1. Bread wheat TaSPO11‐1 exhibits evolutionarily conserved function in meiotic recombination across distant plant species
- Author
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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), 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 National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), 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), French government IDEX-ISITE initiative 16-IDEX-0001 (CAP20-25), 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), and Institut Curie [Paris]-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
- Subjects
0106 biological sciences ,0301 basic medicine ,[SDV]Life Sciences [q-bio] ,Plant Science ,[SDV.GEN] Life Sciences [q-bio]/Genetics ,01 natural sciences ,F30 - Génétique et amélioration des plantes ,Arabidopsis ,[SDV.GEN.GPL] Life Sciences [q-bio]/Genetics/Plants genetics ,wheat ,Conserved Sequence ,Triticum ,ComputingMilieux_MISCELLANEOUS ,Plant Proteins ,2. Zero hunger ,Genetics ,meiotic recombination ,biology ,phytogénétique ,food and beverages ,Protéine ,Complementation ,[SDV] Life Sciences [q-bio] ,Meiosis ,Ploidy ,Méiose ,Spo11 ,Gene Transfer, Horizontal ,Aegilops ,SPO11-1 ,Triticum aestivum ,[SDV.CAN]Life Sciences [q-bio]/Cancer ,Genes, Plant ,Evolution, Molecular ,[SDV.GEN.GPL]Life Sciences [q-bio]/Genetics/Plants genetics ,03 medical and health sciences ,Aegilops tauschii ,protein evolution ,Gene ,[SDV.GEN]Life Sciences [q-bio]/Genetics ,Génome ,Arabidopsis Proteins ,fungi ,Oryza ,[SDV.BBM.BM]Life Sciences [q-bio]/Biochemistry, Molecular Biology/Molecular biology ,Cell Biology ,biology.organism_classification ,[SDV.BV.AP]Life Sciences [q-bio]/Vegetal Biology/Plant breeding ,030104 developmental biology ,Triticum urartu ,grasses ,biology.protein ,Homologous recombination ,Sequence Alignment ,010606 plant biology & botany - 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.
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- 2020
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