Regulation of meiotic crossover frequency and DNA break repair in Arabidopsis thaliana | Regulation of meiotic crossover frequency and DNA break repair in Arabidopsis thaliana

English. During meiosis, homologous recombination (HR) is essential to repair programmed DNA double-strand breaks (DSBs) to maintain genome stability and it also contributes to enhancing genetic diversity. Indeed, a subset of those DSBs is repaired as crossovers (COs), which are reciprocal DNA exchanges between the parental genomes. In plants, RECQ4 has been identified as an anti-CO factor, and the Arabidopsis recq4 mutant displays a 6-fold increase in CO frequency. Since the anti-CO effect of RECQ4 is conserved in crops, the control of RECQ4 activity is of great interest to improve breeding strategies. The main objective of my PhD was the development of a chemical screening system on Arabidopsis seedlings to identify chemical inhibitors of RECQ4 activity. Based on the synthetic growth phenotypes of the recq4 Arabidopsis mutant in combination with other mutants, we screened over 20,000 molecules using seedling growth as a detection method. These screens allowed for the identification of 399 candidate molecules that affect the growth of Arabidopsis mus81 mutants in the same way as the recq4 mutation does. These potential inhibitors open new possibilities for breeding strategies but require further research to test their effect on meiotic recombination. The second objective of my PhD was the characterisation of FIGL1 functions during meiotic DNA repair in Arabidopsis. During HR, RAD51 and DMC1 recombinases initiate accurate DNA repair through strand invasion, regulated by various factors. FIGL1 acts as a negative regulator of RAD51 and DMC1 accumulation during meiosis, suggesting its involvement in strand invasion regulation. However, the underlying mechanism of FIGL1 activity and its relationship with various regulators of strand invasion are not fully understood. During my PhD, I investigated the genetic interaction between figl1 and a series of mutants involved either in the regulation of RAD51 and DMC1 or in the structure of the meiotic chromosome axis using genetic and cytological analysis. My results reveal a role of FIGL1 in meiotic DSB repair when combined with some specific mutants. Overall, this study contributes to shedding light on the fundamental mechanism of strand invasion regulation in Arabidopsis during meiotic DNA repair.

French. Au cours de la méiose, la recombinaison homologue (RH) est essentielle pour réparer les cassures double-brin (CDB) de l'ADN induites afin de maintenir la stabilité du génome et elle contribue également à accroître la diversité génétique. En effet, un sous-ensemble de ces CDB est réparé sous forme de crossing-over (COs), qui sont des échanges réciproques d'ADN entre les génomes parentaux. Chez les plantes, RECQ4 a été identifié comme un facteur anti-CO, et le mutant recq4 d'Arabidopsis présente une fréquence de CO multipliée par 6. Comme l'effet anti-CO de RECQ4 est conservé dans les plantes cultivés, le contrôle de l'activité de RECQ4 suscite un grand intérêt pour améliorer les stratégies de sélection. L'objectif principal de ma thèse était le développement d'un système de criblage chimique sur les plantules d'Arabidopsis afin d'identifier les inhibiteurs chimiques de l'activité de RECQ4. Sur la base des phénotypes de croissance synthétiques du mutant recq4 d'Arabidopsis en combinaison avec d'autres mutants, nous avons criblé plus de 20 000 molécules en utilisant la croissance des plantules comme méthode de détection. Ces criblages ont permis d'identifier 399 molécules candidates qui affectent la croissance des mutants mus81 d'Arabidopsis de la même manière que la mutation recq4. Ces inhibiteurs potentiels ouvrent de nouvelles possibilités pour les stratégies de sélection, mais nécessitent des recherches supplémentaires pour tester leur effet sur la recombinaison méiotique. Le deuxième objectif de ma thèse était la caractérisation des fonctions de FIGL1 pendant la réparation méiotique de l'ADN chez Arabidopsis. Au cours de la RH, les recombinases RAD51 et DMC1 initient une réparation précise de l'ADN par l’invasion simple brin, régulée par divers facteurs. FIGL1 agit comme un régulateur négatif de l'accumulation de RAD51 et DMC1 au cours de la méiose, ce qui suggère son implication dans la régulation de l'invasion simple brin. Cependant, le mécanisme sous-jacent de l'activité de FIGL1 et sa relation avec les divers régulateurs de l'invasion des brins ne sont pas entièrement compris. Au cours de ma thèse, j'ai étudié l'interaction génétique entre FIGL1 et une série de mutants impliqués soit dans la régulation de RAD51 et DMC1, soit dans la structure de l'axe chromosomique méiotique, en utilisant des analyses génétiques et cytologiques. Mes résultats révèlent un rôle de FIGL1 dans la réparation des CDB méiotiques lorsqu'il est associé à certains mutants spécifiques. Dans l'ensemble, cette étude contribue à mettre en lumière le mécanisme fondamental de régulation de l'invasion simple brin et de réparation de l’ADN pendant la méiose d’Arabidopsis.