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Champ de colza.. © Inra, NIORE Jacqueline

Quand la protéine FANCM limite la recombinaison génétique chez deux plantes de grandes cultures, la navette et le colza

Au cours de la méiose, les échanges de matériel génétique entre chromosomes (ou crossing-over) sont nécessaires mais limités en nombre et la diversité génétique qui peut être générée au sein des espèces s’en trouve donc réduite. Des chercheurs de l’Inra ont mis en évidence que le rôle anti-crossing-over de la protéine FANCM est conservé chez le colza et la navette et que son inactivation augmente le nombre de crossing-over chez ces deux espèces de la famille des Brassicacées. Ces résultats, publiés le 23 mars 2018 dans la revue Frontiers in Plant Sciences, ouvrent des perspectives d’intérêt en matière de sélection variétale.

Mis à jour le 24/03/2018
Publié le 23/03/2018

Elément clef de la reproduction sexuée, la méiose est au cœur du processus de sélection variétale. Elle conduit naturellement à des échanges entre chromosomes (ou crossing-over) et à un brassage génétique. Chez les plantes cultivées, ces crossing-over permettent de réunir, au sein de nouvelles variétés, des caractères d’intérêt agronomique initialement portés par des individus différents.

En pratique, le nombre de crossing-over par chromosome et par génération est faible, ce qui limite le nombre de combinaisons et donc la diversité génétique qui peut être créée au sein des espèces. Cette limitation repose sur l’activité de protéines, telle FANCM, une enzyme de la famille des hélicases, dont l’inactivation conduit à une augmentation notoire du nombre de crossing-over chez la plante modèle Arabidopsis thaliana.

Des chercheurs de l’Inra ont exploré le rôle de la protéine FANCM chez deux plantes d’intérêt agronomique de la famille des Brassicacées, la navette (Brassica napa) et le colza (B. napus), confirmant l’activité anti-crossing over de FANCM et son intérêt.

Mobilisant les techniques les plus récentes de la génétique et de la biologie moléculaire au service des plantes cultivées, les scientifiques ont analysé l’effet de mutations ciblées dans le gène FANCM sur la fréquence des crossing-over chez la navette -  laquelle possède un seul génome (AA) et donc une seule copie de ce gène - et chez le colza (AACC) – lequel possède deux sous-génomes et donc deux copies de ce gène.

 

La protéine FANCM réduit la fréquence des crossing-over chez la navette…

Les chercheurs ont mis en évidence que l’inactivation de la protéine FANCM permet de rétablir un fonctionnement méiotique normal chez une plante de navette qui présente des défauts de méiose du fait d’une réduction artificielle du nombre de crossing-over. Ils ont montré que la simple mutation du gène FANCM conduit à la formation d’au moins dix crossing-over de plus que chez un individu sauvage.

Chez la navette, comme chez A. thaliana, la protéine FANCM limite donc la formation des crossing-over et son inactivation permet d’augmenter le brassage génétique.

 

… et chez le colza

Les scientifiques ont également montré qu’une inactivation partielle de la protéine FANCM augmente de façon sensible la fréquence des crossing-over chez le colza.

A la faveur de croisements successifs, ils ont sélectionné des plantes mutées pour les deux copies du gène FANCM et montré qu’elles font en moyenne 30 % de plus de crossing-over que des plantes sauvages. Ils ont également analysé le comportement méiotique de plantes de colza qui ne possèdent qu’une seule copie des deux sous génomes parce qu’issues des cellules reproductrices (AC). Ces plantes, mutées pour les deux copies du gène FANCM, présentent également plus de crossing-over que leurs sœurs sauvages. Ils ont finalement démontré qu’une des mutations avec laquelle ils ont travaillé n’annulait pas complètement l’activité de la protéine FANCM. Cette activité résiduelle suffisait à limiter la formation des crossing-over et à expliquer pourquoi l’effet mis en évidence chez le colza est en apparence plus faible que chez la navette.

 

Ces travaux constituent une première démonstration de la conservation du rôle de la protéine FANCM chez des plantes de grandes cultures de la famille des Brassicacées. Ils soulignent l’intérêt et la possibilité d’utiliser des mutations invalidant la protéine FANCM pour augmenter les probabilités de crossing over chez les plantes cultivées. Fruit d’une synergie entre plusieurs unités Inra, ces travaux illustrent à bon escient le transfert des connaissances fondamentales acquises initialement chez une espèce modèle pour la recherche appliquée vers des espèces d’intérêt en agriculture.

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Biologie et amélioration des plantes

Reference

FANCM limits meiotic crossovers in Brassica crops 

Aurelien Blary, Adrian Gonzalo, Frédérique Eber, Aurélie Bérard,  Hélène Bergès, Nadia Bessoltane,  Delphine Charif, Catherine Charpentier, Laurence Cromer, Joelle Fourment, Camille Genevriez, Marie-Christine Le Paslier, Maryse Lodé, Marie-Odile Lucas, Nathalie Nesi, Andrew Lloyd, Anne-Marie Chèvre and Eric Jenczewski.

Front. Plant Sci., 23 March 2018, https://doi.org/10.3389/fpls.2018.00368