La protéine AXR1, un acteur important contrôlant la localisation des échanges entre chromosomes lors de la formation des gamètes chez Arabidopsis thaliana

Les crossovers (COs) méiotiques (échange réciproque de fragments de chromosomes) sont un outil essentiel pour réassocier des caractères génétiques. Cet outil est utilisé par les sélectionneurs pour développer et améliorer des variétés de plantes. Le nombre et la position des crossovers le long des chromosomes est finement régulé. L’équipe MeioMe cherche à élucider les mécanismes qui sont responsables de ces contrôles en utilisant la plante modèle Arabidopsis thaliana. Leurs travaux ont montrés que la protéine de neddylation AXR1 contrôlait probablement de manière indirecte la position des crossovers sur le génôme.

Lors de la méiose les crossovers sont indispensables pour produire des spores haploides puis des gamètes viables. De plus les crossovers permettent de réassocier les caractères génétiques. Le nombre et la localisation des COs le long des chromosomes sont finement régulés. Leur mauvaise localisation ou leur absence conduit à la formation de gamètes aneuploïdes non viables (stérilité) ou avec des conséquences sur les descendants (trisomie 21, syndrôme de Klinefelter).

L’équipe MeioMe en collaboration a identifié la protéine AXR1 comme étant un acteur important contrôlant la localisation des COs chez Arabidopsis thaliana. Cette protéine contrôle une voie de modification post-traductionnelle des protéines (neddylation). 

Dans un mutant axr1, le nombre de crossovers est identique à celui trouvé dans une plante sauvage. Par contre, au lieu de se répartir régulièrement le long des chromosomes, les COs sont groupés aux extrémités des chromosomes. Les étapes précoces de la recombinaison méiotique (formation des cassures double brins de l’ADN et réparation) se déroulent normalement. Par contre les étapes d’appariement et de synapsis des chromosomes sont très affectés alors que le positionnement des télomères ne semblent pas perturbé. Christine Mézard et ses collaborateurs se sont demandés si ces changements de localisation des crossovers pouvaient refléter un changement du niveau de méthylation de l’ADN le long des chromosomes. Effectivement en l’absence de la protéine AXR1, l’ADN extrait des méiocytes est hypermethylé par rapport à l’ADN de méiocytes sauvages. Cette dérégulation de méthylation de l’ADN est générale puisqu'elle est aussi retrouvée dans les cellules somatiques de la plante. Cependant lorsque la mutation axr1 est combinée à une mutation qui inactive l’une ou l’autre des trois voies de méthylation de l’ADN, l’ADN des méiocytes est beaucoup moins méthylé que l’ADN extrait de meiocytes sauvages mais les crossovers restent délocalisés aux extrémités des chromosomes. Donc dans ce contexte mutant ce n’est pas la méthylation de l’ADN qui influe sur la position des évènements de crossovers méiotiques, ces deux phénomènes sont découplés.

L’équipe est à la recherche de la cible de la machinerie de neddylation qui est modifiée lors de la méiose. L’identification de cette cible permettrait de comprendre le mécanisme qui régule le positionnement des chromosomes lors de la méiose et donc éventuellement de l’utiliser pour permettre de diriger les crossovers dans des régions qui recombinent peu.