La recombinaison dans les organelles de plantes

Les plantes utilisent des mécanismes de recombinaison spécifiques pour préserver les génomes de leurs organelles. Comme la plupart des génomes des organelles de plantes à

fleurs sont homoplasmiques (tous les génomes d’une organelle sont identiques) et transmis de façon uniparentale, la fonction principale de la machinerie de recombinaison des organelles consiste à réparer les dommages à l’ADN et non à générer de la diversité génétique (revue dans (44)).

L’ADNpt apparaît remarquablement uniforme lorsqu’il est examiné avec des techniques classiques telles que le buvardage de type Southern. Normalement, dans les plastides de la plupart des angiospermes, le seul événement de recombinaison fréquent et facilement observable a lieu entre les deux longues séquences répétées inversées produisant deux isomères du génome (123). Le développement de techniques de transformation des chloroplastes chez une algue verte d’abord (124) puis chez les angiospermes ensuite (125) a confirmé la présence d’un système actif et efficace de HR dans ces organelles. La longueur minimale d’homologie nécessaire pour que l’ADN transformé soit intégré efficacement par HR dans le génome plastidique semble être autour de 50-100 pb (126, 127). Au cours de l’évolution des plantes, une faible fréquence de recombinaison entre de très petites régions répétées a été également été observée (128, 129).

L’utilisation récente de techniques plus sensibles a révélé une complexité insoupçonnée dans le génome plastidique qui suggère que même en conditions de croissance normales, la fidélité de la machinerie de recombination n’est pas absolue. Des études d’hybridation fluorescente in situ (FISH) ont montré que des molécules réarrangées d’ADNpt représentent de 0,8 à 2 % de toutes les molécules d’ADNpt présents dans les chloroplastes d’Arabidopsis et de tabac (40). Ces molécules pourraient être issues de la recombinaison entre de courtes sequences répétées ou encore être produites par clivage et fusion de fragments du génome plastidique.

La réparation de bris par la machinerie de recombinaison dans les plastides a également été documentée. Ainsi, des évidences pour le mécanisme SDSA dans le chloroplaste de l’algue verte Chlamydomonas reinhardtii ont été rapportées suite à l’observation de produits de conversion génique sans crossing-over engendrés par le clivage d’une région de l’ARN23S par l’endonucléase I-CreI (130). Une étude plus récente, également chez C. reinhardtii, démontre que le chloroplaste de cet organisme peut utiliser 3

voies de réparation de l’ADN par HR (131). Ainsi, cette étude présente de nouvelles évidences pour le SDSA, démontre l’existence de la voie de DSBR et également la réparation de bris double-brins par single-strand annealing (SSA). La production de délétions dans le génome du chloroplaste via des répétitions aussi petites que 15 pb suggère aussi la présence du MMEJ dans cette organelle.

Le fait que chaque organelle contienne plusieurs copies d’un même génome et que ces génomes soient assemblés sous forme de nucléoïdes pourrait favoriser des mécanismes de réparation conservateurs. En effet, la présence de plusieurs copies sauvages du génome augmente la probabilité de réparation d’un génome muté et diminue d’autant la probabilité de fixation de cette nouvelle allèle dans le génome. Un tel lien entre la polyploïdie et un faible taux de mutation a été établi dans les chloroplastes de tabac dans lesquels la conversion génique s’est avérée très efficace pour la réparation de mutations (132).

L’existence d’un mécanisme de recombinaison homologue du type NHEJ dans les plastides n’a pas encore été démontrée. De fait, des études de mobilisation d’un transposon bactérien dans le génome chloroplastique du tabac semblent indiquer que cette voie ne serait pas utilisée par les plastides. En effet, les auteurs de cette étude ont été incapables de trouver des génomes plastidiques ayant réparé le bris double-brin provoqué par l’excision du transposon via un mécanisme de NHEJ (133). Cependant, il demeure possible que ces résultats soient dus à une particularité du système de transposition utilisé.

Les évidences pour la recombinaison dans le génome mitochondrial des plantes sont également nombreuses. Le génome mitochondrial des angiospermes contient plusieurs séquences répétées relativement longues (> 1 kb) et il est bien établi que la recombinaison homologue intra- ou intermoléculaire entre ces répétitions résulte en une organisation multipartite de l’ADNmt (revue dans (134)). De plus, des sous-génomes réarrangés (sublimons), produits par la recombinaison entre de courtes séquences répétées (> 100 pb) sont présents en quantités sub-stoechiométriques (moins abondants que le génome sauvage) dans les mitochondries normales de plantes. Ceci complexifie d’autant la structure du génome mitochondrial (135, 136). Étant donné qu’il est plutôt riche en séquences répétées

(22 paires de séquences répétées 100 % homologues et > 100 pb dans le génome mitochondrial de l’écotype C24 d’Arabidopsis), un strict contrôle sur la recombinaison homologue est important pour la stabilité du génome mitochondrial (2). Effectivement, la recombinaison non-contrôlée dans l’ADNmt des plantes peut entraîner des modifications importantes dans le patron d’expression des gènes mitochondriaux voire même la création de nouveaux cadres de lecture ouverts (ORFs). Ce phénomène s’appelle le shift stoichiométrique. Cela peut induire différents phénotypes incluant la stérilité mâle cytoplasmique (Cytoplasmic male sterility (CMS)), l’apparition de bandes non- chromosomales jaunes/blanches (Non-chromosomal stripes (NCS)) chez les monocotylédons ou encore la variégation (secteurs jaunes/blancs à la surface des feuilles) chez les dicotylédons (137). Le mauvais fonctionnement des chloroplastes dans ces plantes serait possiblement dû à une perturbation des interactions entre les plastides et les mitochondries mutantes. Le CMS quant à lui est souvent associé à une déficience dans la production de pollen fertile lorsque les mitochondries ne fonctionnement pas adéquatement (revue dans (138)).

1.1.5.12 Protéines impliquées dans la recombinaison dans les organelles