Développement et caractérisation d’un modèle polyploïde chez les espèces de Brachypodium
Auteur / Autrice : | Thi Vinh Ha Dinh |
Direction : | Boulos Chalhoub |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Sciences de la vie et de la santé |
Date : | Soutenance le 27/09/2016 |
Etablissement(s) : | Université Paris-Saclay (ComUE) |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Structure et dynamique des systèmes vivants (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....) |
Partenaire(s) de recherche : | établissement opérateur d'inscription : Université d'Évry-Val-d'Essonne (1991-....) |
Laboratoire : Structure et activité des biomolécules normales et pathologiques (Evry, Essonne ; 2007-....) | |
Jury : | Président / Présidente : Marie Dufresne |
Rapporteur / Rapporteuse : Malika Ainouche, Etienne Paux |
Mots clés
Mots clés contrôlés
Mots clés libres
Résumé
La polyploïdie consiste en la duplication du génome entier et constitue une force évolutive majeure chez les eucaryotes, notamment chez les angiospermes. Les espèces du genre Brachypodium ont émergé comme une modèle intéressant des monocotylédones. Parmi ces espèces, l’allopolyploïde B. hybridum (2n = 30) a résulté de l’hybridation entre B. distachyon (2n = 10) et B. stacei (2n = 20). Les deux espèces parentales ont eu des évolutions chromosomiques assez divergentes aboutissant à ce que B. distachyon possède deux fois moins de chromosomes qui sont néanmoins deux fois plus grands que ceux de B. stacei.L'objectif de ma thèse est de développer un modèle de Brachypodium polyploïde en synthétisant des autopolyploïdes et des allopolyploïdes ainsi que les caractérisant aux niveaux phénotypique, cytogénétique et génomique.Les autotétraploïdes ont été générées par traitement à la cochicine de deux lignées de B. distachyon et trois autres de B. stacei. Tous les autopolyploïdes obtenues ont été validés par cytométrtie de flux et ont montré une stabilité de caryotype et de phénotype, exceptés ceux de la lignée ABR114 de B. stacei qui ont montré des descendances autotetraploides et aneuploïdes. Les comparaisons des caractères de l’inflorescence et des ligules montrent que les autotétraploïdes des deux espèces dépassent généralement leurs progéniteurs diploïdes, mais une faible fertilité comme illustré par le faible nombre de graines par inflorescence.Les allotétraploïdes synthétiques, similaires à B. hybridum, ont été générés par hybridation interspécifique entre différentes lignées de B. distachyon et B. stacei. Alors que les hybrides interspécifiques F1 stériles ont été obtenus lorsque B. distachyon a été utilisée comme parent maternel (0,15% ou 0,245% des croisements réalisés), aucun hybride a été obtenu à partir des croisements réciproques ou lorsque des plantes autotetraploïdes des espèces parentales ont été croisées. Le doublement du génome par traitement à la colchicine a restauré la fertilité et les plantes F1 doublées produisent par auto-polllinisation quelques graines S1 (première génération autofécondation). Les plantes S1 de la l’allo3-1×5 étaient fertiles donnant des générations suivantes alors que ceux de l’allo21×114 étaient stériles. Ces allotétraploïdes se sont montrées stables au niveau phenotypique, cytogénétique et génomiques, ressemblant ainsi le B. hybridum naturel.J’ai ainsi utilisé la méthodologie Illumina de nouvelles générations de séquençage pour caractériser ces différents polyploïdes aux niveaux: (i) Des variations structurales par reséquençage de l’ADN, (ii) Le transcriptome par l'ARN-Seq afin de caractériser les modifications de l’expression des gènes (iii) la méthylation CpG par séquençage de l’ADN traité au bisulfite. Une large gamme de possibilités de comparaison pourrait être réalisée lorsque les séquences des génomes des trois espèces naturelles de Brachypodium seraient disponibles.La disponibilité de la séquence du génome de B. distachyon a permis de réaliser une analyse pilote comparant l’expression des gènes dupliqués dans les autopolyploïdes de la lignée Bd3-1 à ceux des diploïdes. Une expression similaire pour 95,25% des gènes a été observée et seulement 4,75% des gènes ont montrés une expression différentielle. La majeure partie de ces derniers (1053 gènes, 82%) étaient moins exprimés dans les autopolyploides. Des fonctions géniques tel que la ségrégation des chromosomes nucléaires, la réparation de l'ADN, la recombinaison homologue, la régulation de la transcription se sont révélées enrichies.La création des autopolyploides et allopolyploides et leurs caractérisations avec les outils NGS offrent la possibilité d’investir de façon intégrée les secrets de succès des polyploïdes.