Production of Hyper-Rec Genotypes in Brassicaceae crops

Approches translationnelles pour créer des lignées hyper-recombinogènes de colza L'augmentation de la population mondiale et l'impact croissant du réchauffement climatique imposent une accélération des programmes de sélection variétale qui reposent sur la variation générée au cours de la méoise par les crossing-overs (CO, échanges réciproques de fragments d'ADN entre chromosomes). Ce brassage génétique est limitée par le faible nombre de COs formés naturellement et l'efficacité des programmes de sélection pourrait donc être améliorée en augmentant la fréquence de COs. La question centrale de ma thèse était d'étudier si cet objectif pouvait être atteint chez une espèce cultivée polyploïde sans affecter négativement sa fertilité et sa stabilité génomique. La première partie de mon travail a consisté à inactiver la protéine anti-CO FIGL1 chez le colza (Brassica napus) pour en analyser les effets. FIGL1 est codée par deux gènes chez B. napus, qui ont été modifiés avec succès par la technologie CRISPR/Cas. De manière inattendue, j'ai observé des défauts de développement parmi les descendants de plantes présentant une combinaison d'allèles mutants et de type sauvage aux deux locus. J'ai combiné des approches de cytométrie en flux, de pyroséquençage et de génotypage SNP pour montrer que certaines de ces plantes étaient aneuploïdes et/ou contenaient une large gamme de remaniements chromosomiques. Ces variants ont été observés dans les descendances de plantes différentes, ce qui indique que FIGL1 est essentiel pour assurer la stabilité du génome du colza. J'ai aussi démontré que la méiose était altérée chez les mutants nuls pour FIGL1, qui montrent une fragmentation chromosomique et une stérilité complète. Toutefois, un seul allèle FIGL1 fonctionnel est suffisant pour restorer un niveau de fertilité normal. Mon deuxième objectif était de tester si les fréquences de CO pouvaient être augmentées en surexprimant un gène codant la protéine HEI10, qui favorise les COs. J'ai observé que, contrairement à la plupart des autres gènes méiotiques, de nombreuses angiospermes ont conservé plusieurs gènes codant HEI10, même si elles ne sont plus polyploïdes. Ce constat m'a amenée à explorer l'évolution des gènes HEI10 chez les Brassiceae en combinant des approches bio-informatiques et l'analyse de mutants. Mes premiers résultats, qui restent à confirmer, indiquent qu'un des trois gènes codant HEI10 chez B. rapa est plus conservé et a un rôle fonctionnel plus important que les deux autres, ce qui en fait un candidat approprié pour la surexpression. Enfin, j'ai élaboré une enquête pour évaluer et comparer la perception qu'ont les chercheurs des secteurs public et privé du rôle de la méiose et de sa manipulation possible à des fins d'amélioration des plantes. Les réponses à l'enquête ont révélé que, si les deux secteurs semblent s'accorder sur l'importance de la modification de la méiose pour améliorer les programmes de sélection végétale, il existe des divergences dans la priorité accordée à certaines stratégies de modification par rapport à d'autres, ainsi que dans les résultats souhaités de l'utilisation de ces stratégies. Dans l'ensemble, les participants du secteur privé ont donné la priorité à la réduction de la taille des introgressions préexistantes et à la promotion de nouvelles introgressions d'origine interspécifique, tandis que le secteur public a donné plus de poids à la modification du paysage de la recombinaison et à l'introduction des CO dans les régions où ils font défaut. En résumé, ma thèse a montré qu'il n'est pas toujours simple de mettre en pratique les résultats de la recherche fondamentale. Mon travail a montré que l'inactivation de FIGL1 n'est pas une stratégie viable pour augmenter la fréquence des CO chez le colza et qu'il sera probablement important de choisir avec soin la copie de HEI10 à surexprimer car elles ne sont pas toutes équivalentes. Ces résultats ouvrent des pistes de réflexion pour accélérer les stratégies d'amélioration des plantes en manipulant les mécanismes de la méiose.