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HYPER-REC : une technologie pour stimuler les brassages génétiques

Les brassages génétiques lors de la reproduction sexuée peuvent être sources de nouveaux caractères. Dans la nature, ces échanges sont réduits, obligeant les sélectionneurs à multiplier les croisements pour obtenir les traits désirés. La technologie HYPER-REC, qui mute de manière ciblée quelques gènes identifiés, offre une solution pour augmenter les recombinaisons méiotiques. Elle fait partie du programme de pré-maturation financé par l’Inra.

La technologie HYPER-REC, développée par l’Inra, mute de manière ciblée quelques gènes et apporte une solution pour augmenter les recombinaisons méiotiques.
Mis à jour le 22/02/2018
Publié le 20/11/2017

La méiose : une étape-clef de la recombinaison génétique

La méiose est une étape essentielle du cycle de vie des organismes se reproduisant sexuellement. Elle conduit à la formation des gamètes haploïdes en deux étapes successives et inséparables : une division réductionnelle (passage de 2n chromosomes doubles à n chromosomes doubles), une division équationnelle (passage de n chromosomes doubles à n chromosomes simples). Les échanges entre les chromosomes (crossing-over) qui ont lieu au cours de cette étape sont à l’origine du brassage génétique, brassage justement recherché dans l’amélioration des espèces animales et végétales. Cependant, dans la nature, le nombre de croisements par chromosome et par génération est très faible (2 en moyenne par chromosome), limitant de fait les combinaisons de traits recherchés.

Trois gènes identifiés à l’origine de la limitation des recombinaisons

L’Institut Jean-Pierre Bourgin (Inra Versailles) a découvert que le mécanisme de la méiose dépendait d’une soixantaine de gènes, dont certains empêchent le brassage chromosomique, alors que d’autres le favorisent. Il a notamment mis en évidence comment trois mécanismes indépendants, liés à trois gènes, limitent cette recombinaison méiotique : FANCM, RECQ4 et FIGL1.
La mutation ciblée, responsable d’inactivation de ces gènes impliqués dans la méiose, entraîne une forte augmentation de la fréquence de crossing-over méiotiques chez la plante modèle Arabidopsis thaliana. Les mutations cumulées sur chacun des gènes conduisent à une augmentation des recombinaisons d’un facteur 9. Ces mutants ne montrent pas de défauts de croissance ou de fertilité. Ces mutations dans des gènes différents ont fait l’objet de 3 dépôts de brevets successifs par l’INRA : FANCM (2011), FIDGETIN-L1 (2013) et RECQ4 (2014).

Hyper-REC : une technologie prometteuse pour accélérer la sélection variétale en pré-maturation

La technologie HYPER-REC est basée sur l’introgression de mutations récessives naturelles dans le matériel génétique végétal élite en amont du schéma de sélection. En augmentant le nombre de recombinaisons méiotiques d’un facteur 7,5, elle permet de diminuer le nombre de croisements et la taille des populations dans les processus de sélection variétale chez toutes les espèces. La preuve du concept d’augmentation des recombinaisons chez les espèces cultivées a été initiée par l’Inra dès 2012 notamment chez la tomate, le colza et le pois avec un, deux puis les trois gènes responsables de ce trait.
Les preuves de concepts se poursuivent sur les espèces tomate et pois afin de transférer ces résultats dans les schémas de sélection de nos partenaires semenciers et obtenteurs pour combiner plus rapidement les différents traits d’intérêt. Plusieurs options de licence sur ces brevets ont été concédées à nos partenaires semenciers et sont désormais testées en vue d’adapter la technologie à leurs schémas de sélection.

Sources

  • Séguéla-Arnaud M, Choinard S, Larchevêque C, Girard C, Froger N, Crismani W, Mercier R. (2016) RMI1 and TOP3a limit meiotic CO formation through their C-terminal domains. Nucleic Acids Res. Dec 13. pii: gkw1210. [Epub ahead of print] PMID: 27965412
  • Cifuentes, M., Jolivet, S., Cromer, L., et al. (2016) TDM1 Regulation Determines the Number of Meiotic Divisions. PLOS Genet., 12, e1005856
  • Mercier R, Mézard C, Jenczewski E, Macaisne N, Grelon M. (2015). The Molecular Biology of Meiosis in Plants. Annu Rev Plant Biol 66: 297–327

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