par exemple, la récente surexpression de HEI10 combinée à une invalidation d'un gène impliqué dans la structure des chromosomes a considérablement augmenté les nombres de croisements dans des régions spécifiques. Cependant, très peu d'études ont réussi à augmenter les taux de croisement près des centromères. Certains succès ont été observés en invalidant des gènes liés aux modifications épigénétiques, entraînant des changements dans la distribution des croisements près des centromères.

Un autre facteur influençant la recombinaison est le niveau de ploïdie de l'espèce. Les espèces allotétraploïdes, qui contiennent au moins deux génomes différents, montrent des taux de recombinaison accrus. Par exemple, dans certaines espèces de coton et dans le blé, des augmentations significatives de la recombinaison ont été notées, en particulier chez les hybrides avec des arrière-plans génétiques allotétraploïdes ou allotriploïdes. Dans des cultures comme Brassica, les recherches ont montré que l'ajout de triploïdie peut augmenter considérablement les fréquences de croisement par rapport aux versions diploïdes et allotétraploïdes, montrant même des variations entre la méiose mâle et femelle.

#Objectifs de la recherche

Cette étude vise à comprendre comment l'allotétraploïdie peut influencer la formation des croisements près des centromères et si ce modèle de recombinaison modifié persiste ou revient à la normale dans les générations futures. En utilisant des informations génomiques améliorées pour une espèce de Brassica spécifique, les chercheurs ont conçu des marqueurs spécifiques à deux régions péricentromériques. Ils ont examiné à la fois des hybrides allotriploïdes et allotétraploïdes pour évaluer les effets de la ploïdie sur la recombinaison dans les générations suivantes.

#Comportement méiotique dans les hybrides de Brassica

Au départ, la recherche a analysé le comportement méiotique des hybrides allotriploïdes et allotétraploïdes pendant la division cellulaire, notamment à un stade appelé métaphase I. Les hybrides ont montré des comportements attendus, les hybrides allotriploïdes ayant un ensemble de chromosomes non appariés tandis que les hybrides allotétraploïdes montraient des paires pour les deux ensembles.

La viabilité du pollen et la production de graines ont également été évaluées. L'hybride allotriploïde a montré une fertilité du pollen et un taux de graines plus bas par rapport à l'allotétraploïde. Cependant, dans la génération suivante des hybrides, une légère amélioration du comportement méiotique, de la viabilité du pollen et du taux de graines a été observée.

#Formation et distribution des croisements

Les chercheurs ont enquêté sur la formation des croisements dans ces hybrides en utilisant des techniques avancées de cartographie génétique. L'étude a révélé que les hybrides allotriploïdes avaient une fréquence de croisements significativement plus élevée par rapport à leurs homologues allotétraploïdes. Plus précisément, les croisements se produisaient beaucoup plus près des centromères chez les hybrides allotriploïdes, mettant en évidence une différence substantielle dans les modèles de recombinaison.

La recherche a confirmé que les hybrides allotriploïdes maintenaient ce modèle de recombinaison modifié au fil des générations, avec une augmentation notable de la fréquence de croisement par rapport aux générations précédentes. Cette augmentation suggère que les hybrides allotriploïdes peuvent soutenir des taux de recombinaison plus élevés au fil des générations.

#Retour à un contrôle normal des croisements

Les chercheurs ont voulu comprendre si le paysage de recombinaison altéré observé chez les hybrides allotriploïdes reviendrait à un contrôle méiotique standard dans la génération suivante après la formation d'un allotétraploïde. En surveillant la fréquence des croisements dans la progéniture allotétraploïde des hybrides allotriploïdes, ils ont observé une diminution significative des taux de croisement, indiquant un retour à des comportements méiotique plus typiques.

Cependant, il est intéressant de noter que la diminution de la fréquence des croisements n'était pas aussi profonde que prévu, suggérant que l'origine allotriploïde pourrait encore exercer des effets persistants. D'autres comparaisons des taux de recombinaison entre les hybrides de différentes générations ont renforcé cette idée, montrant que l'impact de l'allotétriploïdie pourrait aboutir à un profil unique de fréquence de recombinaison dans les générations suivantes.

#L'importance des découvertes

Les résultats uniques de cette étude ont plusieurs implications pour la science fondamentale et les pratiques agricoles. La capacité de l'allotétriploïdie à augmenter significativement la formation des croisements dans des régions ayant généralement une faible recombinaison, comme les péricentromères, démontre une méthode naturelle pour améliorer la variation génétique dans les cultures. C'est particulièrement important car ces régions abritent souvent des gènes cruciaux pour des traits ayant un impact sur l'agriculture.

De plus, l'étude présente une nouvelle méthode pour contrôler la recombinaison dans les cultures polyploïdes, suggérant que l'interploidie pourrait être exploitée pour optimiser les programmes de sélection visant à augmenter la diversité génétique. Comme beaucoup de cultures luttent contre une variation génétique limitée, les résultats soulignent le rôle potentiel de l'allotétriploïdie dans la facilitation de l'évolution et de l'adaptation.

#Conclusion

En conclusion, cette recherche met en lumière le potentiel des hybrides allotriploïdes à modifier les modèles de recombinaison méiotique, en particulier près des centromères. La capacité de maintenir et de revenir à ces modèles fournit des informations essentielles sur les processus évolutifs des espèces polyploïdes. Les implications pour les stratégies de sélection en agriculture sont considérables, suggérant que le contrôle de la recombinaison par la manipulation de la ploïdie pourrait être un outil puissant pour améliorer la diversité génétique et la résilience des cultures.