Identification of determining factors for meiotic recombination targeting in bread wheat (Triticum aestivum L.)
Identification des facteurs déterminant le ciblage de la recombinaison méiotique chez le blé tendre (Triticum aestivum L.)
Résumé
Understanding the mechanisms governing meiotic recombination in bread wheat (Triticum aestivum L.) is essential since it is the main tool used by breeders for genetic admixing and obtaining new elite varieties with introgression of regions of interest from exotic genetic resources. To this end, the use in bread wheat of a new biotechnology targeting meiotic recombination developed in yeast by Meiogenix seems to be promising. This biotechnology, named SpiX, involves a DNA-binding domain fused to the SPO11 protein responsible for DNA double-strand breaks, initiating meiotic recombination or crossovers (CO). The development of a new conservation protocol for wheat immature embryos has improved the conditions for bread wheat transformation through biolistic, and thus for the application of SpiX technology. The exploitation of the wheat genome sequence made it possible to isolate the bread wheat genes for SPO11 proteins. A novel heterologous complementation of Arabidopsis thaliana mutants for SPO11s with the bread wheat orthologous freshly discovered shows their great conservation of sequence and function within plants and their potential functionality for SpiX biotechnology. Finally, the testing of different DNA-binding domains and different targets along bread wheat 3B chromosome shows that SpiX biotechnology requires adjustments depending on the species in which it has to function. These results are the opportunity to uncover the targeting of meiotic recombination in a widely cultivated crop species and to understand the mechanisms determining sites for double-strand breaks prior to meiotic recombination in wheat.
La compréhension des mécanismes régissant la recombinaison méiotique chez le blé tendre (Triticum aestivum L.) devient essentielle puisqu’elle est le levier principal utilisé par les sélectionneurs pour le brassage génétique et obtenir de nouvelles variétés élites comportant des introgressions de régions d’intérêt provenant de ressources génétiques exotiques. A cette fin, l’utilisation chez le blé tendre d’une nouvelle biotechnologie de ciblage de la recombinaison méiotique développée chez la levure par la société Meiogenix semble être prometteuse. Cette biotechnologie, nommée SpiX, fait intervenir un domaine protéique de liaison à l’ADN couplé à la protéine SPO11 responsable des cassures double-brins de l’ADN, initiatrices de la recombinaison méiotique ou crossovers (CO). Le développement d’une nouvelle technique de conservation des embryons immatures a permis d’améliorer les conditions de transformation par biolistique du blé tendre pour l’application de la technologie SpiX. L’exploitation de la séquence du génome du blé a permis d’isoler les gènes codant pour les protéines SPO11 du blé tendre. La complémentation hétérologue inédite de mutants pour les protéines SPO11 d’Arabidopsis thaliana avec les orthologues ainsi découverts chez le blé tendre montre leur grande conservation de séquence et de fonction au sein des plantes et leur potentielle fonctionnalité pour la biotechnologie SpiX. Enfin le test de différents domaines de liaison à l’ADN et de différentes cibles le long du chromosome 3B de blé tendre montre que la biotechnologie SpiX requiert des ajustements en fonction de l’espèce chez laquelle celle-ci doit fonctionner. Ces résultats sont ainsi l’opportunité de lever un premier voile sur le ciblage de la recombinaison méiotique chez une espèce de grande culture et de mieux comprendre les mécanismes de détermination des sites de cassures double-brins initiatrices de la recombinaison méiotique chez le blé tendre.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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