Évolution de la recombinaison Méiotique : variation et fonction du gène Prdm9 chez la souris

Meiotic recombination evolution : Prdm9 gene variation and evolution in mice

• Auteur / Autrice : Denis Dunoyer de Segonzac
• Direction : Bernard de Massy, Pierre Boursot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie Santé
• Date : Soutenance le 25/11/2016
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé (Montpellier ; Ecole Doctorale ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de génétique humaine (Montpellier)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bernard de Massy, Pierre Boursot, Laurent Duret, Vincent Castric, Zdenek Trachtulec
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Laurent Duret, Vincent Castric

Mots clés

Mots clés contrôlés

Génétique de l'évolution

Souris de laboratoire

Gènes

Méiose

Mots clés libres

Recombinaison méiotique

Gene Prdm9

Souris

Evolution

Stérilité hybride

Meiotic recombination

Prdm9 gene

Mice

Evolution

Résumé

Évolution de la recombinaison méiotique: variation et fonction du gène Prdm9 chez la souris. L’espèce M. musculus est divisée en trois sous-espèces dont deux en Europe, M. m. musculus et M. m. domesticus. Lorsque certaines lignées de souris venant de ces différentes sous-espèces (PWD de M. m. musculus et C57BL/6 de M. m. domesticus) sont croisées, on observe une stérilité chez les descendants mâles, due à un arrêt en prophase de la première division de méiose. Cette stérilité est liée à des incompatibilités génétiques qui impliquent une combinaison spécifique d’allèles du gène Prdm9, une hétérozygotie génomique ainsi qu’une région du chromosome X. Le gène Prdm9, qui est l’un des gènes évoluant le plus rapidement chez les rongeurs et les primates, a ainsi été proposé être un gène impliqué dans la spéciation. Au niveau moléculaire, Prdm9 spécifie la localisation des événements de recombinaison méiotique en des sites qui peuvent différer selon les allèles. Lors de ma thèse, j’ai entrepris de tester l’hypothèse du rôle de Prdm9 dans la spéciation en évaluant la généralité des incompatibilités dues à Prdm9. J’ai testé la fertilité de 32 croisements réalisés à partir de 8 lignées de souris issues de la nature, 4 de chaque sous espèce et portant des allèles de Prdm9 distincts. L’analyse du poids testiculaire et de la spermatogénèse par histologie et immuno-cytochimie a révélé un phénotype sauvage chez tous ces hybrides. Par contre, en croisant la lignée C57BL/6 avec les 4 lignées de M. m. musculus utilisées précédemment, j’ai observé une corrélation entre la présence d’un allèle spécifique de M. m. musculus (PWD) et la stérilité, avec des variations des phénotypes indiquant que les facteurs impliqués n’ont pas été fixés.J’ai donc démontré que la stérilité hybride est restreinte à des combinaisons spécifiques d’allèles Prdm9 et de fonds génétiques, ce qui définit de manière précise le contexte dans lequel Prdm9 pourrait jouer un rôle dans la spéciation. Compte tenu du phénomène d’érosion des sites de PRDM9 par conversion génique et que leur hétérozygotie peut conduire à des défauts de recombinaison et à la stérilité, mes données conduisent également à des prédictions sur la fréquence et l’activité de différents allèles de Prdm9 sur les génomes de M. m. musculus et M. m. domesticus.En parallèle, j’ai également initié une étude portant sur 300 souris sauvages d’origines géographiques et phylogénétiques variées : par capture et séquençage de régions génomiques d’intérêt, nous chercherons à déchiffrer les modes de sélection régissant l’évolution de la région génomique du gène Prdm9. Lors de ma thèse, j’ai entrepris de tester l’hypothèse du rôle de Prdm9 dans la spéciation en évaluant la généralité des incompatibilités dues à Prdm9. J’ai testé la fertilité de 32 croisements réalisés à partir de 8 lignées de souris issues de la nature, 4 de chaque sous espèce et portant des allèles de Prdm9 distincts. L’analyse du poids testiculaire et de la spermatogénèse par histologie et immuno-cytochimie a révélé un phénotype sauvage chez tous ces hybrides. Par contre, en croisant la lignée C57BL/6 avec les 4 lignées de M. m. musculus utilisées précédemment, j’ai observé une corrélation entre la présence d’un allèle spécifique de M. m. musculus (PWD) et la stérilité, avec des variations des phénotypes indiquant que les facteurs impliqués n’ont pas été fixés.J’ai donc démontré que la stérilité hybride est restreinte à des combinaisons spécifiques d’allèles Prdm9 et de fonds génétiques, ce qui définit de manière précise le contexte dans lequel Prdm9 pourrait jouer un rôle dans la spéciation. Compte tenu du phénomène d’érosion des sites de PRDM9 par conversion génique et que leur hétérozygotie peut conduire à des défauts de recombinaison et à la stérilité, mes données conduisent également à des prédictions sur la fréquence et l’activité de différents allèles de Prdm9 sur les génomes de M. m. musculus et M. m. domesticus.

Meiotic recombination evolution: Prdm9 gene variation and evolution in miceHouse mouse Mus musculus is divided into three sub species, two of which are found in Europe, M. m. musculus and M. m. domesticus. Male hybrids from some mouse strains derived from these sub-species (PWD from M. m. musculus and C57BL/6 from M. m. domesticus) are sterile with a meiotic arrest during the first meiotic prophase. This sterility is due to genetic incompatibilities involving heterozygosity at Prdm9 and in the genome as well as a locus on the X chromosome. Prdm9, which one of the fastest evolving gene in primates and rodents, was thus proposed to be a speciation gene. At the molecular level, Prdm9 is known to specify the sites of meiotic recombination which can be distinct in different Prdm9 alleles.During my thesis, I tested the hypothesis of the role of Prdm9 in speciation by evaluating the generality of incompatibilities due to Prdm9. I tested the fertility of 32 hybrids made by crossing 8 wild-derived mouse strains from both sub-species and carrying distinct Prdm9 alleles. Based on the analysis of testis weight and of spermatogenesis by histological and cytological analysis, I observed a wild type phenotype in all hybrids. Instead when C57BL/6 was crossed with the four M. m. musculus strains used in previous crosses, I observed a correlation between the presence of the PWD allele and sterility, with variations in the strength of the phenotype.I have thus shown that hybrid sterility is limited to specific combinations of Prdm9 alleles together with specific genomic backgrounds which define contexts in which Prdm9 could act as a speciation gene. Given that PRDM9 sites are eroded by gene conversion and that heterozygosity at PRDM9 sites can lead to defects in meiotic recombination and to sterility, my observations lead to predictions about Prdm9 allele frequencies and Prdm9 historical activities on the genomes of M. m. musculus and M. m. domesticus.Simultaneously, I initiated a study on nearly 300 mice of various geographic and phylogenetic origins: using genomic sequence capture technology, we are aiming to decipher selection forces affecting the evolution of Prdm9 gene genomic region.