Déchiffrer les mécanismes méiotiques
Notre équipe étudie les mécanismes qui contrôlent le déroulement de la méiose et plus particulièrement ceux qui permettent de distribuer correctement les chromosomes dans les cellules sexuelles (chez les plantes, les cellules à l’origine des grains de pollen et des sacs embryonnaires). Nous mettons en œuvre des cribles génétiques variés de façon à identifier les acteurs moléculaires intervenant dans les mécanismes de recombinaison et de distribution des évènements de recombinaison méiotique le long des chromosomes. Nous avons ainsi décrit la machinerie moléculaire impliquée dans la formation des cassures de l’ADN chromosomique, première étape de la recombinaison génétique. Parmi les protéines impliquées, nous avons mis en évidence le rôle clé d’un complexe de type topoisomérase formé par les protéines SPO11-1/SPO11-2/MTOPOVIB.
Structure hypothétique du complexe protéique responsable de l’initiation de la recombinaison méiotique (Copyright: Claudine Mayer)/ Travail à la paillasse
Nous caractérisons leurs interactions génétiques, cytologiques et moléculaires, entre elles et avec les éléments structuraux des chromosomes méiotiques afin de mieux comprendre leurs rôles. Nous nous intéressons aussi particulièrement aux mécanismes qui permettent de réparer ces cassures des chromosomes en créant les évènements de crossovers qui sont à la base des cartes génétiques. Comment cette réparation est-elle dirigée ou non vers la formation de crossovers ? Quel est l’équilibre entre les facteurs pro et anti-crossovers en action ? Nous utilisons des approches biochimiques pour élucider les régulations de certaines étapes du mécanisme et des approches génétiques et cytologiques pour comprendre comment sont contrôlées la formation et la distribution des évènements de recombinaison le long des chromosomes.
Notre équipe étudie les mécanismes qui contrôlent le déroulement de la méiose et plus particulièrement ceux qui permettent de distribuer correctement les chromosomes dans les cellules sexuelles (chez les plantes, les cellules à l’origine des grains de pollen et des sacs embryonnaires). Nous mettons en œuvre des cribles génétiques variés de façon à identifier les acteurs moléculaires intervenant dans les mécanismes de recombinaison et de distribution des évènements de recombinaison méiotique le long des chromosomes. Nous avons ainsi décrit la machinerie moléculaire impliquée dans la formation des cassures de l’ADN chromosomique, première étape de la recombinaison génétique. Parmi les protéines impliquées, nous avons mis en évidence le rôle clé d’un complexe de type topoisomérase formé par les protéines SPO11-1/SPO11-2/MTOPOVIB.
Structure hypothétique du complexe protéique responsable de l’initiation de la recombinaison méiotique (Copyright: Claudine Mayer)/ Travail à la paillasse
Nous caractérisons leurs interactions génétiques, cytologiques et moléculaires, entre elles et avec les éléments structuraux des chromosomes méiotiques afin de mieux comprendre leurs rôles. Nous nous intéressons aussi particulièrement aux mécanismes qui permettent de réparer ces cassures des chromosomes en créant les évènements de crossovers qui sont à la base des cartes génétiques. Comment cette réparation est-elle dirigée ou non vers la formation de crossovers ? Quel est l’équilibre entre les facteurs pro et anti-crossovers en action ? Nous utilisons des approches biochimiques pour élucider les régulations de certaines étapes du mécanisme et des approches génétiques et cytologiques pour comprendre comment sont contrôlées la formation et la distribution des évènements de recombinaison le long des chromosomes.
Coloration au DAPI des chromosomes d'Arabidopsis thaliana au cours de la méiose (prophase/métaphase I)
Travail en serre/ Génotypage
Méiose des espèces polyploïdes
Nos travaux explorent les relations réciproques qui lient la recombinaison méiotique et la polyploïdie. Il est aujourd’hui établi que toutes les angiospermes ont connu au moins un et souvent plusieurs événements de polyploïdie au cours de leur évolution. De très nombreuses plantes cultivées sont d’ailleurs polyploïdes (e.g. le blé, le colza, certains caféiers et cotonniers…). Ce succès évolutif ne va pourtant pas de soi car la présence de plus de deux lots complets de chromosomes, souvent issus d’espèces différentes, conduit, au moins au départ, à des défauts au cours de la méiose. Nous cherchons à comprendre comment les mécanismes de la recombinaison méiotique se sont adaptés pour surmonter les difficultés initiales rencontrées par les jeunes polyploïdes. Réciproquement, nous étudions l’évolution des gènes contrôlant la recombinaison méiotique pour comprendre jusqu’où les évènements de polyploïdie passés ont contribué à enrichir la « boîte à outils méiotiques » chez les plantes. Finalement, ayant observé que la fréquence de recombinaison augmente très significativement chez certains polyploïdes, nous nous efforçons d’identifier les mécanismes génétiques responsable de ce phénomène original (coll. IGEPP Rennes).
Fleurs de colza (Brassica napus) / Cellules en méiose chez le colza / Arbre phylogénétique illustrant une conséquence des évènements de polyploïdie qui ont jalonné l’histoire des plantes à fleur : la présence de copies multiples d’une même protéine méiotique chez de nombreuses espèces / Position des échanges ayant eu lieu entre deux paires de chromosomes homéologues (A1-C1 et A2-C2) chez le colza. La flèche indique un échange qui s’est produit lors de la méiose précédente.
Imager la méiose
L’analyse de la méiose repose sur des approches méthodologiques variées. Celles impliquant l’imagerie cellulaire sont particulièrement représentées : cytogénétique, immunofluorescence, microscopie 3D, « live imaging », microscopie à haute résolution etc…
Devant le confocal / Centromères et enveloppes nucléaires au sein d’une anthère d’A. thaliana au moment de la méiose / Groupe de méiocytes au sein d’une anthère.
Le développement de ces techniques nous permet d’aller toujours plus loin dans la compréhension des mécanismes en œuvre au cours de la méiose en abordant de nombreuses questions : Quelle est la dynamique des chromosomes au cours des différentes phases de la méiose ? Quelles règles gouvernent l’organisation spatiale des chromosomes ? Comment les différentes étapes de la méiose sont-elles coordonnées ? Comment les chromosomes homologues se reconnaissent-ils ? Comment se distribuent les sites de recombinaison sur l’ADN ? De quelles protéines sont-ils formés et comment est gouverné leur assemblage ? Pour répondre à ces questions notre équipe, en s’appuyant sur la plateforme OV_Cytologie.Imagerie (lien vers la page de l’OV), se situe à la pointe du développement de nouvelles approches d’imagerie et d’analyse d’images.
Projets de Biologie Translationnelle
Les progrès récents dans notre compréhension des mécanismes de la méiose et de la recombinaison méiotique ouvrent des perspectives intéressantes, en particulier pour l’amélioration des plantes : possibilité d’augmenter très significativement le taux de recombinaison, capacité à fixer des génotypes d’intérêt, …. Le transfert des connaissances entre espèces modèles et plantes cultivées ne va pas forcément de soi et mérite d’être démontré. C’est une des tâches auxquelles nous nous attelons.
A: Colza en fleurs / B:Fleurs de chou (Brassica oleracea) / C:Epis de blé
Responsable :
Mathilde Grelon