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Bread wheat TaSPO11‐1 exhibits evolutionarily conserved function in meiotic recombination across distant plant species

Authors :
Alain Nicolas
Giacomo Bastianelli
Emmanuel Guiderdoni
Robin Michard
Ian Fayos
Olivier Da Ines
Charles I. White
Pierre Sourdille
Génétique, Reproduction et Développement - Clermont Auvergne (GReD)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Clermont Auvergne (UCA)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)
Génétique, Reproduction et Développement (GReD)
Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université Clermont Auvergne [2017-2020] (UCA [2017-2020])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Génétique Diversité et Ecophysiologie des Céréales (GDEC)
Université Clermont Auvergne [2017-2020] (UCA [2017-2020])-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)
SAS Meiogenix France
Amélioration génétique et adaptation des plantes méditerranéennes et tropicales (UMR AGAP)
Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)
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Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)
Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)
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French National Research Agency (ANR) 2014/1020
CNRS
INSERM
INRAE
Université Clermont Auvergne
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Clermont Auvergne [2017-2020] (UCA [2017-2020])-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)
Meiogenix
Dynamique de l'information génétique : bases fondamentales et cancer (DIG CANCER)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Curie [Paris]-Sorbonne Université (SU)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (Inserm)
ANRT CIFRE grant no. 2014/1020
ANR-16-IDEX-0001,CAP 20-25,CAP 20-25(2016)
Sourdille, Pierre
CAP 20-25 - - CAP 20-252016 - ANR-16-IDEX-0001 - IDEX - VALID
Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Institut Agro - Montpellier SupAgro
Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)
Institut Curie [Paris]-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Source :
Plant Journal, Plant Journal, Wiley, 2020, 103 (6), pp.2052-2068. ⟨10.1111/tpj.14882⟩, Plant Journal, Wiley, 2020, 103, pp.2052-2068. ⟨10.1111/tpj.14882⟩, Plant Journal, 2020, 103, pp.2052-2068. ⟨10.1111/tpj.14882⟩
Publication Year :
2020
Publisher :
HAL CCSD, 2020.

Abstract

International audience; The manipulation of meiotic recombination in crops is essential to develop new plant varieties rapidly, helping to produce more cultivars in a sustainable manner. One option is to control the formation and repair of the meiosis-specific DNA double-strand breaks (DSBs) that initiate recombination between the homologous chromosomes and ultimately lead to crossovers. These DSBs are introduced by the evolutionarily conserved topoisomerase-like protein SPO11 and associated proteins. Here, we characterized the homoeologous copies of the SPO11-1 protein in hexaploid bread wheat (Triticum aestivum). The genome contains three SPO11-1 gene copies that exhibit 93-95% identity at the nucleotide level, and clearly the A and D copies originated from the diploid ancestors Triticum urartu and Aegilops tauschii, respectively. Furthermore, phylogenetic analysis of 105 plant genomes revealed a clear partitioning between monocots and dicots, with the seven main motifs being almost fully conserved, even between clades. The functional similarity of the proteins among monocots was confirmed through complementation analysis of the Oryza sativa (rice) spo11-1 mutant by the wheat TaSPO11-1-5D coding sequence. Also, remarkably, although the wheat and Arabidopsis SPO11-1 proteins share only 55% identity and the partner proteins also differ, the TaSPO11-1-5D cDNA significantly restored the fertility of the Arabidopsis spo11-1 mutant, indicating a robust functional conservation of the SPO11-1 protein activity across distant plants. These successful heterologous complementation assays, using both Arabidopsis and rice hosts, are good surrogates to validate the functionality of candidate genes and cDNA, as well as variant constructs, when the transformation and mutant production in wheat is much longer and more tedious.

Details

Language :
English
ISSN :
09607412 and 1365313X
Database :
OpenAIRE
Journal :
Plant Journal, Plant Journal, Wiley, 2020, 103 (6), pp.2052-2068. ⟨10.1111/tpj.14882⟩, Plant Journal, Wiley, 2020, 103, pp.2052-2068. ⟨10.1111/tpj.14882⟩, Plant Journal, 2020, 103, pp.2052-2068. ⟨10.1111/tpj.14882⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....ad6ff56fc8cffae21e9eac3273a9e3bc