De nouvelles découvertes suggèrent une explication de la façon dont la recombinaison chromosomique est régulée pendant la reproduction sexuée

La réponse est la recombinaison, un processus qui mélange le contenu allélique entre les chromosomes homologues lors de la division cellulaire. Mécaniquement, la recombinaison est réalisée par des croisements, où les chromosomes homologues entrent en contact, entraînant l’échange de matériel génétique.

Les croisements fascinent depuis longtemps les scientifiques et en particulier les sélectionneurs de plantes, car la manipulation du processus de croisement offre le potentiel d’augmenter la diversité génétique et d’assembler les combinaisons souhaitées d’allèles qui stimulent la productivité des cultures. Les croisements sont soumis à un «principe Goldilocks»; au moins un est requis par paire de chromosomes pour une reproduction sexuée réussie ; en effet, un manque de croisements est une cause majeure de trisomie humaine comme dans le cas du syndrome de Down. Le nombre de croisements est également strictement réglementé et ne dépasse généralement pas trois. Cette limite du nombre de croisements, et par conséquent, de la recombinaison, est obtenue par interférence de croisement, un phénomène par lequel les croisements inhibent des croisements supplémentaires dans leur voisinage. Cependant, le fonctionnement de cette interférence est resté un mystère depuis sa première description il y a environ 120 ans.

Nouveau modèle d’interférence croisée

Maintenant, une équipe dirigée par Raphael Mercier à l’Institut Max Planck pour la recherche sur la sélection végétale à Cologne, en Allemagne, a trouvé des preuves convaincantes à l’appui d’un modèle récemment proposé d’interférence croisée. Mercier et son équipe, en collaboration avec des collaborateurs, dans le cadre de travaux dirigés par Stéphanie Durand, Qichao Lian et Juli Jing, ont obtenu ces informations en manipulant l’expression de protéines connues pour être impliquées soit dans la promotion des croisements, soit dans la connexion des chromosomes dans la plante modèle. Arabidopsis thaliana, une espèce que Mercier et ses collègues utilisent pour acquérir des connaissances fondamentales sur les mécanismes de l’hérédité. La stimulation de l’expression de la protéine pro-crossover HEI10 a entraîné une augmentation significative des croisements, tout comme la perturbation de l’expression de la protéine ZYP1, un constituant du complexe synaptonémique, une structure protéique qui se forme entre les chromosomes homologues.

Lorsque les scientifiques ont combiné les deux interventions, ils ont été surpris d’observer une augmentation massive des croisements, montrant que le dosage HE10 et ZYP1 contrôlent conjointement la structuration du CO. Surtout, l’augmentation massive des croisements de cette manière a à peine affecté la division cellulaire.

L’augmentation considérable des croisements lors de l’augmentation des niveaux de HEI10 correspond bien à un modèle émergent sur la façon dont le nombre de croisements est régulé. Ce modèle, formulé par David Zwicker et son équipe à l’Institut Max Planck pour la dynamique et l’auto-organisation à Göttingen, en Allemagne, est basé sur la diffusion de la protéine HEI10 le long du complexe synaptonémique et un processus de grossissement conduisant à des foyers HEI10 bien espacés qui favoriser les croisements. Dans le modèle, HEI10 forme initialement plusieurs petits foyers et est progressivement consolidé en un petit nombre de grands foyers qui co-localisent avec des sites de croisements. Dans ce modèle simple, l’augmentation des niveaux de HEI10 se traduira par plus de foyers et donc plus de croisements ; ainsi, la formation de gouttelettes le long d’un axe semble être le déterminant des sites de croisement.

Mercier est enthousiasmé par les découvertes de l’équipe mais regarde déjà vers l’avenir : « Ces résultats sont un aperçu passionnant d’un processus qui déroute les scientifiques depuis plus de cent ans. Ensuite, nous voulons mieux comprendre ce qui contrôle la dynamique des gouttelettes HEI10 et comment ils favorisent les croisements. Si nous pouvons mieux comprendre le fonctionnement du processus, cela peut nous permettre de stimuler sélectivement la recombinaison pendant la sélection des plantes, permettant l’assemblage de combinaisons d’allèles bénéfiques qui sont restées hors de portée.

Source de l’histoire :

Matériaux fourni par Max-Planck-Gesellschaft. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.