Genetic analysis of an hybrid sterility in Arabidopsis thaliana | Analyse génétique d'une stérilité hybride chez Arabidopsis thaliana

英语. Species differentiation and the underlying genetics of reproductive isolation are central topics in evolutionary biology. Hybrid sterility is one kind of reproductive barrier that can lead to differentiation between species. Here, we analyze the complex genetic basis of the intraspecific hybrid male sterility that occurs in offspring of two distant natural strains of Arabidopsis thaliana, Shahdara and Mr-0, with Shahdara as the female parent. Using genetic approaches as well as cytological observation of pollen viability, we demonstrate that this particular hybrid sterility results from two causes of pollen mortality. First, the Shahdara cytoplasm induces gametophytic cytoplasmic male sterility controlled by several nuclear loci. Second, several segregation distorters leading to allele-specific pollen abortion (pollen killers) operate in the hybrids. The complete sterility of the hybrid with the Shahdara cytoplasm results from the genetic linkage of the two causes of pollen mortality, i.e. CMS nuclear determinants and pollen killers. One pollen killer was localized in a 70 Kb interval which also contains restorer alleles for the CMS. This locus is complex and harbors many structural variations, particularly at PPR genes. Our results suggest that two types of genomic conflicts, CMS and segregation distorters, may coevolve in natural populations and contribute to reproductive isolation, and possibly to speciation.

法语. Un objectif central de la biologie évolutive est la compréhension des mécanismes qui conduisent à la formation de nouvelles espèces. Les stérilités hybrides constituent un type de barrières reproductives pouvant mener à la spéciation. Ce travail dissèque les bases génétiques d’une stérilité mâle observée chez l'hybride entre deux accessions naturelles d'Arabidopsis thaliana, Shahdara et Mr-0, lorsque Shahdara est le parent femelle. Par des approches génétiques et cytologiques, nous montrons que deux phénomènes interviennent dans cette stérilité. D'une part le cytoplasme de Shahdara induit une stérilité mâle cytoplasmique (CMS), en interaction avec plusieurs locus nucléaires. D'autre part, une létalité pollinique est due à plusieurs locus distorteurs de ségrégation (pollen killers). La stérilité de l'hybride résulte d'une liaison génétique entre les déterminants nucléaires de la CMS et les pollen killers. L'un des pollen killers a été localisé dans un intervalle de 70 Kb qui contient également des éléments nécessaires à la restauration de la CMS. Ce locus est complexe et présente de nombreuses variations structurales, notamment au niveau de gènes PPR. Ces résultats suggèrent que deux types de conflits génomiques, les distorteurs de ségrégation et la CMS, pourraient coévoluer dans des populations naturelles et conduire à l’élaboration de barrières reproductives au sein d'une même espèce.