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La partie basale - catalytique - du complexe serait formée par l’association de deux protéines SPO11 (bleu), dont l’association est sous le contrôle de deux protéines MTOPVIB (jaune).. © Institut Pasteur, Claudine Mayer

Reproduction : Identification chez les plantes d’une pièce manquante du puzzle de la recombinaison méiotique

Au cours de la reproduction sexuée, la recombinaison méiotique est initiée par la formation de nombreuses cassures de l’ADN. Une équipe de l’Inra, en collaboration avec l’Université Paris Diderot et l’Institut Pasteur, a identifié MTOPVIB, une protéine longtemps recherchée du complexe enzymatique responsable de cette étape. Cette découverte apporte un nouvel éclairage sur les mécanismes moléculaires de la reproduction, elle est publiée le 26 février dans Science.

Publié le 26/02/2016
Mots-clés : MEIOSE - plantes - protéine

Etape clé de la méiose, la recombinaison méiotique permet le brassage de l’information génétique et la répartition équilibrée des chromosomes parentaux lors de la formation des gamètes. Elle est initiée par la formation d’un très grand nombre de cassures double-brin de l’ADN chromosomique. Depuis la fin des années 1990, il est communément admis que leur formation est catalysée par une protéine spécifique, SPO11.

SPO11 est apparentée à la sous-unité A de protéines d’archées, les topoisomérases VI (ou TopoVI), lesquelles régulent la topologie de l’ADN. Les TopoVI sont actives sous forme de tétramères composés de deux sous-unités A et de deux sous-unités B. Chez la plante modèle Arabidopsis thaliana, ce sont deux protéines apparentées à la sous-unité A, SPO11-1 et SPO11-2, qui sont nécessaires à la formation des cassures double brin de l’ADN. Jusqu’à présent, aucune protéine homologue à la sous-unité B et impliquée dans la formation des cassures double-brin n’a pu être identifiée.

Une nouvelle protéine responsable des cassures double-brin d’ADN

Une équipe de l’Inra, en collaboration avec l’Université Paris Diderot et l’Institut Pasteur, a exploré une collection de mutants d’A. thaliana dont la fertilité et le développement des gamètes mâles et femelles étaient affectés. Ils se sont plus particulièrement intéressés à l’un d’entre eux qui présentait une méiose défectueuse. L’analyse de ce mutant a permis aux scientifiques d’identifier une nouvelle protéine responsable des cassures double-brin de l’ADN. Très conservée chez les plantes à fleurs, elle présente des homologies structurales très significatives avec la sous-unité B des TopoVI d’archées et a été nommée en conséquence, MTOPVIB (en anglais Meiotic TOPoisomerase VIB-like).

MTOPVIB, indispensable à l’interaction entre SPO11-1 et SPO11-2

La similarité de SPO11 (11-1 et 11-2) avec la sous-unité A de TopoVI et celle de MTOPVIB avec la sous-unité B de TopoVI a conduit les chercheurs à analyser les relations entre ces protéines. Ils ont ainsi mis en évidence que MTOPVIB interagit avec les extrémités N-terminales des protéines SPO11-1 et SPO11-2, permettant la formation d’un complexe entre ces dernières.

Forts de ces observations, les scientifiques proposent que le complexe catalytique nécessaire à la formation des cassures double–brin au cours de la méiose adopte une configuration semblable à celle du complexe TopoVI des archées et implique deux sous-unités MTOPVIB et deux sous-unités SPO11 (SPO11-1 et SPO11-2). Ce complexe aurait ainsi évolué à partir d’un complexe originel, présent chez les ancêtres communs des eucaryotes et des archées.

Ces travaux, au-delà du fait qu’ils aient permis de caractériser une nouvelle protéine de cassure double-brin de l’ADN, MTOPOVIB, montrent que celle-ci a un rôle crucial dans l’assemblage du complexe catalytique qui préside à cette étape. Ils éclairent d’un jour tout à fait nouveau les mécanismes moléculaires et évolutifs qui interviennent au cours des premières étapes de la méiose.

La partie basale - catalytique - du complexe serait formée par l’association de deux protéines SPO11 (bleu), dont l’association est sous le contrôle de deux protéines MTOPVIB (jaune).. © Institut Pasteur, Claudine Mayer
La partie basale - catalytique - du complexe serait formée par l’association de deux protéines SPO11 (bleu), dont l’association est sous le contrôle de deux protéines MTOPVIB (jaune). © Institut Pasteur, Claudine Mayer

La méiose, en quelques mots

La méiose est un type particulier de division cellulaire qui permet de générer des cellules sexuelles, les gamètes, chez tous les êtres vivants – animaux, plantes, champignons… - qui se reproduisent sexuellement.
Elle consiste en deux divisions cellulaires successives à la suite desquelles chacune des quatre cellules filles (à l’origine des futurs gamètes) n’emporte qu’une moitié des chromosomes du parent qui les produit. Juste avant la première division, les chromosomes d'une même paire s’apparient et échangent des fragments. Ces phénomènes naturels, appelés crossing-over, contribuent au mélange de l’information génétique à l’échelle de l’individu et de l’espèce. Ils ont aussi un rôle mécanique puisqu’ils sont indispensables à la distribution correcte des chromosomes.
Chez les plantes cultivées, il peut être intéressant d’exploiter ce brassage génétique afin de réunir des caractères d’intérêt agronomique essentiels au sein de nouvelles variétés.

Contact(s)
Contact(s) scientifique(s) :

  • Mathilde Grelon (01 30 83 33 08) Institut Jean-Pierre Bourgin (Inra, AgroParisTech)
Contact(s) presse :
Inra service de presse (01 42 75 91 86)
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Biologie et amélioration des plantes
Centre(s) associé(s) :
Versailles-Grignon

Référence

Nathalie Vrielynck, Aurélie Chambon, Daniel Vezon, Lucie Pereira, Liudmila Chelysheva, Arnaud De Muyt, Christine Mézard, Claudine Mayer, Mathilde Grelon. A DNA topoisomerase VI-like complex initiates meiotic recombination. Science. 26 février 2016