La façon dont nous pouvons aborder les questions d'évolution et d'expression du génome a énormément changé au cours des cinq dernières années. Nous pouvons obtenir d'énormes quantités de séquences d'ADN pour n'importe quelle espèce pour un budget correspondant à celui de la plupart des laboratoires. Tout aussi important peut-être, les outils analytiques basés sur le Web et sur PC permettent désormais aux chercheurs de faire quelque chose avec toutes ces giga-bases de séquences au sein de votre propre laboratoire. La liaison de la séquence d'ADN aux chromosomes physiques a cependant été un défi permanent, malgré l'utilisation généralisée de l'hybridation in situ. Le grand nombre de processus d'évolution du génome entier et du chromosome entier ne se prête pas au séquençage du génome entier, mais l'analyse des chromosomes peut utiliser les informations pour comprendre de vrais problèmes biologiques. Alors cette semaine, je pense à la cytogénétique moléculaire des plantes à l'ère génomique et post-génomique lors d'une réunion en Pologne. Bien que mes tweets de la conférence aient attiré pas mal d'adeptes (merci de me l'avoir fait savoir, analyse Twitter) sous le @ChrConf Utilisateur et tag #PMC, je n'avais pas de partenaire sur les réseaux sociaux, donc mes impressions sont un peu partiales. J'espère cependant que le résumé ci-dessous vous donnera un aperçu de la diversité des sujets abordés lors de la réunion. Comme d'habitude, les posters et les événements sociaux ont été une source d'inspiration. Skype ne remplacera jamais les rencontres en personne avec de vieux amis, ni ne permettra de nouer de nouveaux liens !

Cette conférence à Katowice, en Pologne, rassemble environ 150 personnes, principalement européennes, avec une participation importante du Brésil, berceau de l'activité cytogénétique. Elle est organisée par Robert Hasterok, un pionnier de l'utilisation de l'herbe. Brachypode comme espèce modèle (http://aob.oxfordjournals.org/content/104/5/873.short) et comprendre son évolution (http://aob.oxfordjournals.org/content/109/2/385.short). La réunion honore Jola Maluszynska, l'une des premières personnes à utiliser la cytogénétique moléculaire et avec qui j'ai eu le privilège de travailler - notamment avec cette autre espèce modèle, Arabidopsis (certains publiés dans Annals of Botany il y a longtemps http://aob.oxfordjournals.org/content/71/6/479.short).

Le programme prévoit un temps d'exposition pour l'impressionnante sélection d'affiches témoignant du dynamisme de la recherche post-génomique. Celles-ci sont décrites dans le livre abstrait, mais ici, je vais passer en revue une sélection des faits saillants des pourparlers. Bien que parlant vers la fin du programme, il est juste de commencer par Robert Hasterok - c'est toujours un défi à la fois de parler et d'organiser une réunion dans votre ville natale. Dans un vaste discours sur Brachypode, il a présenté une gamme variée de travaux cytomoléculaires en cours dans son laboratoire, en dégageant des points plus larges des affiches que nous avions étudiées le premier jour. Il a défini une espèce modèle comme un organisme qui possède certaines caractéristiques qui le rendent plus propice à l'investigation scientifique par rapport à d'autres membres moins dociles du groupe qu'il représente. Il est également utile lorsqu'il possède des ressources et une infrastructure de recherche bien développées (y compris comment faire pousser la plante) qui permettent un travail efficace. Le Brachypode projet de génome a été créé en 2006 et le Brachypodium distacyhon séquence génomique achevé en 2010. À cette époque, même la définition des espèces clés du genre n'était pas claire, et ce n'est qu'en 2012 que l'utilisation de sur place l'hybridation a clairement montré qu'il y avait trois espèces

http://aob.oxfordjournals.org/content/109/2/385.short , maintenant nommé Distachyon de Brachypodium (2n=10), B. stacei (2n=20), et l'hybride B. hybride (2n=30). Robert a ensuite abordé la question « Que sait-on de l'évolution du génome de l'herbe au niveau du chromosome ? » "Comment se passe le développement de chromosomes composés à partir d'un caryotype ancestral d'herbe?" Des travaux cytomoléculaires montrent un remodelage chromosomique et des chromosomes composés chez Brachy et ses ancêtres plus proches et plus éloignés dans des travaux publiés plus tôt cette année ( http://www.plosone.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0093503 _). La section suivante de son exposé portait sur l'organisation nucléaire. À l'interphase, il existe des territoires chromosomiques clairs, mais pour des paires individuelles de chromosomes homologues, les quatre possibilités d'organisation sont observées avec l'association des bras supérieurs des chromosomes, l'association des bras inférieurs, l'association de deux homologues ou aucune association du tout - les quatre étant dans des proportions à peu près égales (peut-être la première un peu plus fréquente). Un deuxième groupe d'expériences examinait les arrangements des domaines centromériques et télomériques à l'interphase dans divers Brachypode espèces : remarquablement, il y avait une configuration Rabl avec des centromères à un pôle et des télomères à l'extrémité opposée des noyaux d'interphase diploïde, alors qu'aucun schéma de ce type n'a été observé chez le tétraploïde 4x. Cela a conduit à une discussion sur les effets épigénétiques, où la dominance nucléolaire est observée B. hybride: la B. détachement-les gènes d'ADNr d'origine sont dominants sur ceux de B. stacei. Comme pour toutes les bonnes discussions, nous avons eu un aperçu des murs de briques de la recherche : Brachypode est presque un anti-modèle pour l'étude de la méiose, tandis que la question évidente sur le comportement de resynthétisé B. hybride par rapport à l’espèce vieille d’un million d’années, est entravée par le manque de viabilité du nouvel hybride.

Revenons donc au début du programme, où Dieter Schweizer nous éclaire sur le maintien de la structure des chromosomes et les effets épigénétiques. La protéine structurale DMS3 interagit avec DME Demeter, une protéine à domaine ADN glycosylase et activateur transcriptionnel, qui intervient dans l'excision directe de la 5-méthylcytosine de l'ADN et son remplacement par de la cytosine non méthylée. Dans une conférence en deux parties, Dieter a abordé en second lieu la cytogénétique et l'immunocytochimie de l'albumen triploïde, où l'on observe la séparation des génomes parentaux et l'appariement des cellules somatiques.

Je reviendrai sur certains aspects de mon exposé (notamment une diapositive sur la production agricole et la contribution de la génétique) dans un prochain article – en attendant… Ma conférence est publiée ici. bien qu'avec peu de texte à l'appui. Hans De Jong a poursuivi en discutant de la cytogénétique des plantes à l'ère de la génomique moderne où je ne savais pas s'il était heureux ou triste que la contribution néerlandaise au projet de séquence du génome de la tomate, le chromosome 6, se soit avérée être l'une des plus réarrangées ou variables. et donc délicat à analyser. L'étonnante hybridation in situ à 6 couleurs a résolu de nombreux problèmes complexes dans l'ordre des contigs de blocs continus de séquence, puis a lié les ordres entre la tomate et la pomme de terre. Hans a conclu que les algorithmes d'assemblage plaçaient environ 33% de tous les contigs assemblés dans la mauvaise position ou dans le mauvais ordre dans la tomate. J'ai également été intéressé d'entendre sa discussion finale sur les vastes comparaisons au niveau de la séquence actuellement effectuées entre différentes espèces et même genres de Solanacées, même si j'ai hâte de voir comment celles-ci font face à la proportion de répétitions très variables entre les espèces.

Après notre première pause, Ingo Schubert et son collaborateur Giang TH Vu ont parlé de la réparation des cassures – les cassures double-brin (DSB) lors de la méiose dans les cellules somatiques, reliant le niveau moléculaire au niveau microscopique chez l'orge monocotylédone. Les DSB sont omniprésentes, fréquentes et dangereuses pour le génome ; si elles ne sont pas réparées, elles sont mortelles pour les cellules en division. Ingo a pu distinguer, grâce à des constructions moléculaires et à la microscopie, les différentes voies de réparation des DSB impliquant la recombinaison homologue ou la jonction d'extrémités non homologue. Cette dernière, la NHEJ, s'est avérée être la voie de réparation des DSB dominante chez l'orge, avec les petites délétions et/ou insertions qui en résultent, avec ou sans microhomologie. En posant ma question sur le rôle des enzymes et les différences entre espèces, je me suis senti comme le célèbre « troisième rapporteur » de manuscrits importants, exigeant encore plus de travail pour ce qui constitue la première démonstration des relations entre les différents mécanismes de réparation des DSB !

Andreas Houben, membre d'une importante délégation de l'IPK à Gatersleben, a ensuite abordé la question des centromères, s'intéressant à la technologie haploïde et aux haploïdes doublés. CENH3 est un composant essentiel du centromère chez presque tous les eucaryotes, sous forme d'histone H3 modifiée. Andreas a présenté une autre espèce hybride, Arabidopsis suecica (étaient naturels et cette fois des hybrides artificiels peuvent être réalisés), fabriquant des anticorps spécifiques spécifiques au CENH3 chez les deux ancêtres. Dans les hybrides stables, les deux séquences CENH3 se sont immuno-hybridées aux deux centromères - pas comme les séquences centromériques spécifiques à l'espèce (https://botany-one.ghost.io/content/files/www-le-ac-uk/bl/phh4/openpubs/openpubs/kamm_arenosa.pdf ) - mais avec la microscopie à haute résolution, son laboratoire a pu voir que les variantes de CENH3 sont chargées de manière différentielle dans des sous-domaines centromériques distincts. En utilisant certains ensembles de lignées de mutation du labour d'orge, un betaCENH3 muté a été trouvé qui n'était pas chargé sur les centromères qui avaient un phénotype normal sauf qu'il était plutôt stérile : 56 % d'univalents et 24 % de retard à la méiose. Revenant à Arabidopsis, un mutant CENH3 qui génère une lignée induite haploïde (avec un seul changement d'acide aminé) a été démontré, avec la conséquence importante que les hybrides utilisant ceci pourraient perdre le génome maternel, permettant aux sélectionneurs de plantes de remplacer le cytoplasme en une génération.

Paul Fransz a fait progresser notre compréhension d'une inversion paracentrique majeure observée il y a 10000 XNUMX ans chez Arabidopsis. Ses travaux de séquençage et de cytogénétique ont permis de détecter les limites de l'inversion et, par conséquent, le mécanisme moléculaire de l'inversion, avec des conséquences (épi)génétiques et phylogénétiques. De remarquables analyses d'association pangénomique (GWAS) ont montré qu'une meilleure adaptation génétique sous stress hydrique abiotique – le trait de longueur et de fécondité des fruits – était associée aux gènes situés dans la zone de faible recombinaison autour de l'inversion.

Hanna Weiss-Schneeweiss a montré comment les approches cytogénétiques modernes révèlent « plus que ce que l’on voit : des trajectoires évolutives contrastées chez les polyploïdes du complexe Prospero » et elle a pu démêler les relations complexes dans ces espèces.

Notre deuxième journée a commencé avec la projection des merveilleux films accélérés des botanistes polonais Bajer & Mole-Bajer, réalisés en 1956, montrant la mitose dans Haemanthus endosperme. Je les connaissais depuis mes études de premier cycle et, dans les années 1990, j'ai reçu une version cinématographique en 16 mm du professeur Rachel Leech de York. Je les ai fait convertir en cassette vidéo VHS, mais heureusement, nous pouvons maintenant tous y accéder librement sur le Web - qu'ils soient téléchargeables à partir de http://www.cellimagelibrary.org/images/11952 ou plusieurs messages sur YouTube tels que https://www.youtube.com/watch?v=s1ylUTbXyWU .

Une question pratique importante pour la sélection variétale, s'appuyant sur plusieurs présentations de la première journée, est liée à la question clé de Glyn Jenkins : pouvons-nous modifier les sites de recombinaison pour induire de nouvelles recombinaisons, une nouvelle variation génétique et des phénotypes utiles ? Nous serions alors en bonne voie d'« optimiser » le matériel génétique de l'orge par la manipulation de la recombinaison. La gamme d'anticorps méiotiques – ASY1, ZYP1 et HvMLH3 – a permis d'étudier les processus de recombinaison et d'établir une carte des nodules de recombinaison. La reconstruction de bivalents individuels à l'aide d'anticorps de méiose révèle une prédominance distale des chiasmas (http://jxb.oxfordjournals.org/content/64/8/2139.short). De manière remarquable, une augmentation substantielle mais non extrême (15 °C à 25 °C) de la température de croissance de l'orge a modifié la longueur génétique, devenant beaucoup plus longue (plus de recombinaison) à haute température lors de la méiose mâle, mais pas du côté femelle. L'expansion de la carte s'est produite dans les régions péricentromériques et a significativement décalé l'emplacement des foyers HvMLH3, mais pas leur nombre.

Éditeur AoB Martin Lysac avec Terezie Mandakova a discuté d'un travail très approfondi sur l'évolution des chromosomes des Brassicacées sous le titre « Plus que le chou : évolution des chromosomes et du génome chez les crucifères » (par exemple http://www.plantcell.org/content/25/5/1541.shortLa simplicité des modèles d'évolution des génomes des crucifères présentés par Martin masque l'immense quantité de données sous-jacentes en cytogénétique comparée, séquençage de génomes, cartes génétiques et phylogénétique, ainsi que le nombre considérable de schémas qui ont dû servir à les élaborer (même si je ne sais pas ce qui remplace les enveloppes à l'ère du courriel). En résumé, le caryotype ancestral des crucifères (ACK) chez les diploïdes (eux-mêmes souvent d'origine polyploïde ou hybride) et les polyploïdes peut être divisé en 24 blocs génomiques ancestraux. L'une des situations les plus simples, Capsella rubéole (Slotte et coll. 2013) l'ACK est resté largement conservé, alors qu'il peut y avoir diversification sans réarrangements à grande échelle dans Cardamine. Arabie alpine C'est plus complexe, avec sept des huit chromosomes ancestraux remaniés, impliquant probablement cinq translocations réciproques, quatre inversions péricentriques, trois repositionnements de centromère, une perte de centromère et un nouveau centromère. Impressionnant ! Martin nous a présenté un panorama complet des principales lignées du groupe, depuis la réduction extrême du nombre de chromosomes jusqu'à n=5. Arabidopsis thaliana, jusqu'au plus remarquables 72 événements de duplication du génome chez le colza/Brassica napusdepuis l'origine des angiospermes ! De toute évidence, une triplication du génome entier a stimulé la diversité du génome et de la taxonomie chez brassicacées et la tribu des Brassiceae et moi-même devrons suivre ses prochaines publications, avec de nombreux collègues mais en particulier la co-auteure Terezie Mandakova, pour comprendre les conséquences de la dysploïdie descendante du caryotype ancestral des crucifères ACK et du PCK (caryotype des Proto-Calepineae), avec une gamme de mécanismes impliquant des translocations, la perte de minichromosomes, des fusions bout à bout, des inversions et des décalages du centromère.

Les dernières interventions avant la publication de ces notes provenaient de Kesara Anamthawat-Jonsson - ma première doctorante - et portaient sur la question suivante : D'où vient le bouleau en Islande ? Betula est un autre genre avec beaucoup d'hybrides, même si l'histoire du bouleau en Islande ne s'étend que sur les 10000 ans de l'holocène depuis que l'Islande est sortie de sous la glace. Kesara s'appuie sur elle Annals of Botany papier http://aob.oxfordjournals.org/content/99/6/1183.short montrant que 10% des bouleaux d'Islande sont des hybrides 2n = 3x = 42, mais seulement la moitié d'entre eux sont visibles à partir de leur morphologie. Kesara a maintenant examiné les haplotypes d'ADN de chloroplaste à travers l'Islande ainsi que les preuves d'une introgression étendue entre les espèces via des hybrides 3x impliquant des génomes entiers des deux Betula nana et B. pubescent.

Il reste encore quelques présentations, puis je partirai pour des visites de laboratoires. Je suis désolé de ne pas pouvoir tout couvrir, mais j'espère que cet aperçu de cette conférence passionnante sera utile à certains. Il est clair que nous sommes entrés dans une ère post-génomique, et les approches cytogénétiques font des progrès considérables dans ce nouveau contexte.