Changements génétiques et épigénétiques en relation avec le comportement méiotique chez les allopolyploïdes de blé (genres Triticum et Aegilops)

Genetic and epigenetic changes in relation to the meiotic behavior in wheat allopolyploids (Triticum and Aegilops genera)

• Auteur / Autrice : Imen Mestiri
• Direction : Boulos Chalhoub
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire et moléculaire
• Date : Soutenance le 30/11/2010
• Etablissement(s) : Evry-Val d'Essonne
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale des Génomes aux organismes (Versailles ; 2000-2015)
• Jury : Président / Présidente : Francis Quétier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Joseph Jahier, François Roudier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Andrew R Leitch, Raphaël Mercier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Méthylation

Méiose

Blé

Mots clés libres

Stabilité des allopolyploïdes

Résumé

La polyploïdie a joué un rôle essentiel dans l’évolution des eucaryotes, notamment chez les angiospermes dont la majorité ont connu au moins un évènement de polyploïdisation au cours de leur évolution. Afin de comprendre les mécanismes impliqués dans la stabilisation des espèces polyploïdes, j’ai caractérisé les changements génétiques et épigénétiques (méthylation de l’ADN) en lien avec l’appariement chromosomique en méiose chez les allopolyploïdes synthétiques de blé. Deux types d’allopolyploïdes ont été analysés en utilisant des méthodes moléculaires et cytogénétiques : (i) lesallohexaploïdes possédant le locus Ph1 (Pairing homoeologous 1) qui restreint l’appariement aux chromosomes homologues au cours de la méiose, (ii) les allotétraploïdes dépourvus de ce locus. J’ai ainsi montré que la stabilité méiotique des allotétraploïdes et des allohexaploïdes de blé dépend des génotypes des espèces parentales. Comme attendu, l’appariement chromosomique en métaphase I de la méiose a lieu entre les chromosomes homologues chez les allohexaploïdes possédant le locus Ph1. Cependant, cet appariement homologue peut être incomplet (formation d’univalents) et mener à l’apparition d’aneuploïdes à la génération suivante. Plusieurs niveaux d’appariements homéologues ont été mis en évidence chez les allotétraploïdes synthétiques dépourvus du locus Ph1 et sont à l’origine decertains réarrangements structuraux détectés chez ces allotétraploïdes. A l’opposé, aucun changement génétique n’a été observé en analysant des plantes euploïdes de ces allohexaploïdes contenant Ph1. L’aneuploïdie représente le principal changement structural observé chez ces allohexaploïdes. De plus, des changements de la méthylation de l’ADN ont pu être mis en évidence chez les allohexaploïdes génétiquement stables. Ces changements concernent majoritairement des gènes et dans une moindre mesure les éléments transposables. De manière intéressante, j’ai pu montrer que certainschangements de la méthylation de l’ADN étaient associés à des changements d’expression. L’ensemble des résultats obtenus au cours de ce travail de thèse se révèlent déterminants pour la compréhension des mécanismes menant à la stabilisation des espèces allopolyploïdes.

Polyploidy or whole genome duplication is an important evolutionary process of eukaryotic evolution and is particularly widespread in flowering plants. In order to understand key mechanisms leading to stable polyploid species, we characterized synthetic wheat allopolyploids for genetic and DNA methylation changes in relation to chromosome pairing at meiosis. Two main types of allopolyploids were analyzed using molecular and cytogeneticmethods: (i) allohexaploids carrying the Ph1 (Pairing homoeologous 1) locus that restrict pairing tohomologous chromosomes during meiosis, (ii) allotetraploids that do not contain the Ph1 locus. Meiotic stability of wheat allotetraploids and allohexaploids was shown to depend on theirgenomic combination. As expected in the Ph1 gene-carrying allohexaploids, chromosome pairing at metaphase I stage of meiosis essentially occurs between homologous chromosomes. However, the synthetic allohexaploids exhibited progenitor-dependent meiotic irregularities, such as incomplete homologous pairing, resulting in univalent formation and leading to aneuploidy in the subsequent generation. On the opposite, various levels of homoeologous pairing were evidenced in allotetraploids that do not contain the Ph1 gene. While structural rearrangement triggered by homoeologous pairing were evidenced in some synthetic allotetraploids, no apparent genetic changes were observed when analyzing euploïd plants of the Ph1 gene-carrying allohexaploids. Aneuploidy was shown to represent the major structural change in these allohexaploids. Changes in DNA methylation were also evidenced in the genetically stable synthetic wheat allohexaploids and were more frequently observed in genes than in transposable elements. Interestingly, some of the changes were associated with genes expression changes. Altogether, my PhD results allow a better understanding of some key mechanisms leading tostable wheat allopolyploids species.