Deciphering the atypical meiosis of Mesorhabditis belari

Décryptage de la méiose atypique de Mesorhabditis belari

• Auteur / Autrice : Caroline Blanc
• Direction : Marie Delattre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 16/06/2023
• Etablissement(s) : Lyon, École normale supérieure
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Biologie Moléculaire Intégrative et Cellulaire (Lyon ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de biologie et modélisation de la cellule. Lyon (1987-….)
• Jury : Président / Présidente : Francesca Palladino
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie Delattre, Monique Zetka, Christoph Haag, Alexander Woglar, Karine Van Doninck
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Monique Zetka, Christoph Haag

Mots clés

Mots clés contrôlés

Asexualité

Méiose

Nématodes

Mots clés libres

Nématodes

Auto-pseudogamie

Mesorhabditis belari

Méiose

Evolution

Asexualité

Nematode

Auto-pseudogamy

Mesorhabditis belari

Meiosis

Evolution

Asexuality

Résumé

La sexualité est le mode reproduction le plus ancien et le plus courant, pourtant de nombreuses formes de reproduction sans sexualité existent. Celles-ci requièrent des modifications de la méiose chez les femelles, afin de produire des gamètes non réduits. Si les conséquences génomiques de l’asexualité ont été extensivement étudiées, nous ne savons que peu de choses sur les changements cellulaires et moléculaires à l’origine des nouveaux types de méiose chez les asexués. Lors de ma thèse, j’ai en premier lieu exploré comment les femelles asexuées sont produites chez l’espèce de nématode Mesorhabditis belari. J’ai découvert que durant la méiose, les chromosomes homologues effectuent des crossing-overs et donc recombinent. De plus, la méiose I est abortive, ceci étant dû à un défaut au court de l’anaphase B. Par la suite, la méiose II se déroule classiquement et génère des ovocytes diploïdes contenant un assortiment de chromatides non sœurs. La théorie prédit que dans une espèce soumise à une telle méiose avec des évènements de recombinaison, le génome de cette espèce devrait être largement homozygote. Or, nos collaborateurs ont démontré qu’en réalité M. belari possède un génome hétérozygote, ce qui, de ce fait, constitue un paradoxe. En combinant des approches de cytologie et de génomique, nous avons révélé que cette espèce subit une méiose d’un nouveau type que nous avons nommé « Directed Chromatid Assortment » (DCA). Selon le DCA, les deux chromatides recombinantes d’une paire donnée de chromosomes co-ségrègent ensemble durant la division méiotique. En somme, nous avons démontré que le DCA permet le maintien de l’hétérozygotie du génome de l’espèce en dépit de la présence de recombinaison. En parallèle de ce travail, j’ai recherché les gènes impliqués dans la détermination du type d’ovocytes chez M. belari en usant d’outils moléculaires et cytologiques. Pour cela, j’ai développé la technique de transgénèse CRISPR Cas9 chez M. belari. Enfin, j’ai rédigé une revue qui référence mes lectures et mes réflexions sur l’importance de l’approche cytologique dans l’étude de l’asexualité.

Sexuality is the most ancestral and common reproductive system but several forms of reproduction without sex exist. This requires modifications of female meiosis, for the production of unreduced gametes. The genomic consequences of asexuality have been well studied but much less is known about the cellular and molecular changes at the origin of new types of meiosis in asexuals. In my thesis, I first explored how asexual females are produced in the nematode species Mesorhabditis belari. I discovered that during meiosis, homologous chromosomes undergo crossing-overs. However, meiosis I is abortive due to a default in anaphase B. Meiosis II next proceeds normally giving rise to diploid oocytes with an assortment of non-sister chromatids. The theory predicts that species undergoing such modified meiosis with recombination should have a widely homozygous genome. However, our collaborators demonstrated that the genome of M. belari is widely heterozygous, which raised a paradox. Using a combination of cytology and genomics we uncovered this species undergoes a new type of meiosis, which we named Directed Chromatid Assortment (DCA), whereby the two recombinant chromatids of a given pair of chromosomes co-segregate during the meiotic division. We demonstrated that DCA allows the maintenance of genome-wide heterozygosity in an asexual, despite recombination. In parallel, I searched for genes involved in oocyte determination, using molecular and cytological tools. In doing so, I developed the CRISPR Cas9 technique in M. belari. Finally, I wrote a review which summarizes my readings and thoughts on the importance of cytological approaches for the study of asexuality.