Les protéines d'interférence par l'ARN (RNAi) chez S. pombe sont responsables de la formation dliétérochromatine aux centromeres durant la mitose via le complexe RTTS -spChpl spTas3 spAgol-. De façon intéressante, la mutation d'une des protéines de RNAi, soit spAgol, spDcrl ou spRdpl, conduit à des aberrations de ségrégation chromosomique en méiose. Bien que ce phénotype puisse être dû à un défaut des centromeres, nous nous sommes intéressés à identifier une possible implication des protéines du RNAi dans un autre mécanisme primordial en méiose : la recombinaison homologue. Nous avons étudié les interactions potentielles entre les protéines de RNAi et les protéines de recombinaison homologue. Nous avons inclus également spArbl, spArb2, spChpl et spTas3, quatre protéines impliquées dans la formation dliétérochromatine aux centromeres via le RNAi. Nous avons ainsi démontré par double-hybride la présence d'interaction entre la protéine méiotique spRecl5 et spRdpl, spArbl et spChpl d'une part, et spRec7 avec spTas3 d'autre part. La deletion de ces gènes conduit à de graves défauts dans la formation des spores, soulignant leur importance dans le processus méiotique. spRec7 et spRecl5 sont deux protéines peu connues, impliquées dans les étapes précoces de la formation des cassures double brin par Spol 1 (spRecl2) à l'origine de la recombinaison homologue. Nous avons analysé par immunoprecipitations de chromatine et par immunofluorescence l'effet des mutations de spChpl et spTas3 sur les étapes précoces de recombinaison homologue, et les résultats préliminaires obtenus à ce jour semblent supporter une forte implication de ces protéines dans la recombinaison homologue méiotique.

Il est bien connu que des cofacteurs comme le zinc et le cuivre sont essentiels pour la progres-sion de la méiose qui permet la formation de gamètes haploïdes à partir d’une cellule diploïde. Au laboratoire, de graves défauts dans la méiose chez la levure à fission Schizosaccharomyces pombe ont été observés en carence de cuivre, mais peu est connu sur son acquisition durant la différentiation méiotique. Trois transporteurs de cuivre sont connus chez S. pombe, soient Ctr4, Ctr5 et Ctr6. Ils ont été largement caractérisés dans un contexte mitotique, mais nous en connaissons peu sur leur contribution à l’homéostasie du cuivre en méiose. Mes travaux avaient pour objectif de dresser un portrait global des transporteurs de cuivre au cours de la méiose. D'abord, j’ai entrepris d’évaluer le profil d’expression de ces gènes. J’ai mis en évidence des patrons différents d’expression selon les transporteurs. L’expression de ctr4+ et ctr5+ a lieu principalement durant les premières heures de la méiose en carence de cuivre alors que ctr6+ a une expression plus étendue avec un pic durant la phase médiane de la méiose. L’expression de ctr4+ et ctr5+ est dépendante uniquement de Cuf1 alors que l’expression de ctr6+ repose sur les facteurs Cuf1 et Mei4. Les deux protéines Ctr4 et Ctr5 co-localisent à la membrane plasmique rapidement durant les premières heures de la méiose en carence de cuivre. À ce moment, Ctr6 apparaît à la membrane vacuolaire. Après la première division méiotique, Ctr4 et Ctr5 disparaissent alors que Ctr6 transite de la membrane vacuolaire vers la membrane des spores où elle se localise même après la libération des spores. Une délétion des gènes ctr4 et ctr6 affecte grandement l’activité d’enzymes cuivre dépendantes. Notons que dans ce mutant, l’activité superoxide dismutase est abolie et l’activité amine oxydase cuivre est grandement diminuée uniquement dans les premières étapes de la méiose. Mes travaux ont permis de mettre en évidence des profils différents d’expression, de localisation et de contribution à l’activité d’enzymes cuivre-dépendantes. Ces observations suggèrent qu’en cours de méiose la levure à fission voit ses besoins en ion de cuivre modulés et doit adapter ses systèmes d’acquisition et de gestion de cuivre intracellulaire.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2009-2010 / Les cassures double-brin de l'acide désoxyribonucléique (ADN) sont parmi les lésions les plus cytotoxiques car une seule lésion non réparée est létale chez la levure. Dans le but de réparer efficacement ces dommages, la cellule dispose de différents mécanismes tels que le Non Homologous End Joining (NHEJ). Toutefois ces mécanismes peuvent causer des mutations et, lorsqu' il est possible, la cellule privilégie un système qui permet une réparation très fiable: la recombinaison homologue. Ce processus peut aussi être utilisé lors de la méiose pour créer de la diversité génétique. La méiose est un mécanisme complexe et une mauvaise régulation peut mener à des problèmes tels que l' aneuploïdie. La recombinaison homologue méiotique se divise en quatre étapes majeures: (i) l' initiation qui crée des cassures double-brin par un complexe muItiprotéique incluant Rec12; (ii) la résection de l'ADN ou les protéines majeures sont Rad32/Rad50/Nbsl; (iii) l'invasion d'un duplex homologue avec les protéines RadSl et Dmcl, et pour terminer (iv) la résolution des jonctions de Holliday. Lors de mes études de doctorat, je me suis concentré sur la caractérisation biochimique des principales protéines des trois premières étapes (initiation, résection et particulièrement l'invasion) de la recombinaison méiotique chez Schizosaccharomyces pombe permettant la réparation des cassures double-brin. Mes travaux avaient pour but de caractériser les protéines Dmcl et le complexe Hop2/Mndl chez S.pombe. Nous avons déterminé que Dmcl avait comme Rad 51 la capacité de former un filament hélical sur l'ADN simple brin, ansi que de catalyser des réactions d'échange de brin. D'autre part j'ai mis en évidence le rôle que joue le complexe Hop2/Mndl dans la stimulation de Dmc 1, ainsi que les différences entre les protéines de S.pombe et de la SOurIS.

Les travaux décrits dans ce mémoire visent à élucider le rôle de la protéine Pab2 dans la régulation des gènes méiotiques. La méiose est un phénomène conservé à travers l'évolution chez les organismes eucaryotes. Chez les eucaryotes unicellulaires comme la levure, la méiose accomplie [i.e. accomplit] autant un rôle de reproduction sexuelle qu'un rôle de protection de l'organisme. Chez la levure à fission Schizosaccharomyces pombe , le processus de méiose résultant de la reproduction de deux individus génère des spores, des structures résistantes aux conditions environnementales détrimentales. Lorsque la cellule enclenche la méiose, plusieurs centaines de gènes sont temporellement induits pour exprimer des gènes spécifiques aux processus méiotiques. Afin de s'assurer que des gènes méiotiques ne soient pas exprimés pendant la mitose au détriment de la cellule, des mécanismes de surveillance doivent rigoureusement surveiller l'expression de ces gènes. Afin d'éclaircir le rôle de Pab2 dans cette surveillance, nous avons utilisé une approche génétique combinée à des essais biochimiques. Des expériences d'immunoprécipitation de la chromatine combinées à des essais de substitution de promoteur ont démontré que la régulation de Pab2 sur les gènes méiotiques est posttranscriptionnelle. De plus, des expériences d'immunoprécipitation de la protéine Pab2 suivies d'analyse d'ARN ont démontré que la protéine Pab2 forme un complexe in vivo avec les ARN qu'elle régule. Des analyses dans le laboratoire ont démontré que Pab2 possède une interaction fonctionnelle et physique avec des composantes de l'exosome. Afin de déterminer l'implication de l'exosome dans la régulation des gènes méiotiques, nous avons utilisé différentes souches de levure [i.e. levures] possédant des délétions dans les gènes des composantes de l'exosome ou des facteurs coopérant avec ce complexe, en présence ou absence de Pab2. Ces expériences ont démontré que l'exosome nucléaire, particulièrement la sous-unité Rrp6, était majoritairement responsable de la dégradation des transcrits méiotiques, et ce sans l'aide de complexes coopérateurs comme le TRAMP. Afin de déterminer le facteur de sélectivité de la régulation par Pab2 et par l'exosome, nous avons utilisé des souches thermosensibles pour la protéine Mmi 1, un autre agent posttranscriptionnel impliqué dans la surveillance de l'expression des gènes méiotiques. Ces expériences ont démontré que Pab2 coopère avec Mmi1 dans la dégradation des transcrits méiotiques. Notamment, l'augmentation de l'expression des gènes méiotiques en absence de Pab2 est suffisante pour contourner la voie dépendante de meiRNA, qui est un ARN non-codant essentiel à l'initiation de la méiose. Ces résultats constituent l'évidence que la protéine Pab2 liant les queues poly(A) participe au maintient du silence de l'expression des gènes méiotiques pendant la mitose.

Chez Saccharomyces cerevisiae, la methylation de la lysine 4 de l'histone H3 (H3K4) est catalysée par le complexe à activité methyltransférase Set1, conservé au cours de l'évolution. Durant la méiose, l'absence de Set1 conduit à un retard de démarrage de la phase S, et à un défaut dans la formation des coupures double-brin de l'ADN (CDBs). Nous avons cherché à mieux caractériser ces deux conséquences phénotypiques liées à l'absence de Set1. Nous montrons que le retard de réplication est lié à la perte de méthylation de H3K4 mais qu'il ne résulte pas d'un défaut d'activité des kinases responsables de l'activation des origines de réplication ou de l'activation des voies canoniques de surveillance moléculaire liées aux dommages de l'ADN. L'importante diminution de fréquence de CDB sur la majorité des points chauds chez le mutant set1∆ a été corrélée à l'absence de la marque de H3K4 triméthylée. Nous avons confirmé le role de la méthylation de H3K4 sur la base de la diminution générale de la fréquence des CDBs observée en absence des différentes sous-unités du complexe associé à Set1 (COMPASS) ou chez un mutant exprimant une histone H3 non-méthylable (H3K4R). Pour tester la relation de causalité entre méthylation et CDBs, différentes sous-unités du COMPASS, telles que Set1 et Spp1, ont été fusionnées avec le domaine de fixation à l'ADN de Gal4 pour les cibler vers des régions non méthylées et dépourvues de CDB. Gal4BD-Spp1 stimule fortement la fréquence des CDBs à certains loci, y compris en contexte mutant H3K4R. Ainsi, le ciblage de Spp1 peut etre suffisant pour recruter et/ou activer la machinerie de CDB. / In Saccharomyces cerevisiae, the methylation of the lysine 4 of histone H3 (H3K4) is catalysed by the evolutionary conserved Set1 methyltransferase complex. During meiosis, the absence of Set1 leads to a delay of S-phase onset and to a defect in the formation of double-strand breaks (DSBs). Our work was intended to give some clues about these two phenotypic consequences of Set1 loss. We show that the replication delay is linked to the absence of H3K4 trimethylation but does not result from a defect of the kinases responsible for the activation of replication origins or the activation of the canonical DNA-damage checkpoints. The severe decrease of DSB levels at the majority of recombination hotspots in set1∆ has been correlated with the specific marking of DSB sites by H3K4 trimethylation at some loci. We have confirmed the role of H3K4 methylation by observing a general decrease in DSB frequency similar to that of set1∆ in mutants lacking various subunits of the Set1- associated complex (COMPASS) or expressing a nonmethylatable histone H3 (H3K4R). To test for a causal relationship between H3K4 methylation and DSB formation, we have fused different proteins of the COMPASS, such as Spp1 or Set1, with the DNA binding domain of Gal4, in order to target them to H3K4-unmethylated and DSB-cold regions. Remarkably, Gal4BD-Spp1 strongly stimulates DSB formation in naturally cold DSB regions, even in the H3K4R mutant context. Thus, the specific tethering of Spp1 to a chromosome site is sufficient to recruit and/or activate the DSB machinery.

La méiose est un processus fondamental qui conditionne la formation de gamètes et assure la stabilité des génomes tout en générant de la diversité par brassage génétique. La régularité méiotique nécessite la formation de crossing-overs (CO) exclusivement entre chromosomes homologues. Cette condition est plus difficile à remplir chez les espèces allopolyploïdes qui présentent plusieurs jeux de chromosomes toujours susceptibles de recombiner ensemble. Bien que la polyploïdie soit omniprésente chez les plantes, on connait peu de choses sur le déroulement de la méiose chez ces espèces. Au cours de ma thèse, je suis intéressée à l’effet de la polyploïdie sur la formation et sur la fréquence de CO en utilisant le colza (Brassica napus, AACC, 2n=38) comme modèle d’étude. J’ai notamment cherché à comprendre : (1) quel est l’effet du niveau de ploïdie sur la fréquence de crossovers, et (2) l’origine des variations de COs observées chez les plantes allohaploïdes (AC) produites à partir de différentes variétés de colza, en utilisant une palette d’approches cytologiques et cytogénétiques. Mes travaux ont permis de montrer que le niveau de ploïdie induit une augmentation de la fréquence de crossovers, et que cette augmentation est plus importante dans un contexte triploïde que tétraploïde. J’ai ainsi montré que la fréquence de CO augmente progressivement du diploïde (1,6 CO/bivalent) vers le tétraploïde (2 CO/bivalents) et quelle est maximale chez le triploïde (2,8 CO/bivalent). En ce qui concerne la deuxième question, j’ai montré que la différence entre les allohaploïdes de colzas apparaît tardivement au cours de la méiose. Elle semble être liée à une capacité différente à former des CO en fonction de la variété utilisée pour produire ces allohaploïdes et non pas à une différence dans la reconnaissance de l’homologie. Un de mes résultats original est que la protéine HEI10, impliquée dans la voie de formation des CO interférents, présente une dynamique différente entre les deux variétés, que ce soit à l’état euploïde (AACC) qu’allohaploïde (AC).Mes résultats conduisent à s’interroger sur la relation entre (i) la régulation du nombre de CO formés entre chromosomes homologues et (ii) la suppression des CO entre chromosomes non homologues chez les espèces allopolyploïdes. / Meiosis is a fundamental process required to produce gametes, ensure genome stability and generate diversity within species by creating new chromosome/allele combinations. For all these outcomes the exclusive formation of crossovers (CO) between homologous chromosomes is required. This condition is more difficult to fulfil in allopolyploid species that have more than two sets of chromosomes still able to recombine together. Although polyploidy has been particularly prevalent in plants, little is known about meiosis in polyploids. During my thesis I have analyzed the effect of polyploidy on CO formation and frequency, using oilseed rape (Brassica napus, AACC, 2n=38) as model. My work aimed to investigate (i) the effect of ploidy level on the rate of meiotic COs and (ii) the causes for the observed difference in CO rate between allohaploid plants (AC) produced from different B. napus varieties. To address these questions, I have combined a series of cytological, immunocytological and cytogenetical analyses.My work first indicates that polyploidization leads to increase CO frequency. I showed that the number of COs progressively increases from the diploid (1,6 CO/bivalent) to the tetraploid (2 CO/bivalent) and is maximal in the triploid (2,8 CO/bivalent). In the second part, I have shown that the difference of meiotic behaviors between B. napus allohaploids appears at a late stage of meiosis. This difference seems to be due to a difference in the propensity to form CO between the two varieties rather than a difference in the stringency of homology recognition. This difference could be related to the difference in the pattern and/or chronology of HEI10 (a key protein involved in the interfering CO pathway) signals along chromosomes during prophase I in both euploids (AACC) and allohaploids (AC).My results thus puts under the spotlight the link that may exist between (i) the regulation of CO rate between homologous chromosomes and (ii) the suppression of COs between non-homologous chromosomes in polyploid species.

Pendant la méiose, la division cellulaire qui forme les cellules haploïdes, les chromosomes homologues hérités de chacun des deux parents sont appariés et échangent des segments réciproques appelés crossing-overs (CO). Les CO ne sont pas distribués au hasard dans le génome et leur taux varie le long des chromosomes. Certains des mécanismes responsable ont été décrits chez les mammifères et la levure mais ne sont pas conservés chez les plantes. Les CO sont fortement inhibés dans l'hétérochromatine qui est riche en éléments répétés. Le degré élevé de méthylation d l'ADN qui caractérise les séquences répétées pourrait être un inhibiteur des CO. Cela a été clairement démontré chez le champignon Ascobolus immersus et des études récentes ont montré que la perte de méthylation modifiait la distribution des CO chez Arabidopsis thaliana. Le but de ma thèse a été de décrire plus précisément le rôle de la méthylation de l'ADN dans le contrôle des CO en l'absence de polymorphisme de séquence qui affecte aussi la recombinaison.Pour cela, j'ai mesuré la recombinaison dans différentes plantes dans lesquelles la méthylation de l'ADN a été partiellement ou totalement enlevée grâce à la mutation du gène ddm1. Pour tester l'effet opposé d'un gain de méthylation, j'ai aussi essayé de cibler la methylation de l'ADN à un point chaud de recombinaison connu. Mes résultats montrent que la parte de la méthylation de l'ADN entraîne une augmentation globale de la recombinaison. Paradoxalement, l'heterochromatine qui est normalement très méthylée est moins affectée par la perte de méthylation que le reste du chromosome, probablement car la méthylation de l'ADN a des effets à distance. L'augmentation de CO est accentuée dans les générations successives du mutant ddm1. Cependant, l'effet le plus important est observé dans les hétérozygotes où la moitié du génome seulement est hypométhylée, ce qui suggère un rôle complexe de la méthylation. Finalement, j'ai pu montrer que le polymorphisme affecte la recombinaison surtout dans l'hétérochromatine mais pas dans le sens attendu puisque les plantes homozygotes recombinent moins que les plantes hétérozygotes. / During meiosis, the cellular division that gives rise to haploid cells, homologous chromosomes inherited from each parent are paired and are subjected to reciprocal exchanges of chromosome segments called crossing-overs (COs). COs are not randomly distributed in the genome. Some of the involved mechanisms have recently been described in mammals and yeast bu they are not conserved in plants. Repeat-rich heterochromatin is suppressed for COs. The high level of DNA methylation associated with repeats could be an inhibitor of COs. This was clearly demonstrated in the fungus Ascobolus immersus and recent studies have shown that the loss of DNA methylation also affects COs in Arabidopsis thaliana. The aim of my thesis was to describe more precisely the role of DNA methylation in the control of CO distribution in the absence of any DNA sequence polymorphism which are known to affect recombination. For this purpose, I measured recombination in different plants where DNA methylation has been partially or completely removed thanks to the mutation of the DDM1 gene. To test the opposed effect of a gain of DNA methylation,.I also tried to target DNA methylation at a known recombination hotspot. My results show that the loss of DNA methylation induces a global increase of recombination. Paradoxically, the normally highly methylated heterochromatin is less affected by this loss than the rest of the chromosome, probably because DNA methylation has distal effects. The increased recombination is exacerbated in successive generations of the hypomethylated ddm1 mutants. However, the strongest effect is seen in the heterozygotes where only half of the genome is hypomethylated, suggesting a complex role in the control of CO distribution. Finally, I show that DNA sequence polymorphism affects mainly recombination in the heterochromatin but not in the expected sense, since homozygous plants recombine less than heterozygous.

En phase somatique, plusieurs mécanismes de réparations de l'ADNinterviennent pour réparer les cassures double brin (CDB) de l'ADN. Enphase méiotique, les CDB de l'ADN engendrées de façon programmées parSpo11 sont réparées par la recombinaison homologue (RH) dont les acteursprincipaux sont Rad51 et Dmc1 aidés de Brca2. Chez Arabidopsis, en absencede Brca2, le déroulement méiotique est perturbé, les chromosomes nes'associent pas en bivalents, ils apparaissent emmêlés. Ainsi, en absencede Brca2, la recombinaison homologue pourrait ne plus être fonctionnelleet les anomalies chromosomiques observées pourraient être le résultat deréparations aberrantes des CDB de l'ADN effectuée par d'autres mécanismesde réparation de l'ADN. Nous avons montrés, chez Arabidopsis, que le Nonhomologous End Joining (NHEJ) et/ou le Single Strand Annealing (SSA),mécanismes de réparation des CDB de l'ADN en phase somatique,n'intervenaient pas en phase méiotique dans la formation des anomaliesobservées en absence de Brca2. Toujours dans l'hypothèse où ces figuresméiotiques soient le résultat de liaisons covalentes, nous avons regardési les ADN-ligases ne pourraient pas être impliquées. Ainsi, nous avons pumontrer que la Ligase 6, ADN-ligase spécifique des plantes, n'avait pas derôle dans les anomalies chromosomiques observées en méiose en absence deBrca2. D'ailleurs la Ligase 6 ne semble pas non plus intervenir dans lesfigures chromosomiques observées chez les mutants rad51 et mnd1. Le rôlede la Ligase 6 n'ayant pas été déterminé lorsque nous avons démarré cetravail, nous avons voulu identifier son le rôle en étudiant le mutantcorrespondant. Le mutant ligase 6 ne présente pas de sensibilité auxstress génotoxiques utilisés ce qui indique que la Ligase 6 ne semble pasintervenir dans la réparation de l'ADN. La mutation dans le gène LIGASE Iest létal à l'état homozygote, de plus nous avons pu observer uneségrégation anormale chez l'hétérozygote mutant pour le gène LIGASE I. Lalétalité du mutant ligase I a été contournée par l'utilisation d'unsystème ARNi pour éteindre l'expression du gène LIGASE I uniquement enméiose. Cependant, l'implication de la Ligase I, dans les anomaliesméiotiques observées en absence de Brca2 n'a pas pu être déterminée.Enfin, nous avons confirmé que, chez Arabidopsis, Xrcc4 avait un rôle dansle NHEJ via son interaction avec la Ligase IV et via la sensibilité dumutant xrcc4 à différents stress génotoxiques. En revanche, Xrcc4-like nesemble pas interagir avec les acteurs du complexe de ligation du NHEJ etle mutant ne présente pas de sensibilité aux stress génotoxique, indiquantque cette protéine n'est pas impliquée dans le NHEJ et plus généralementdans les mécanismes de réparation de l'ADN.

Manipulation de la recombinaison chez une plante cultivée, le riz.L’accroissement prévisible de la population mondiale ainsi que les conséquences du changement climatique obligent les sélectionneurs à créer de nouvelles variétés plus productives et plus résilientes. Les nouvelles combinaisons d’allèles favorables sont issues de la recombinaison génétique entre chromosomes homologues dont le siège est la prophase de première division de méiose. De récentes avancées chez la plante modèle Arabidopsis ont montré que l'inactivation de certains gènes permet de manipuler la méiose pour abolir ou au contraire augmenter très significativement la recombinaison. Les mécanismes de la méiose étant relativement bien conservés chez les eucaryotes, l’objectif de cette thèse était de transposer ces avancées chez une plante cultivée importante, le riz. Abolir la recombinaison méiotique permettrait de propager de façon clonale par grain des formules variétales hybrides F1 dont le rendement est de 20% supérieur à celui des lignées pures chez le riz mais dont les semences restent peu utilisées par les riziculteurs de subsistance. Les travaux réalisés dans une première partie de la thèse ont montré que le cumul de trois mutations Ososd1, pair1 et Osrec8, permettait d’obtenir des gamètes clonaux diploïdes mâles et femelles. Le phénotype apoméiotique obtenu, appelé MiMe (Mitosis instead of meiosis) chez Arabidopsis, peut être utilisé pour tester différentes stratégies d’induction de la parthénogenèse afin de produire des grains formant des plantes diploïdes clonales apomictiques. Une optimisation du mécanisme permettrait d'envisager l'utilisation de l'apomixie pour fixer l'hétérosis dans les semences hybrides F1. Par ailleurs, une augmentation globale ou locale de la recombinaison méiotique est recherchée car elle permettrait de diminuer la taille des populations de sélection et de réduire la taille des segments chromosomiques introduits dans les variétés élite de riz. Nous avons montré dans une seconde partie, que la mutation du gène OsRECQl4 codant pour une hélicase permet d'augmenter le taux de recombinaison d'un facteur de 3,3 fois faisant passer la taille de la carte génétique de 1670 cM à 5538 cM sans affecter la fertilité de la plante ni le déroulement de la méiose. Chez les plantes affectées dans la fonction d’une autre hélicase, OsFANCM, le taux de recombinaison a été également augmenté mais dans une moindre mesure (x 2,2). L’augmentation de la recombinaison s’opère sur l'ensemble des bras chromosomiques sauf au niveau des centromères. Ces résultats confirment ceux obtenus chez A. thaliana qui ont montré le rôle de régulateur négatif des crossing-overs (CO) des protéines RECQ4 et FANCM. La combinaison en cours de ces mutations entre elles ou avec celle affectant l’AAA-ATPase FIGL1 permet d’espérer une augmentation de la recombinaison encore supérieure. Ces résultats ouvrent la voie à l'utilisation des gènes anti-COs pour augmenter de façon globale le nombre de recombinants dans les croisements chez le riz et sans doute chez les autres céréales. Pour offrir une possibilité concrète aux sélectionneurs d'utiliser les gènes anti-CO, nous avons montré que la technologie CRISPR/cas9 permet d'éteindre l'expression de OsFANCM OsRECQl4 et OsFIGL1. / Manipulation of recombination in a crop, rice.The forecasted increase of world population as well as the consequences of global climate change oblige plant breeders to develop new varieties that are both more productive and resilient. Novel combinations of favourable alleles are generated through genetic recombination between homologous chromosomes, which occurs during the prophase of the first division of meiosis. Recent advances in the model plant Arabidopsis have demonstrated that the inactivation of some genes allows meiosis manipulation resulting in either an abolishment or in contrast, a significant enhancement of meiotic recombination. The meiosis mechanisms being relatively conserved across eucaryotes, the overall objective of this thesis was to transfer these advances to a crop of crucial importance, rice. To abolish meiotic recombination would allow the clonal propagation by seeds of F hybrids, which exhibit a 20% yield enhancement compared to that of pure lines in rice but remain rarely used in subsistence farming. In a first part, we showed that rice plants cumulating 3 mutations inactivating Ososd1, pair1 and Osrec8, formed clonal diploid male and female gametes. This apomeiotic phenotype, called MiMe (Mitosis instead of meiosis) in Arabidopsis, can serve as material to assay several strategies of parthenogenetic induction that would result in seed forming diploid clonal plants. Further optimization of the mechanisms would allow the use of apomixis to fix heterosis in hybrid seeds. Global and local enhancement of recombination is another desirable goal since it would allow a reduction in breeding population size and a downsizing of the introgressed chromosomal segments in elite plant materials. In a second part, we showed that mutation in the DNA helicase gene OsRECQl4 conducted to a 3.3 fold increase of recombination and inflated the genetic map size from de 1670 cM to 5538 cM, without altering plant fertility nor meiosis progression. Plants altered in a second DNA helicase, OsFANCM, exhibited a more modest 2.2 fold recombination enhancement. Recombination increase operated along the whole chromosome arms except at the centromere level. These results confirms the negative regulator role of RECQ4 and FANCM on crossing overs (CO), previously reported in Arabidopsis. On going combination of these mutations together with that altering the l’AAA-ATPase FIGL1 should conduct to an even higher recombination enhancement. These results pave the way to the use of anti-CO genes to enhance recombinant recovery in crosses of rice and possibly of other cereals. To provide breeders with a workable anti-CO system, we eventually showed that the CRISPR/Cas9 technology can be used to abolish OsFANCM, OsRECQl4 and OsFIGL1 expression.

La recombinaison méiotique n'est pas distribué de manière aléatoire le long des chromosomes, mais est caractérisée par des domaines froids et chauds qui limitent la diversité génétique transmise par les gamètes. Cependant, le profil de la recombinaison méiotique peut être modifiée, étant donné que la fusion de l’ endonucléase Spo11 au domaine de liaison à l'ADN de Gal4 est suffisante pour favoriser la formation des cassures double brin (CDB) et la recombinaison à proximité des sites de liaison de Gal4, dans la levure et dans les souris. Ici, dans la levure Saccharomyces cerevisiae, nous avons étudié l'effet de la fusion de Spo11 à 8 protéines de liaison à l'ADN lors de la méiose. Comme modules de ciblage, nous avons utilisé des facteurs de transcription de levure et des protéines artificiels de liaison à l'ADN (TALEs et ZFs), qui sont apparus comme des outils efficaces pour faire varier la position et / ou le nombre de sites ciblés. Lors de l'expression de chacun des fusions Spo11, nous avons examiné la progression de la méiose, la formation des CDB dans les sites naturels et ciblées ainsi que le niveau relatif de la recombinaison méiotique. Ce travail dans l’organisme modèle levure ouvre de nouvelles voies pour modifier la recombinaison méiotique chez d'autres organismes, tels que des mammifères et des plantes, pour augmenter la diversité génétique dans les sites d'intérêt et disséquer l'information génétique, en surmontant les limitations dues à la liaison génétique. / Meiotic recombination is not randomly distributed along the chromosomes, but is characterized by hot and cold domains that limit the genetic diversity transmitted by the gametes. However, the recombination profile can be modified, since the tethering of Spo11 endonuclease, upon fusion to the Gal4 DNA-binding domain, is sufficient to enhance DSB formation and recombination near several Gal4 consensus binding sites, in yeast and in mouse. Here, in the yeast Saccharomyces cerevisiae, we studied the effect of Spo11 fusions to 8 different DNA-binding proteins during meiosis. As targeting modules, we used yeast full-length transcription factors and artificial DNA-binding modules (TALEs and ZFs), which emerged to be efficient tools to vary the location and /or the number of targeted sites. Upon expression of each of the Spo11 fusions, we examined meiotic progression, DSB formation at natural and targeted sites as well as the relative level of meiotic recombination. This work in the yeast model opens new avenues to modify meiotic recombination in other organisms, such as mammals and plants, to boost genetic diversity at sites of interest and to dissect the genetic information, overcoming the restrictions due to the genetic linkage.