La protéine Mlh1 eucaryote est un acteur central de la voie de réparation des mésappariements (MMR). Chez la levure, Mlh1 forme un hétérodimère via sa région C-terminale avec les endonucléases Pms1 et Mlh3. La région C-terminale de Mlh1 est également en interactions avec l'exonucléase Exo1 du MMR et deux protéines Ntg2 et Sgs1 qui sont impliquées dans d'autres voies de réparation. Dans un premier temps, nous avons identifié et caractérisé le site d'interaction de Mlh1 avec les protéines Exo1, Ntg2 et Sgs1, qui utilisent un même motif de 5 acides aminés, (R/K)SK(Y/F)F appelé motif MIP pour Mlh1 Interacting Protein. Nous avons montré que ces 3 protéines interagissent en un même site, appelé site S2. Nous avons identifié 10 positions de Mlh1 impliquées dans le site S2 et caractérisé par microcalorimétrie, une affinité micromolaire entre des peptides contenant le motif MIP et la région C-terminale de Mlh1. Nous avons montré que les protéines EXO1 et BLM humaines qui possèdent également un motif MIP, interagissent spécifiquement avec MLH1 humain par ce motif. Dans un second temps, nous avons résolu la structure cristallographique à 2.6Å de la région C-terminale de l'hétérodimère Mlh1*Pms1. Le site d'hétérodimèrisation présente une surface d'interaction supérieure à celle observée dans les homodimères de MutL bactériens. La structure résolue confirme le rôle des 10 acides aminés de Mlh1 identifiés lors de la caractérisation du site S2. La structure du site endonucléase de Pms1 révèle la présence de deux atomes de zinc chelatés par 5 acides aminés de Pms1 et le dernier acide aminé de la protéine Mlh1, la cystéine C769. Cette première structure d'une région C-terminale d'un complexe Mlh1*Pms1 eucaryote permet d'analyser la position des nombreux mutants ponctuels de MLH1 humain associés à des cancers du côlon HNPCC.

La recombinaison homologue au cours de la méiose est un événement essentiel pour la ségrégation fidèle des chromosomes homologues, et contribue à la production de la diversité génétique. La recombinaison méiotique est initiée par l'induction de cassures double brin d'ADN (CDB), catalysée par SPO11, à des régions spécifiques du génome appelés points chauds. Récemment, il a été montré que PRDM9 est un déterminant majeur des points chauds de recombinaison chez la souris et l'homme. PRDM9 contient un domaine PR/SET avec une activité d'histone méthyltransférase, un domaine de liaison à l'ADN constitué d'une série de doigts de zinc en tandem, et des domaines prédit pour être impliqué dans des interactions protéine-protéine. Notre modèle de travail récent place PRDM9 comme un élément clé pour l'initiation de la recombinaison méiotique: PRDM9 se lie à l'ADN via le domaine à doigts de zinc, et modifie localement la structure de la chromatine. Grâce à un processus encore inconnu, SPO11 est recruté à proximité des sites de liaison de PRDM9, où il catalyse la formation de CDB. Le but de ma thèse était de répondre à la question : comment PRDM9 recrute-t-elle la machinerie CDB aux points chauds ? Pour mieux comprendre ce mécanisme, je me suis attaché à la caractérisation des protéines interagissant avec PRDM9. Les protéines interagissant potentiellement avec PRDM9 ont été identifiées, par criblage double hybrides dans la levure avec des banques d'ADNc issues de testicules, et par purification par affinité-spectrométrie de masse des complexes PRDM9. La cartographie par double hybride avec des formes tronquées de PRDM9 a révélé que le domaine KRAB atypique de PRDM9 joue un rôle clé dans les interactions protéine-protéine. Les protéines identifiées comprennent CXXC1, un composant évolutivement conservé du complexe SET1-COMPASS, et HELLS qui est indispensable à la progression de la méiose I chez la souris. J’ai montré que ces deux protéines sont exprimées au cours de la spermatogenèse chez la souris. Puisque Spp1, l'orthologue chez S. cerevisiae de CXXC1, est connu pour servir de médiateur de recrutement de la machinerie de formation des CDB aux sites de CBD, l'interaction entre PRDM9 et CXXC1 pourrait refléter la conservation de la fonction méiotique de Spp1 chez la souris. / Meiotic homologous recombination is an essential event for faithful segregation of homologous chromosomes, and contributes to production of genetic diversity. Meiotic recombination is initiated by the induction of programmed DNA double strand breaks (DSBs), which are catalyzed by SPO11, at specific regions of the genome called hotspots. Recently, PRDM9 was reported as a major determinant of recombination hotspots in mouse and human. PRDM9 contains a PR/SET domain with histone methyltransferase activity, a zinc-finger array, and putative domains for protein-protein interactions. Our recent working model involves PRDM9 as a key component for the initiation of meiotic recombination: PRDM9 binds DNA via the zinc-finger array, and modifies chromatin structure locally. Through an unknown process, SPO11 is recruited and catalyzes DSB formation near PRDM9-bound sites. The aim of my thesis was to address the question: how does PRDM9 recruit DSB machinery to hotspots. To gain insight into this mechanism, I focused on characterization of PRDM9-interacting proteins. Potential interactors of PRDM9 were identified by yeast two hybrid (Y2H) screens with testis cDNA libraries and by affinity purification-mass spectrometry of PRDM9 complexes. Further Y2H assays with truncated derivatives of PRDM9 revealed that the atypical KRAB domain of PRDM9 plays a key role in protein-protein interactions. The identified proteins include CXXC1, a component of the evolutionarily conserved SET1-COMPASS complex, and HELLS, which is indispensable for progression of meiotic prophase I in mouse. Both proteins were found to be expressed during mouse spermatogenesis. Since Spp1, the S.cerevisiae orthologue of CXXC1, is known to mediate tethering of DSB sites to DSB machinery, the interaction between PRDM9 and CXXC1 might imply potential conservation of the Spp1 function in mouse meiosis.

La recombinaison homologue est un processus conservé chez les eucaryotes. Au cours de la méiose,ce mécanisme est essentiel à la formation des crossing-overs, eux-mêmes essentiels à la bonne ségrégation des chromosomes homologues. La recombinaison méiotique est assurée par l’action combinée de facteurs mitotiques et méiotiques. La protéine MEIOB a récemment été identifiée et caractérisée comme étant essentielle à la réparation des cassures double brin de l’ADN au cours de la méiose. MEIOB est un paralogue de RPA1, la grande sous-unité du complexe RPA qui est un complexe de liaison à l’ADN simple brin ubiquitaire et composé de RPA1, RPA2 et RPA3. MEIOB peut interagir avec SPATA22 et RPA2. Cette observation suggère que MEIOB, SPATA22 et RPA pourraient agir ensemble au cours de la recombinaison méiotique. En se basant sur l’homologie de structure entre MEIOB, SPATA22 et les sous-unités de RPA, nous avons caractérisé les modalités et le rôle de leur interaction. Nous avons montré que MEIOB et SPATA22 interagissent grâce à leur domaines OB-folds C-terminaux à l’image de RPA1 et RPA2 et que MEIOB et SPATA22 coopèrent pour interagir avec le complexe RPA. Par microscopie électronique, nous avons mis en évidence que la présence de MEIOB-SPATA22 induit une forte condensation du filament RPA ADN simple brin. Nous avons également montré par immunofluorescence sur chromosomes méiotiques murins que l’hélicase BLM accumule sur les axes chromosomiques et que cette accumulation est corrélée avec l’élimination de la recombinase DMC1 des cassures méiotiques non-réparées, en absence de MEIOB. Enin, nous avons mis en évidence par microscopie à haute résolution que l’absence de MEIOB favorise une distribution anormale des protéines recombinases. Nos résultats suggèrent que MEIOB, SPATA22 et RPA collaborent pour assurer l’intégrité des intermédiaires de recombinaison méiotiques au cours de l’invasion d’un brin homologue. / Homologous recombination is a conserved process among eukaryotes. During meiosis, thismechanism is essential to the formation of crossovers and thus for the proper segregation of chromosomes. Meiotic recombination is ensured by the combined action of mitotic and meiotic factors. MEIOB has been recently identiied and shown to be essential to the repair of meiotic DNA double-strand breaks. MEIOB is aparalog of RPA1, the large subunit of RPA, which is a ubiquitous ssDNA-binding trimeric composed ofRPA1, RPA2 and RPA3. MEIOB has been shown to interact with SPATA22 and RPA2. This observation suggested that MEIOB, SPATA22 and RPA may work together. Based on the homology existing betweenstructural domains of MEIOB, SPATA22 and the RPA subunits, we deciphered the modality and the role oftheir interactions. We show that MEIOB and SPATA22 interact through their C-terminal OB domains like RPA1 and RPA2 and cooperate to interact with the RPA complex. Using Transmission Electron Microscopy,we evidenced that the presence of MEIOB/SPATA22 induces a strong compaction of the RPA/ssDNAilament. Immunofluorescent microscopy performed on murin meiotic chromosomes revealed that in theabsence of MEIOB, the BLM helicase accumulates on chromosomes axis and correlates with the eviction ofthe DMC1 recombinase from unrepaired meiotic breaks. Finally, we show that the absence of MEIOB favorsabnormal recombinase distribution observed by SIM microscopy. Together, our results evidence thatMEIOB, SPATA22 and RPA act together to insure the integrity of recombination intermediates during strandinvasion.

La protéine Mlh1 eucaryote est un acteur central de la voie de réparation des mésappariements (MMR). Chez la levure, Mlh1 forme un hétérodimère via sa région C-terminale avec les endonucléases Pms1 et Mlh3. La région C-terminale de Mlh1 est également en interactions avec l’exonucléase Exo1 du MMR et deux protéines Ntg2 et Sgs1 qui sont impliquées dans d’autres voies de réparation. Dans un premier temps, nous avons identifié et caractérisé le site d’interaction de Mlh1 avec les protéines Exo1, Ntg2 et Sgs1, qui utilisent un même motif de 5 acides aminés, (R/K)SK(Y/F)F appelé motif MIP pour Mlh1 Interacting Protein. Nous avons montré que ces 3 protéines interagissent en un même site, appelé site S2. Nous avons identifié 10 positions de Mlh1 impliquées dans le site S2 et caractérisé par microcalorimétrie, une affinité micromolaire entre des peptides contenant le motif MIP et la région C-terminale de Mlh1. Nous avons montré que les protéines EXO1 et BLM humaines qui possèdent également un motif MIP, interagissent spécifiquement avec MLH1 humain par ce motif. Dans un second temps, nous avons résolu la structure cristallographique à 2.6Å de la région C-terminale de l’hétérodimère Mlh1*Pms1. Le site d’hétérodimèrisation présente une surface d’interaction supérieure à celle observée dans les homodimères de MutL bactériens. La structure résolue confirme le rôle des 10 acides aminés de Mlh1 identifiés lors de la caractérisation du site S2. La structure du site endonucléase de Pms1 révèle la présence de deux atomes de zinc chelatés par 5 acides aminés de Pms1 et le dernier acide aminé de la protéine Mlh1, la cystéine C769. Cette première structure d’une région C-terminale d’un complexe Mlh1*Pms1 eucaryote permet d’analyser la position des nombreux mutants ponctuels de MLH1 humain associés à des cancers du côlon HNPCC. / Eucaryotic Mlh1 is a core component of mismatch repair pathway (MMR). In yeast organisms, Mlh1 forms heterodimer with its C-terminal region with endonucleases Pms1 and Mlh3. The C-terminal region of Mlh1 is also involved in interactions with MMR exonuclease Exo1 and two proteins, Ntg2 and Sgs1, which are involved in other DNA repair pathways. First, we identified and charaterised the interaction site between Mlh1 and proteins Exo1, Ntg2, and Sgs1, that share the same motif of 5 amino acids, (R/K)SK(Y/F)F, named MIP box for Mlh1 Interacting Protein. We showed that these 3 proteins bind to the same site, named site S2. 10 positions of Mlh1 important for interactions on site S2 were identified and a micromolar affinity was measured by calorimetry between the C-terminal region of Mlh1 and peptides containing a MIP box. We showed that human EXO1 and BLM specifically with human MLH1 through their MIP box. Secondly, we solved the X-ray structure of the C-terminal region of Mlh1*Pms1 heterodimer at 2.6Å. The structure shows that the surface buried upon heterodimerisation is higher in eucaryotes than in MutL homodimers. The structure confirms the overall structure of the site S2 predicted in the first part of this study. The endonuclease site of Pms1 presents in the crystal two zinc atoms that are bound by five Pms1 residues and the last residue of Mlh1 chain, cystein C769. This structure represents the first image of the C-terminal region of an eucaryote Mlh1*Pms1 heterodimer. It allows localizing the positions of human MLH1 mutants associated with colon cancers named HNPCC.

La recombinaison homologue est essentielle à la réparation des lésions de l’ADN ainsi qu’à la ségrégation correcte des chromosomes en méiose. Une étape importante de la recombinaison méiotique est la formation des crossovers (CO). Au cours de ma thèse, j’ai mis en évidence un nouveau mécanisme de régulation de la recombinaison méiotique. J'ai montré que les cycles d'activation et de désactivation des cullin-RING ligases (CRL) sont absolument nécessaires à la recombinaison méiotique. Les CRL sont activées par neddylation et désactivées par la deneddylation. De plus, elles peuvent aussi être inhibées par la séquestration via la protéine CAND1. Mon travail a démontré que ces trois niveaux de régulation des CRL jouent des rôles cruciaux dans la recombinaison homologue méiotique chez A. thaliana. J’ai montré qu'AXR1, un composant clé de la machinerie de neddylation, est nécessaire à la localisation correcte des CO méiotiques et à la recombinaison homologue somatique. J’ai aussi prouvé que le processus de deneddylation médié par CSN5A est nécessaire à la formation des CO. J'ai obtenu des données montrant que cette régulation de la localisation des CO agit à travers la régulation d’un complexe CRL4. Enfin, j’ai pu montrer que l'inhibiteur des CRL, CAND1, est requis pour la formation de plus de 90 % des CO. En utilisant des outils génétiques et cytologiques, j'ai montré que CAND1 agit probablement sur la régulation du biais inter-homologue. L’ensemble de ces données, met l’accent sur un nouveau mécanisme de la régulation de la recombinaison homologue, connectant pour la première fois la méiose et l’ubiquitination via les cullin-RING Ligases. / Homologous recombination is essential to all living organisms in order to repair DNA damages. In addition, a large majority of organisms use homologous recombination in meiosis to ensure proper chromosome segregation. A main step of meiotic recombination is crossover (CO) formation. During my PhD, I was able to highlight a new pathway controlling meiotic recombination. I showed that cycles of activation and deactivation of cullin-RING ligases (CRLs) are absolutely required for correct meiosis. CRLs are activated by neddylation, and deactivated by deneddylation. In addition, they can also be inhibited by sequestration by the CAND1 protein. My work demonstrated that these three levels of CRL regulation play crucial roles in meiotic homologous recombination in A. thaliana. First, I showed that AXR1, a key component of the neddylation machinery, is required for the correct localisation of meiotic COs and for somatic homologous recombination. Second, I showed that the deneddylation process mediated by CSN5A is also necessary for normal CO formation. I obtained evidence that this regulation of CO position is likely to be mediated by a CRL4 complex. Last, I could show that the CRL inhibitor, CAND1, is required for the formation of up to 90% of the COs. Using genetic and cytological tools, I showed that CAND1 probably acts on the regulation of the inter-homolog bias. Considering all these data, my work draws the attention to a new mechanism regulating meiotic homologous recombination, connecting for the first time meiosis to CRL-mediated ubiquitylation.

Évolution de la recombinaison méiotique: variation et fonction du gène Prdm9 chez la souris. L’espèce M. musculus est divisée en trois sous-espèces dont deux en Europe, M. m. musculus et M. m. domesticus. Lorsque certaines lignées de souris venant de ces différentes sous-espèces (PWD de M. m. musculus et C57BL/6 de M. m. domesticus) sont croisées, on observe une stérilité chez les descendants mâles, due à un arrêt en prophase de la première division de méiose. Cette stérilité est liée à des incompatibilités génétiques qui impliquent une combinaison spécifique d’allèles du gène Prdm9, une hétérozygotie génomique ainsi qu’une région du chromosome X. Le gène Prdm9, qui est l’un des gènes évoluant le plus rapidement chez les rongeurs et les primates, a ainsi été proposé être un gène impliqué dans la spéciation. Au niveau moléculaire, Prdm9 spécifie la localisation des événements de recombinaison méiotique en des sites qui peuvent différer selon les allèles. Lors de ma thèse, j’ai entrepris de tester l’hypothèse du rôle de Prdm9 dans la spéciation en évaluant la généralité des incompatibilités dues à Prdm9. J’ai testé la fertilité de 32 croisements réalisés à partir de 8 lignées de souris issues de la nature, 4 de chaque sous espèce et portant des allèles de Prdm9 distincts. L’analyse du poids testiculaire et de la spermatogénèse par histologie et immuno-cytochimie a révélé un phénotype sauvage chez tous ces hybrides. Par contre, en croisant la lignée C57BL/6 avec les 4 lignées de M. m. musculus utilisées précédemment, j’ai observé une corrélation entre la présence d’un allèle spécifique de M. m. musculus (PWD) et la stérilité, avec des variations des phénotypes indiquant que les facteurs impliqués n’ont pas été fixés.J’ai donc démontré que la stérilité hybride est restreinte à des combinaisons spécifiques d’allèles Prdm9 et de fonds génétiques, ce qui définit de manière précise le contexte dans lequel Prdm9 pourrait jouer un rôle dans la spéciation. Compte tenu du phénomène d’érosion des sites de PRDM9 par conversion génique et que leur hétérozygotie peut conduire à des défauts de recombinaison et à la stérilité, mes données conduisent également à des prédictions sur la fréquence et l’activité de différents allèles de Prdm9 sur les génomes de M. m. musculus et M. m. domesticus.En parallèle, j’ai également initié une étude portant sur 300 souris sauvages d’origines géographiques et phylogénétiques variées : par capture et séquençage de régions génomiques d’intérêt, nous chercherons à déchiffrer les modes de sélection régissant l’évolution de la région génomique du gène Prdm9. Lors de ma thèse, j’ai entrepris de tester l’hypothèse du rôle de Prdm9 dans la spéciation en évaluant la généralité des incompatibilités dues à Prdm9. J’ai testé la fertilité de 32 croisements réalisés à partir de 8 lignées de souris issues de la nature, 4 de chaque sous espèce et portant des allèles de Prdm9 distincts. L’analyse du poids testiculaire et de la spermatogénèse par histologie et immuno-cytochimie a révélé un phénotype sauvage chez tous ces hybrides. Par contre, en croisant la lignée C57BL/6 avec les 4 lignées de M. m. musculus utilisées précédemment, j’ai observé une corrélation entre la présence d’un allèle spécifique de M. m. musculus (PWD) et la stérilité, avec des variations des phénotypes indiquant que les facteurs impliqués n’ont pas été fixés.J’ai donc démontré que la stérilité hybride est restreinte à des combinaisons spécifiques d’allèles Prdm9 et de fonds génétiques, ce qui définit de manière précise le contexte dans lequel Prdm9 pourrait jouer un rôle dans la spéciation. Compte tenu du phénomène d’érosion des sites de PRDM9 par conversion génique et que leur hétérozygotie peut conduire à des défauts de recombinaison et à la stérilité, mes données conduisent également à des prédictions sur la fréquence et l’activité de différents allèles de Prdm9 sur les génomes de M. m. musculus et M. m. domesticus. / Meiotic recombination evolution: Prdm9 gene variation and evolution in miceHouse mouse Mus musculus is divided into three sub species, two of which are found in Europe, M. m. musculus and M. m. domesticus. Male hybrids from some mouse strains derived from these sub-species (PWD from M. m. musculus and C57BL/6 from M. m. domesticus) are sterile with a meiotic arrest during the first meiotic prophase. This sterility is due to genetic incompatibilities involving heterozygosity at Prdm9 and in the genome as well as a locus on the X chromosome. Prdm9, which one of the fastest evolving gene in primates and rodents, was thus proposed to be a speciation gene. At the molecular level, Prdm9 is known to specify the sites of meiotic recombination which can be distinct in different Prdm9 alleles.During my thesis, I tested the hypothesis of the role of Prdm9 in speciation by evaluating the generality of incompatibilities due to Prdm9. I tested the fertility of 32 hybrids made by crossing 8 wild-derived mouse strains from both sub-species and carrying distinct Prdm9 alleles. Based on the analysis of testis weight and of spermatogenesis by histological and cytological analysis, I observed a wild type phenotype in all hybrids. Instead when C57BL/6 was crossed with the four M. m. musculus strains used in previous crosses, I observed a correlation between the presence of the PWD allele and sterility, with variations in the strength of the phenotype.I have thus shown that hybrid sterility is limited to specific combinations of Prdm9 alleles together with specific genomic backgrounds which define contexts in which Prdm9 could act as a speciation gene. Given that PRDM9 sites are eroded by gene conversion and that heterozygosity at PRDM9 sites can lead to defects in meiotic recombination and to sterility, my observations lead to predictions about Prdm9 allele frequencies and Prdm9 historical activities on the genomes of M. m. musculus and M. m. domesticus.Simultaneously, I initiated a study on nearly 300 mice of various geographic and phylogenetic origins: using genomic sequence capture technology, we are aiming to decipher selection forces affecting the evolution of Prdm9 gene genomic region.

La recombinaison homologue est essentielle à la réparation des lésions de l'ADN ainsi qu'à la ségrégation correcte des chromosomes en méiose. Une étape importante de la recombinaison méiotique est la formation des crossovers (CO). Au cours de ma thèse, j'ai mis en évidence un nouveau mécanisme de régulation de la recombinaison méiotique. J'ai montré que les cycles d'activation et de désactivation des cullin-RING ligases (CRL) sont absolument nécessaires à la recombinaison méiotique. Les CRL sont activées par neddylation et désactivées par la deneddylation. De plus, elles peuvent aussi être inhibées par la séquestration via la protéine CAND1. Mon travail a démontré que ces trois niveaux de régulation des CRL jouent des rôles cruciaux dans la recombinaison homologue méiotique chez A. thaliana. J'ai montré qu'AXR1, un composant clé de la machinerie de neddylation, est nécessaire à la localisation correcte des CO méiotiques et à la recombinaison homologue somatique. J'ai aussi prouvé que le processus de deneddylation médié par CSN5A est nécessaire à la formation des CO. J'ai obtenu des données montrant que cette régulation de la localisation des CO agit à travers la régulation d'un complexe CRL4. Enfin, j'ai pu montrer que l'inhibiteur des CRL, CAND1, est requis pour la formation de plus de 90 % des CO. En utilisant des outils génétiques et cytologiques, j'ai montré que CAND1 agit probablement sur la régulation du biais inter-homologue. L'ensemble de ces données, met l'accent sur un nouveau mécanisme de la régulation de la recombinaison homologue, connectant pour la première fois la méiose et l'ubiquitination via les cullin-RING Ligases.

L’agriculture moderne doit assurer notre sécurité alimentaire dans le contexte d’un changement climatique qui entraîne une baisse des rendements. Une meilleure compréhension des facteurs contrôlant la recombinaison méiotique ouvrirait la voie à la modification du nombre et de la répartition des crossing-overs, ce qui permettrait une localisation plus précise des facteurs génétiques contrôlant les caractères d’intérêt agronomique et faciliterait le pyramidage d’allèles favorables au sein d’un même génotype élite. Pendant ma thèse, j’ai développé une méthode de mesure à haut débit de la recombinaison chez la levure Saccharomyces cerevisiae pour étudier la diversité de la recombinaison et de l’interférence au sein d’une collection de 24 souches représentatives de la diversité de l’espèce ainsi qu’au sein d’un dispositif di-allèle à cinq parents. Les résultats montrent un nombre moyen de crossing-overs par méiose compris entre 24 et 61, ce qui est plus élevé que chez la majorité des autres espèces. Plus particulièrement, les profils de recombinaison diffèrent entre souches, atteignant un écart d’un facteur 9 dans certaines régions. Les souches originaires d’habitats peu stables n’ont cependant pas un niveau de recombinaison plus élevé que les souches originaires d’environnements stables. En outre, la plupart des souches montrent de l’interférence dont la force est corrélée positivement avec le niveau de recombinaison. L’étude de la relation entre niveau de recombinaison et similarité de séquence entre homologues, à différentes échelles locales ou globales, indique que la recombinaison est contrôlée à la fois par des éléments cis et des facteurs trans. Par ailleurs, l’hétérozygotie chez les hybrides a un effet négatif sur le niveau de recombinaison, mais les homozygotes ont aussi un niveau de recombinaison réduit par un effet de dépression de consanguinité. Ce travail permettra maintenant d’étudier la réponse de la recombinaison à la sélection et de détecter les QTL de nombre de crossing-overs, afin d’identifier des gènes qui contrôlent la recombinaison. / Modern agriculture must ensure food security in a context of climate change that will lower yields. A better understanding of the factors controlling meiotic recombination could pave the way to modifying the number and distribution of crossing-over, which would allow a more precise localization of genetic factors controlling agronomic traits, and facilitate gene pyramiding in selection programs. During my thesis, I developed a method for high-throughput measurement of recombination rates in the yeast Saccharomyces cerevisiae. This allowed me to study the diversity of recombination and interference in a collection of 24 strains representing most of the diversity of the species, as well as within a five-parent di-allele design. The results show an average number of crossovers per meiosis ranging between 24 and 61, higher than in the majority of other species. Furthermore, recombination patterns differ between strains, and ratios of local recombination rates show 9-fold differences in some regions. Strains from unstable habitats, however, do not have a higher level of recombination than those from stable environments. In addition, most strains show interference whose strength is positively correlated with the level of recombination. The study of the relationship between recombination rate and sequence similarity between homologs at different scales (from local to global) indicates that recombination is controlled by both cis elements and trans factors. Lastly, heterozygosity in hybrids has a negative effect on crossing-over, but homozygotes also have a reduced level of recombination due to inbreeding depression. This work will now be used to study the response of recombination to selection and to detect QTL of crossover number in order to identify genes controlling recombination.

La recombinaison méiotique initiée en prophase I de méiose génère soit des crossing-over (COs), qui sont des échanges réciproques entre segments chromosomiques, ou des conversions géniques non associées aux COs (NCOs). Les deux types d'événements se produisent dans de petites régions (moins de 10 kilobases) appelées points chauds, qui sont distribuées de manière non homogène le long des chromosomes. L'objectif de ma thèse était la caractérisation d'un point chaud de recombinaison méiotique (nommée 14a) chez Arabidopsis thaliana (i) dans différentes accessions (ii) dans le mutant msh4, un gène impliqué dans la formation des COs. Dans les deux hybrides ColxLer et ColxWs (i) 14a a un taux très élevé de COs 0,85% et 0,49%, respectivement (ii) Les COs sont regroupés dans deux petites régions de quelques kilobases, 14a1 et 14a2 avec une distribution de type gaussienne observée aux points chauds décrits dans d'autres espèces (iii) 14a1 est aussi un point chaud de NCO avec un taux aussi élevé que celui des COs (0,5%) dans ColxLer (iv) un biais de l'initiation de recombinaison a été trouvé dans 14a1 aussi bien pour les COs que les NCOs dans le fond génétique ColxLer.Une réduction de la fréquence de CO a été observée dans le mutant msh4 dans le fond génétique ColxLer à 14a1 et 14a2 (6,4% et 18,7% par rapport au sauvage). Cela confirme le rôle précédemment connu de la protéine MSH4 impliqué dans la formation de CO. La fréquence de NCO à 14a1 est similaire à celle observéedans le fond sauvage. Le rôle des H3K4 histones trimethyltransferase d’Arabidopsis dans la recombinaison méiotique (comme précédemment observé comme Set1 chez S. cerevisiae ou PRDM9 chez les mammifères) a également été étudiée. Aucun des dix gènes d’histones méthyltransférase étudié n'a montré de rôle dans la méiose. Cela pourrait être dû à (i) une forte redondance de la fonction entre les protéines (ii) une autre histone méthyltransférase en charge de l'étiquetage des points chauds de recombinaison méiotique (plus de 29 putatif histone méthyltransférase ont été identifiés dans le génome d'Arabidopsis!) (iii) contrairement à S. cerevisiae, les souris et l'homme, un autre mécanisme de contrôle épigénétique de la recombinaison méiotique. / Meiotic recombination initiated in prophase I of meiosis generates either crossovers (COs), which are reciprocal exchanges between chromosome segments, or gene conversion not associated to crossovers (NCOs). Both kinds of events occur in narrow regions (less than 10 kilobases) called hotspots, which are distributed non-homogenously along chromosomes. The aim of my PhD was the characterization of a hotspot of meiotic recombination (named 14a) in Arabidopsis thaliana (i) across different accessions (ii) in msh4 mutant, a gene involved in CO formation. In both ColxLer and ColxWs hybrids (i) 14a had a very high rate of COs 0.85% and 0.49%, respectively (ii) COs clustered in two small regions of a few kilobases, 14a1 and 14a2 with typical Gaussian curve distribution observed in other organisms (iii) 14a1 was also a hotspot of NCO with high rate (0.5%) in ColxLer (iv) a bias of recombination initiation at 14a1 CO and NCO hotspot was found in ColxLer. A reduction of CO frequency was observed in msh4 mutant in ColxLer background at 14a1 (6.4%) and 14a2 (18.7%) compared to wild type. This confirmed previously known role of MSH4 protein in CO formation. Frequency of NCO at 14a1 was similar to wild type. The role of putative Arabidopsis histone H3K4 trimethyltransferase in meiotic recombination as previously observed like Set1 in S.cerevisiae or PRDM9 in mammals (mice and human) was also studied. None of ten putative histone methyltransferase genes was involved in meiosis. This could be due to (i) a strong redundancy of function between gene products (ii) another histone methyltransferase in charge of labeling meiotic recombination hotspots (more than 29 putative histone methyltransferase have been identified in the Arabidopsis genome!) (iii) contrary to S. cerevisiae, mice and humans, another mechanism for epigenetic control of meiotic recombination

La recombinaison méiotique initiée en prophase I de méiose génère soit des crossing-over (COs), qui sont des échanges réciproques entre segments chromosomiques, ou des conversions géniques non associées aux COs (NCOs). Les deux types d'événements se produisent dans de petites régions (moins de 10 kilobases) appelées points chauds, qui sont distribuées de manière non homogène le long des chromosomes. L'objectif de ma thèse était la caractérisation d'un point chaud de recombinaison méiotique (nommée 14a) chez Arabidopsis thaliana (i) dans différentes accessions (ii) dans le mutant msh4, un gène impliqué dans la formation des COs. Dans les deux hybrides ColxLer et ColxWs (i) 14a a un taux très élevé de COs 0,85% et 0,49%, respectivement (ii) Les COs sont regroupés dans deux petites régions de quelques kilobases, 14a1 et 14a2 avec une distribution de type gaussienne observée aux points chauds décrits dans d'autres espèces (iii) 14a1 est aussi un point chaud de NCO avec un taux aussi élevé que celui des COs (0,5%) dans ColxLer (iv) un biais de l'initiation de recombinaison a été trouvé dans 14a1 aussi bien pour les COs que les NCOs dans le fond génétique ColxLer.Une réduction de la fréquence de CO a été observée dans le mutant msh4 dans le fond génétique ColxLer à 14a1 et 14a2 (6,4% et 18,7% par rapport au sauvage). Cela confirme le rôle précédemment connu de la protéine MSH4 impliqué dans la formation de CO. La fréquence de NCO à 14a1 est similaire à celle observéedans le fond sauvage. Le rôle des H3K4 histones trimethyltransferase d'Arabidopsis dans la recombinaison méiotique (comme précédemment observé comme Set1 chez S. cerevisiae ou PRDM9 chez les mammifères) a également été étudiée. Aucun des dix gènes d'histones méthyltransférase étudié n'a montré de rôle dans la méiose. Cela pourrait être dû à (i) une forte redondance de la fonction entre les protéines (ii) une autre histone méthyltransférase en charge de l'étiquetage des points chauds de recombinaison méiotique (plus de 29 putatif histone méthyltransférase ont été identifiés dans le génome d'Arabidopsis!) (iii) contrairement à S. cerevisiae, les souris et l'homme, un autre mécanisme de contrôle épigénétique de la recombinaison méiotique.