Comment dompter le brassage génétique

Des chercheurs Inra ont identifié chez Arabidopsis thaliana un facteur limitant les échanges de fragments d'ADN entre chromosomes lors de la formation des cellules sexuelles. La mutation de ce gène augmente les crossing-over et le brassage génétique. Ces résultats pourraient faciliter les combinaisons de caractères d'intérêt chez les plantes.

Tetrades issues de meioses chez fancm, montrant un fort taux de recombinaison.. © inra, Wayne Crismani et Raphael Mercier

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 (les 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, certaines parties s’entrecroisent, c’est alors que des fragments de matériel génétique peuvent être échangés entre les chromosomes. 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.

Tetrades issues de meioses chez fancm, montrant un fort taux de recombinaison. ©INRA Wayne Crismani et Raphael Mercier
Les chercheurs de l'INRA de Versailles-Grignon et leurs collègues espagnols et américains se sont intéressés aux mécanismes de régulation des crossing-over chez la plante modèle Arabidopsis thaliana ou Arabette des dames. Ils ont recherché les facteurs de cette régulation chez un mutant zmm d’A. thaliana qui présente un nombre très faible de crossing-over, une mauvaise répartition des chromosomes dans les gamètes et une forte réduction de sa fertilité (celle-ci se traduit notamment par des fruits de petite taille). Les scientifiques ont recherché chez ces individus de nouvelles mutations susceptibles de restaurer les crossing-over et de rétablir la fertilité, faisant l’hypothèse que cette astuce leur permettrait d’identifier les gènes dont la fonction serait de limiter le nombre de crossing-over.

Ils ont ainsi identifié une enzyme de la famille des hélicases, FANCM, qui limite la formation de crossing-over au cours de la méïose chez A. thaliana. Une mutation du gène codant pour FANCM permet de restaurer la formation des crossing-over des mutants zmm. Plus encore, lorsque l’on compare un mutant fancm à un individu sauvage, alors que le nombre de crossing-over est habituellement très régulé, la simple mutation du gène FANCM conduit à un triplement du nombre de crossing-over sans conséquence sur la fertilité de la plante.

Cette découverte majeure constitue une première mondiale : FANCM était jusque-là connu pour intervenir dans la réparation de l’ADN, notamment chez l’homme tandis que chez les plantes, seuls des facteurs favorisant les crossing-over avaient été mis en évidence. L’ensemble de ces travaux annoncent des perspectives prometteuses chez des plantes cultivées où l’augmentation du brassage génétique au cours de la reproduction, via la régulation du nombre de crossing-over, permettrait d’accéder à des combinaisons inédites de caractères d’intérêt.

Notons enfin que ces travaux questionnent également le rôle du brassage génétique en termes d’évolution. Si la fréquence des crossing-over peut être augmentée fortement sans conséquence sur la mécanique de la méiose et la fertilité de la plante, la raison pour laquelle le nombre de crossing-over est très faible chez presque toutes les espèces n’en reste pas moins encore inconnue.

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Référence :

  • Crismani W. et al. 2012. FANCM limits meiotic crossovers. Science, 22 juin 2012. DOI: 10.1126/science.1220381