Caractérisation génétique et moléculaire d'une incompatibilité nucléo-cytoplasmique chez Arabidopsis Thaliana

• Main Author: Gobron, Nicolas
• Language: fra
• Published: Université Paris Sud - Paris XI 2012
• Subjects: [SDV:SA] Life Sciences/Agricultural sciences; [SDV:SA] Sciences du Vivant/Sciences agricoles; Génétique; Intéraction nucleocytoplasmique; SMC
• Online Access: http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00713647; http://tel.archives-ouvertes.fr/docs/00/71/36/47/PDF/VA2_GOBRON_NICOLAS_27042012.pdf; http://tel.archives-ouvertes.fr/docs/00/71/36/47/ANNEX/VA2_Annexes1_GOBRON_NICOLAS_27042012.pdf.pdf; http://tel.archives-ouvertes.fr/docs/00/71/36/47/ANNEX/VA2_Annexes2_GOBRON_NICOLAS_27042012.pdf

Un croisement intra-spécifique entre deux accessions d'Arabidopsis thaliana (Sha et Mr-0) a donné 100% d'individus mâles stériles dans la descendance F1 lorsque Sha est utilisé comme parent maternel et Mr-0 comme parent mâle (Sha x Mr-0). Dans le croisement réciproque (Mr-0 x Sha), les individus F1 sont mâles fertiles. Étant donné que l'hérédité du cytoplasme chez Arabidopsis thaliana est maternelle (non Mendélienne), cela indique que cette stérilité mâle résulte d'une interaction entre le cytoplasme de Sha et les allèles nucléaires de Mr-0. Une cartographie génétique d'une population en ségrégation a permis, au cours d'un travail préliminaire à cette thèse (Cezar Sophie Hiard et Cezary Waszczak), de localiser les locus nucléaires sur les chromosomes 1 et 3 ; de plus, la présence des allèles Mr-0 au deux locus est nécessaire pour observer le phénotype de stérilité mâle. Les objectifs de thèse étaient de décrire le phénotype de stérilité mâle, d'identifier les facteurs cytoplasmique(s) et nucléaires, et de commencer l'étude des mécanismes moléculaires sous-jacents à l'origine de cette stérilité mâle. Le clonage positionnel, stratégie adoptée pour identifier les facteurs nucléaires, a permis de diminuer les intervalles aux deux locus et, pour l'un d'entre eux, de pouvoir proposer une approche " gènes candidats ". En parallèle, des croisements réciproques supplémentaires, entre Mr-0 et d'autres accessions que Sha, ont été réalisés et ont permis d'identifier d'autres accessions inductrice de stérilité qui proviennent de la même région géographique que Sha (Asie Centrale) ; la détermination des cytotypes chez les nouvelles accessions testées a montré que la stérilité mâle en F1 apparaît lorsque le parent maternel possède un cytoplasme du même groupe que celui de Sha. Concernant le facteur cytoplasmique inducteur de stérilité, nous avons identifié un seul candidat, l'orf117Sha mitochondrial, qui est spécifique des accessions inductrices de stérilité comme Sha et qui présente beaucoup de similarités avec des facteurs inducteurs de stérilité identifiés dans d'autres systèmes de stérilité mâle cytoplasmique chez les Angiospermes. La caractérisation du phénotype de stérilité mâle par une approche cytologique classique a été réalisée sur des génotypes où les allèles Mr-0 aux locus mainteneurs sont introgressés dans un fond génétique Sha ; selon les génotypes, les allèles mainteneurs Mr-0 sont présents simultanément ou uniquement à l'un des deux locus identifiés, afin de pouvoir observer indépendamment l'influence des allèles Mr-0. Des observations d'anthères prélevées sur ces génotypes et colorées à l'Alexander ont permis de confirmer l'effet des allèles Mr-0 aux locus mainteneurs (introgressés dans un fond génétique homogène) sur la viabilité des grains de pollen, ainsi que le déclenchement tardif de la stérilité mâle nucléo-cytoplasmique au cours du développement pollinique. L'effet, sur la viabilité des grains de pollen, d'autres locus que les locus mainteneurs, appelés locus distorteurs de ségrégation et non liés à la SMNC, a également été observé. De nombreuses incompatibilités génétiques s'expriment dans la F1 Sha x Mr-0 ; elles créent une barrière reproductive post-zygotique en affectant la production de pollen dans la descendance. Le croisement Sha x Mr-0 pourrait révéler un processus évolutif en cours pouvant aboutir à terme à des événements de spéciation au sein d'Arabidopsis thaliana.