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Génétique Quantitative et Évolution - Le Moulon

Génomique fonctionnelle de la reproduction sexuée : le cas de Candida glabrata

Par des approches de génétique moléculaire, y compris par l’utilisation du système CRISPR-Cas9, l'équipe SECF de GQE-Le Moulon a mis en évidence de nouvelles particularités d’un système génétique étudié depuis longtemps pour l'étude de la réparation des cassures chromosomiques. Menés dans le cadre de la thèse de Laëitia Maroc, ces travaux sont publiés dans PLoS Genetics.

Le cycle sexué des levures, les champignons unicellulaires, est basé sur la présence de deux types sexuels au sein des populations. Ces types sexuels sont portés par les cellules haploïdes et permettent le croisement pour générer des diploïdes. Certaines espèces de levures, dont la levure modèle, la levure de boulangerie Saccharomyces cerevisiae, sont capables d’effectuer un changement de type sexuel, permettant ainsi à une cellule haploïde isolée, de produire des descendants des deux types sexuels opposés, et permettant finalement le croisement entre cellules-clones.

Photo d'une colonie de levures

Culture de C. glabatra sur une boîte de Petri - Internet Archive

Ce système de changement de type sexuel repose sur l’induction d’une cassure chromosomique au locus MAT, causée par l’endonucléase Ho. Cette cassure est réparée par recombinaison homologue, en utilisant une copie silencieuse, HML ou HMR, du type opposé, comme modèle. L’étude de ce phénomène dans la levure de boulangerie, depuis plus de 30 ans, a permis de découvrir des mécanismes fondamentaux et universels de la réparation des cassures chromosomiques.

Certaines espèces de levure, pathogènes opportunistes des humains, n’ont pas de cycle sexué apparent, et se reproduisent par mitose. Cette perte de la reproduction sexuée s’accompagne de la perte de la capacité à changer de type sexuel, alors que tous les gènes gouvernant la reproduction et le changement de type sexuel, y compris le gène codant Ho, sont conservés dans les génomes. C’est le cas de Candida glabrata, deuxième pathogène fongique de l’humain après Candida albicans.

L’équipe SECF du Moulon, s’intéressant à la reproduction sexuée de C. glabrata, a montré précédemment que l’expression de l’endonucléase Ho de levure de boulangerie induit le changement de type sexuel chez C. glabrata, ce qui ne se produit pas naturellement. Ce changement s’accompagne d’une létalité élevée, pour laquelle l’hypothèse la plus simple était que l’endonucléase coupait non seulement le locus actif, MAT, mais aussi les locus silencieux, empêchant la réparation (Boisnard et al., PLOSONE, 2015).

schéma des résultats

Survie de différentes souches lors de l'induction de l'expression de Ho. Deux fonds génétiques différents ont été utilisés, histogrammes en gris et noir. Les trois locus sont représentés à gauche, en rouge les locus alpha, en bleu les locus a. Les barres jaunes représentent les sites Ho et les cercles barrés les sites Ho mutés et non coupés.

Aujourd’hui, l’équipe publie la suite de ses travaux dans PLOS Genetics. En modifiant le nombre de sites sur les chromosomes, ils ont elle a montré qu’une seule coupure par Ho au locus MAT, est létale, alors que deux coupures simultanées aux locus HML et HMR ne le sont pas. Le système CRISPR-Cas9 a aussi été utilisé pour causer la cassure chromosomique et induire le changement de type sexuel, avec succès et sans létalité associée, démontrant pour la première fois l’efficacité du système CRISPR-Cas9 dans le changement de type sexuel chez C. glabrata.

Ainsi, l’association de l’endonucléase Ho et d’un site particulier du génome est létale, alors que la même coupure ailleurs dans le génome ne l’est pas. Ce résultat étonnant ne correspond à rien de décrit chez la levure modèle, démontrant à nouveau l’intérêt de ce système pour étudier les propriétés des locus génomiques, ici dans de nouvelles espèces.

Par ailleurs, la conservation des éléments du système dans le génome de C. glabrata, accompagnée du phénotype de létalité quand on force le système à fonctionner, suggère que le système a évolué mais conserve une fonction qui demande à être explorée également dans la levure modèle. Ainsi, ce système génétique n'a probablement pas encore révélé tous ses secrets, malgré des décennies d'étude dans la levure de boulangerie.

Références

Maroc L, Zhou-Li Y, Boisnard S, Fairhead C. (2020) A single Ho-induced double-strand break at the MAT locus is lethal in Candida glabrata. PLoS Genet, 10 (16) e1008627
Boisnard S, Zhou Li Y, Arnaise S, Sequeira G, Raffoux X, Enache-Angoulvant A, Bolotin-Fukuhara M, Fairhead C. (2015) Efficient Mating-Type Switching in Candida glabrata Induces Cell Death. PLoS ONE, 10 (10) e0140990

Contact

Cécile Fairhead