Role of DNA methylation in meiotic recombination in Arabidopsis thaliana

par Benoit Lahouze

Thèse de doctorat en Sciences de la vie et de la santé

Sous la direction de Vincent Colot.

Le président du jury était Bernard de Massy.

Le jury était composé de Vincent Colot, Bernard de Massy, Valérie Borde, Christine Mézard, Ian Henderson.

Les rapporteurs étaient Valérie Borde, Christine Mézard.

  • Titre traduit

    Rôle de la méthylation de l’ADN dans la recombinaison meiotique chez Arabidopsis thaliana


  • Résumé

    Pendant la méiose, la division cellulaire qui forme les cellules haploïdes, les chromosomes homologues hérités de chacun des deux parents sont appariés et échangent des segments réciproques appelés crossing-overs (CO). Les CO ne sont pas distribués au hasard dans le génome et leur taux varie le long des chromosomes. Certains des mécanismes responsable ont été décrits chez les mammifères et la levure mais ne sont pas conservés chez les plantes. Les CO sont fortement inhibés dans l'hétérochromatine qui est riche en éléments répétés. Le degré élevé de méthylation d l'ADN qui caractérise les séquences répétées pourrait être un inhibiteur des CO. Cela a été clairement démontré chez le champignon Ascobolus immersus et des études récentes ont montré que la perte de méthylation modifiait la distribution des CO chez Arabidopsis thaliana. Le but de ma thèse a été de décrire plus précisément le rôle de la méthylation de l'ADN dans le contrôle des CO en l'absence de polymorphisme de séquence qui affecte aussi la recombinaison.Pour cela, j'ai mesuré la recombinaison dans différentes plantes dans lesquelles la méthylation de l'ADN a été partiellement ou totalement enlevée grâce à la mutation du gène ddm1. Pour tester l'effet opposé d'un gain de méthylation, j'ai aussi essayé de cibler la methylation de l'ADN à un point chaud de recombinaison connu. Mes résultats montrent que la parte de la méthylation de l'ADN entraîne une augmentation globale de la recombinaison. Paradoxalement, l'heterochromatine qui est normalement très méthylée est moins affectée par la perte de méthylation que le reste du chromosome, probablement car la méthylation de l'ADN a des effets à distance. L'augmentation de CO est accentuée dans les générations successives du mutant ddm1. Cependant, l'effet le plus important est observé dans les hétérozygotes où la moitié du génome seulement est hypométhylée, ce qui suggère un rôle complexe de la méthylation. Finalement, j'ai pu montrer que le polymorphisme affecte la recombinaison surtout dans l'hétérochromatine mais pas dans le sens attendu puisque les plantes homozygotes recombinent moins que les plantes hétérozygotes.


  • Résumé

    During meiosis, the cellular division that gives rise to haploid cells, homologous chromosomes inherited from each parent are paired and are subjected to reciprocal exchanges of chromosome segments called crossing-overs (COs). COs are not randomly distributed in the genome. Some of the involved mechanisms have recently been described in mammals and yeast bu they are not conserved in plants. Repeat-rich heterochromatin is suppressed for COs. The high level of DNA methylation associated with repeats could be an inhibitor of COs. This was clearly demonstrated in the fungus Ascobolus immersus and recent studies have shown that the loss of DNA methylation also affects COs in Arabidopsis thaliana. The aim of my thesis was to describe more precisely the role of DNA methylation in the control of CO distribution in the absence of any DNA sequence polymorphism which are known to affect recombination. For this purpose, I measured recombination in different plants where DNA methylation has been partially or completely removed thanks to the mutation of the DDM1 gene. To test the opposed effect of a gain of DNA methylation,.I also tried to target DNA methylation at a known recombination hotspot. My results show that the loss of DNA methylation induces a global increase of recombination. Paradoxically, the normally highly methylated heterochromatin is less affected by this loss than the rest of the chromosome, probably because DNA methylation has distal effects. The increased recombination is exacerbated in successive generations of the hypomethylated ddm1 mutants. However, the strongest effect is seen in the heterozygotes where only half of the genome is hypomethylated, suggesting a complex role in the control of CO distribution. Finally, I show that DNA sequence polymorphism affects mainly recombination in the heterochromatin but not in the expected sense, since homozygous plants recombine less than heterozygous.


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