Génétique Formelle et Moléculaire 1

Génétique classique ou formelle ou « mendélienne »

On s'intéresse à l'observation d'un caractère et à sa transmission à la génération suivante suite à un croisement.

Génétique moléculaire

On s'intéresse aux molécules impliquées dans le maintien, la dissémination et le contrôle de l'expression du patrimoine génétique.

Génétique des populations

On s'intéresse à la variation génétiqued'un caractère à travers et dans une population. L'intérêt se porte de plus en plus vers les variations génétiques au niveau moléculaire.

Génétique quantitative

C'est l'étude des caractères complexes gouvernés par plusieurs gènes indépendants.

Un peu d'histoire... (1)

Gregor Mendel (moine tchèque, 1822-1884)

• Expériences menées sur le pois (Pisum sativum).

• Publication des résultats deses travaux en 1866 : "Versuche über Pflanzenhybriden".

• Étude de 7 caractères "simples" (forme, couleur des graines, des gousses, des fleurs, etc.) faciles à visualiser.

• Deux années de sélection de « lignées pures ».

• Mendel a proposé l'existence de « facteurs » responsables de la transmission des caractères, et non les caractères eux-mêmes. Ces facteurs ont été par la suite nommés « Gènes » par Wilhelm Johannsen (botaniste danois).

• Trois lois de Mendel (publiées après Mendel par Carl Correns en 1900) :

  1. Loi d'uniformité des hybrides de 1ère génération.

  2. Loi de disjonction (ségrégation) des caractères en 2ème générationd'un croisement dihybride.

  3. Loi d'indépendance des caractères.

Un peu d'histoire... (2)

Hugo de Vries (botaniste néerlandais, 1848-1935)

• Redécouvre les lois de Mendel en 1900, indépendamment de Carl Correns et Erich von Tschermak-Seysenegg.

• Étudie l'herbe aux ânes, observant des variations brusques qu'il nomme « mutations ».

• Soupçonne que ces mutations contribuent à l'évolution des espèces.

Theodor Boveri (biologiste allemand, 1862 - 1915) et Walter Sutton (médecin, généticien US, 1877- 1916)

• Proposent que les chromosomes soient porteurs de l'information génétique (Théorie chromosomique de l'hérédité), basée sur :

  • Le développement embryonnaire de l'oursin (Boveri).

  • La méiose chez la sauterelle (Sutton).

Thomas Morgan (zoologiste US, 1866 - 1945); Prix Nobel de physiologie en 1933

• Travaux sur la drosophile (Drosophila melanogaster), visant à valider les théories des mutations.

• Initialement opposé à la théorie chromosomique, il l'a confirmée en observant une mutation d'yeux blancs chez le mâle, associée aux chromosomes sexuels (premier cas d'hérédité liée au sexe).

• Son équipe développe la notion de ségrégation non-indépendante des caractères : la liaison génétique.

Génétique qualitative (caractères « discrets » ou « discontinus »)

Étudiée par Mendel, de Vries, Morgan, elle est caractérisée par :

• La nature définie des caractères (descriptive).

• Une variation discontinue : classes généralement bien définies.

• Chaque gène est détecté par son effet propre.

• Analyse de la descendance par croisements individuels.

• Analyse ségrégationnelle par dénombrement et calcul de proportion.

Les caractères discrets sont généralement déterminés par un nombre restreint de gènes, dont les effets sont peu influencés par l'environnement.

Génétique quantitative (caractères « continus »)

Caractérisée par :

• Le degré d'un caractère (mesure plutôt que description).

• Une variation continue du degré du caractère, souvent à distribution normale.

• Un déterminisme polygénique (plusieurs gènes peuvent contribuer). L'effet de chaque gèneest souvent indiscernable individuellement.

• Analyse d'une population complète, sans croisements contrôlés.

• Estimation des paramètres statistiques des populations.

Ces éléments sont essentiels pour l'amélioration des espèces.

Mono- et poly-hybridisme

Il s'agit de croisements entre individus qui diffèrent pour un (mono-) ou plusieurs (poly-) caractères.

Monohybridisme

a) Phénotype

Le phénotype est l'ensemble de toutes les caractéristiques qualifiables ou quantifiables d'un organisme.

• Il peut être visible :

  • à l'œil nu (ex: couleur, taille, comportement).

  • après une série de tests (ex: groupes sanguins).

• Le phénotype résulte de l'expression d'un gène ou d'un groupe de gènes, à un moment donné, dans un environnement précis.

• Un changement dans les conditions environnementales peut faire varier le phénotype.

  • Cas connu: couleur du pelage des lapins de la lignée himalayenne.

  • Facteurs environnementaux pouvant influencer le phénotype: pH, intensité lumineuse, température, pression, régime alimentaire.

• Dans ce cours, nous verronspeu d'exemples de gènes dont l'expression est affectée par l'environnement.

b) Génotype

Le génotype est l'ensemble des gènes qui constitue un individu.

• En monohybridisme,on s'intéresse aux différentes formes d'un seul gène.

• Les différentes formes d'un gène sont dénommées : les ALLÈLES.

• Allèles : toutes les formes possibles que peut prendre un gène (ex: sauvage (normal) / mutant (anormal)). Il peut y avoir plusieurs allèles mutants ou sauvages différents.

Organisation des allèles chez les organismes diploïdes (2n)

• Les diploïdes possèdent 2 copies de chaque gène, donc aumaximum 2 allèles différents ou non.

• Considérons le gène A avec deux allèles « A » et « a ». Trois modes d'association sont possibles :

  • AA : homozygote

  • Aa : hétérozygote

  • aa : homozygote

• Les gamètes sont haploïdes (1n ou n) et reçoivent seulement un des deux allèles de l'individu diploïde.

Notion de « lignée pure » ou « race pure»

• Groupe d'individus dont les stocks génétiques pour les caractères considérés sont identiques.

• Seules l'autofécondation ou les croisements entre parents très proches (consanguinité) sur plusieurs générations peuvent engendrer des lignées pures (individus homozygotes pour la quasi-totalité des gènes).

c) Relations entre allèles

Notion de Dominance / Récessivité

• Chez les individus homozygotes (AA ou aa), le phénotype correspond à l'allèle présent en2 copies.

• Chez les individus hétérozygotes (Aa), si un seul des deux allèles s'exprime, il y a dominance/récessivité :

  • L'allèle qui s'exprime est dominant.

  • L'allèlemasqué est récessif.

• Nomenclature :

  1. Allèles d'un même gène sont notés avec la même lettre ou symbole.

  2. Allèle dominant : majuscule ou signe « +».

  3. Allèle récessif : minuscule ou signe « - ».

  4. La lettre choisie est souvent la première ou trois premières lettres du phénotype récessif (ex: albinisme).

• Ex: Pour l'albinisme :

  • Symbole 1 lettre : A ou A+ ou a+ = dominant (phénotype pigmenté) ; a ou a- = récessif (phénotype albinos).

  • Symbole3 lettres : Alb ou ALB ou Alb+ ou ALB+ = dominant ; alb ou alb- = récessif.

  • AA = homozygote pigmenté

  • Aa = hétérozygote pigmenté (souvent qualifiéde « porteur »)

  • aa = homozygote albinos (non pigmenté)

• Les hétérozygotes peuvent transmettre l'allèle récessif à leur descendance, qui pourra s'exprimer à l'état homozygote.

Notion de Codominance

• Exemple : le système ABO des groupes sanguins, avec 3 allèles du gène I : , et i (récessif). $\begin{array}{l} \mathbf{I^A I^A = \text{groupe } A} \\ \mathbf{I^B I^B = \text{groupe } B} \\ \mathbf{\text{i } i = \text{groupe }O} \\ \mathbf{I^A i = \text{groupe } A} \\ \mathbf{I^B i = \text{groupe } B} \\ \mathbf{I^A I^B = \text{groupe } AB} \end{array}" data-type="inline-math"></span>$

• En cas de codominance (), les deux allèles s'expriment et l'individu hétérozygote présente un phénotype combinant ceux des homozygotes correspondants.

• Symbolisme : Unelettre pour le gène (majuscule pour dominant/codominant, minuscule pour récessif), et en exposant une lettre pour caractériser chaque allèle.

Notion de Dominance Incomplète

• Le phénotype de l'hétérozygote est intermédiaire entre ceux des deux homozygotes (ex: fleur rose issue de croisements rouge x blanc).

Notion de létalité

• Les allèles létaux (souvent mutants) causent la mort de l'individu avant maturité (période pré ou post-natale).

  • Si l'allèle létal est dominant, les hétérozygotes meurent. Cet allèle disparaît de la population et il n'y a pas d'individus « porteurs ».

  • Sil'allèle létal est récessif, seuls les homozygotes meurent. L'hétérozygote peut être normal ou présenter des déficiences.

• Exemple : Gène lié à la production de chlorophylle chez la Gueule de loup (muflier).

  Génotype	Phénotype
  CC	vert, Qté normale de chlorophylle
  Cc	vert clair (dominance imparfaite)
  cc	létal (mort)

• Exemple : Le chat Manx (de l'île de Man)est hétérozygote pour un allèle létal récessif, ce qui explique l'absence de queue et d'autres particularités.

Notion de pénétrance et expressivité

• La pénétrance est la capacité d'un gène à s'exprimer phénotypiquement (exprimée en %).

  • Pénétrance complète (p = 100%) : Tous les individus porteurs du gène expriment le caractère.

  • Pénétrance incomplète (0% ≤ p < 100%) : Tous les individus porteurs du gène n'expriment pas forcément le caractère.

  • Calcul : p = (nombre d'individus présentant le caractère / nombre d'individus porteurs du gène) * 100.

• L'expressivité est le degré d'intensité de l'expression du phénotype, même si le caractère est pénétrant. Elle peut varier d'un individu à l'autre (ex: intensité de pigmentation).

Notion de systèmes (séries) plurialléliques

• Un gène peut avoir plus de 2 allèles différents. Chez les diploïdes, un individu ne possède au maximum que 2 allèles.

• Les systèmes plurialléliques sont des séries d'allèles d'un même gène (plus de 2) conduisant à des phénotypes différents.

• Exemple : La coloration de l'œil de la Drosophile, avec des centaines d'allèles différents.

  • Les 12 allèles les plus connus : w⁺ > wco > wbl > we > wch > wa > wh > whf > wt > wp > wi > w

  • Significations : rouge corail sang éosine cerise abricot miel fauve teinté perle ivoire blanc.

• Autre exemple : Le système ABO des groupes sanguins (3 allèles : , et i).

Les croisements dans un cas de monohybridisme

Exemple : couleur du pelage chez le cochon d'Inde.

• 1 caractère (monogénique).

• 1 allèle dominant : B (noir).

• 1 allèle récessif : b (blanc).

Croisements de 1ère génération (F₁)

Parents homozygotes (lignées pures) :

• F₁ : uniformes.

• F₂ : ségrégation des caractères.

Croisements de 2nd génération (F₂)

La génération F₂ est le produit du croisement au hasard de deux individus de F₁ de sexes différents. Si les parents F₁ sont Bb x Bb (mâles noirs avec femelles noires), voici le tableau de croisement :

Résultat F₂ : ¼ BB (noir) : ½ Bb (noir) : ¼ bb (blanc) soit ¾ noirs : ¼ blancs.

Croisements particuliers

1) Le croisement test ou « testcross »

Un croisement test consiste à croiser l'individu dont on veut tester le génotype avec un individu homozygote récessif pour le caractère considéré.

• Il utilise un parent « testé » (génotype inconnu) et un parent « testeur » (homozygoterécessif, ex: bb).

• Exemple : test d'un mâle noir (B_).

  • Si le mâle (parent testé) est hétérozygote Bb, il produit 2 types de gamètes (B et b). La descendance ducroisement Bb x bb donnera 2 phénotypes différents (noirs et blancs dans une proportion 1:1).

  • Si la femelle (parent testé) est homozygote BB, elle produit 1 seul type de gamètes (B). La descendance du croisement BB x bbdonnera 1 seul phénotype (noir).

2) Le rétrocroisement ou « backcross »

Un rétrocroisement consiste à croiser un individu de F1 avec l'un de ses parents (de sexe opposé) ou avec un individu possédant le même génotype que le parent concerné.

• Le rétrocroisement peut servir de croisement test ou être utilisé pour produire des lignées pures.

• Exemple : Parent P : BB x bb. F1: Bb.

  • Backcross F1 : Bb x BB (un des parents).

  • Descendance du backcross : ½ BB : ½ Bb (toute la descendance est noire).

Arbre généalogique ou pedigree

Exemple : transmission de la couleur du pelage chez le cochon d'Inde.

• Si une femelle III1 est noire, elle porte au moins un allèle B.

• Sans information supplémentaire, il est difficile de déterminer si elle est homozygote(BB) ou hétérozygote (Bb).

Les gamètes produits par un cochon d'Inde BbLl (double hétérozygote) : ¼ BL, ¼ Bl, ¼ bL, ¼ bl.

Plus généralement, pour 2 couples d'allèles non liés :

Dihybridisme

• Étude de 2 caractères déterminés par des gènes différents (ségrégation de 2 gènes).

• Chaque gène a 1 allèle dominant et 1 allèle récessif.

• Cas simple : les 2 gènes sont indépendants.

Testcross dans un cas de dihybridisme

• Concerne un double hétérozygote (ex: BbLl) croisé avec un double homozygote récessif (bbll).

• Donne des proportions 1:1:1:1 pour les génotypes et phénotypes des descendants (ex: ¼ BbLl noir, poils courts ; ¼ Bbll noir, poils longs ; ¼ bbLl blanc, poils courts ; ¼ bbll blanc, poils longs).

• Si l'un des parents est simple hétérozygote (ex: BbLl x bbLl), la descendance sera différente (ex: ½ BbLl noir, poils courts ; ½ Bbll noir, poils longs).

Analyse des croisements dihybrides (2 gènes)

1) Méthode du tableau des gamètes

Appliquée pour une F1 (BbLl) x F1 (BbLl) :

Bilan en F₂ :

• Génotypes : 1/16 BBLL, 1/8 BBLl, 1/16 BBll, 1/8 BbLL, 1/4 BbLl, 1/8 Bbll, 1/16 bbLL, 1/8 bbLl, 1/16 bbll.

• Phénotypes : 9/16 noir, court ; 3/16 noir, long ; 3/16 blanc, court ; 1/16 blanc, long.

2) Méthode du tableau des génotypes ou des phénotypes

Tableau des génotypes (F₁ : BbLl x BbLl)

Pour le caractère coloration (Bb x Bb) : ¼ BB, ½ Bb, ¼ bb.
Pour le caractère longueur du poil (Ll x Ll) : ¼ LL, ½ Ll, ¼ ll.

Tableau des phénotypes (F₁ : BbLl x BbLl)

Pour lacoloration : ¾ noirs, ¼ blancs.
Pour la longueur du poil : ¾ courts, ¼ longs.

3) Méthode du système branché

• Permet de déterminer les génotypes et phénotypes en F₂ de manière arborescente.

Exemple pratique d'analyse des groupes sanguins chez les bovins

L'analyse des groupes sanguins est utile pour établir des parentés douteuses. La présence d'un antigène est dominante sur son absence.

Tableau des groupes sanguins :

Exemple d'hérédité humaine (couleur des cheveux)

Allèle récessif « r » : cheveux roux. Allèle dominant « R »: cheveux foncés.

Calculer la probabilité pour que les mariages suivants donnent naissance à des enfants roux :

Interactions entre gènes

Contrairement aux observations de G. Mendel, où chaque caractère dépendait d'un seul gène, il est fréquent que plusieurs gènes interagissent pour déterminer un phénotype.

L'utilisation du glucose chez la levure

Ceci illustre la complexité métabolique contrôlée par plusieurs gènes.

La voie de synthèse de l'arginine chez la levure

• Enzymes de la voie de synthèse : plusieurs enzymes sont impliquées.

• Les molécules de la voie métabolique sont des analogues structuraux :

  • Elles partagent une partie structurale similaire.

  • Leur transformation est progressive.

  • Les précurseurs et intermédiaires de synthèse ne sont généralement pas utilisés par la cellule.

Représentation schématique d'une chaîne de biosynthèse / voie métabolique

Des gènes A, B et C contrôlent la synthèse d'enzymes qui interviennent dans une voie métabolique spécifique. L'altération d'un gène perturbe la totalité de la voie en aval.

• Allèle "A" : produit l'enzyme A normale. Allèle "a" : ne produit pas l'enzyme A normale (A domine a).

• Allèle "B" : produit l'enzyme B normale. Allèle "b" : ne produit pas l'enzyme B normale (Bdomine b).

• Allèle "C" : produit l'enzyme C normale. Allèle "c" : ne produit pas l'enzyme C normale (C domine c).

Avec un génotype "A _ B _ C _", les enzymes A, B et C normales sont produites, et la voie métabolique se déroule normalement du précurseur (Molécule 1) à la Molécule 4 finale.
Si le génotype est "a a B _ C _", l'enzyme Afonctionnelle n'est pas produite, bloquant la voie dès la première étape.
Si le génotype est "A _ b b C _", l'enzyme B fonctionnelle n'est pas produite, bloquant la voie à la deuxième étape.

• Dansces cas, la Molécule 4 finale ne peut pas être produite. Si elle est indispensable, l'organisme est AUXOTROPHE pour cette molécule et doit la prélever dans son environnement.

• Une accumulation de molécules non transformées (ex: Molécule 1 ou Molécule 2) peut se produire.

Épistasie

L'épistasie est une interaction entre gènes où l'expression d'un gène (épistatique) masque ou modifie l'expression d'un autre gène (hypostatique).

Dans l'exemple précédent, les gènes A, B et C sont en interaction via l'épistasie.

Épistasie récessive

Un allèle récessif (ex: "a") impose son phénotype quelle que soit la configuration alléliquede l'autre gène (ex: B).

Proportions phénotypiques en F2 d'un croisement dihybride (parents de races pures) :

On observe 3 classes phénotypiques au lieu de 4.

Exemple 1 : coloration du pelage de la souris

• Gène B : couleur du pelage (allèle B=black dominant, allèle b=brun récessif).

• Gène C : synthèse du pigment (allèle C=synthèse dominant, allèle c=pas de synthèse récessif).

• L'allèle récessif "c" (qui donne un phénotype blanc) estépistatique sur le gène B.

• Croisement de 2 individus doubles hétérozygotes résulte en 9:3:4.

Exemple 2 : système ABO des groupes sanguins

• La synthèse des antigènes sanguins sefait en 2 étapes, impliquant aussi un gène H.

• Si individu HH ou Hh, le groupe sanguin dépend du gène I ( i).

• Si individu hh, le groupe sanguin est de type H, quelle que soitla configuration du gène I.

• Groupe H : aussi appelé phénotype "Bombay", ne peut pas recevoir du sang O.

Épistasie dominante

Un allèle dominant (ex: "A") impose son phénotype quelle que soit laconfiguration allélique de l'autre gène (ex: B).

Proportions phénotypiques en F2 d'un croisement dihybride (parents de races pures) :

On observe 3 classes phénotypiques au lieu de 4.

Exemple : contrôle de la coloration de la courge d'été (summer squash)

• Le gène dominant "W" (blanc) est épistatique sur le gène "Y" (jaune) et "G" (vert).

• W_Y_ : blanc ; W_yy : blanc ; wwY_ : jaune ; wwyy : vert (ratio 12:3:1).

Autres types d'interactions épistatiques entre gènes

1. Si les allèles dominants de chaque gène s'expriment par le même phénotype (A ou B ou A et B = même phénotype), il y a 2 phénotypes au lieu de 4.

2. Si les génotypes homozygotes récessifs à chacun des 2 gènes s'expriment par lemême phénotype (aaB_, A_bb et aabb = même phénotype), il y a 2 phénotypes au lieu de 4 (ex: coloration des grains de maïs : 9/16 colorés, 7/16 incolores).

3. Le même phénotype est obtenu par la présence d'un allèle dominant à 1 gène (A_) ou par le génotype récessif homozygote d'un autre gène (bb).

Interactions non épistatiques entre gènes

Il s'agit de cas où il existe deux voies indépendantes contribuant à la formation d'un même phénotype.

Les allèles récessifs des deux gènes (g1 et g2) codent des protéines enzymatiquement inactives. Les individus sansles deux allèles dominants ne fabriqueront pas les produits B et D.

Notion de pléiotropie

La pléiotropie se réfère à un gène (ou l'un de ses allèles) qui détermine plusieurs phénotypes apparemment indépendants.

• Il y a souventun effet "majeur" (direct) et un ou plusieurs effets "secondaires" (pas toujours liés à première vue).

• Exemples :

  • Chat siamois : Le même allèle est responsable du dégradé de couleur du pelage et du strabisme convergent.

  • Drépanocytose humaine : Mutation d'un gène de la β-hémoglobine.

    • Effet majeur : modification de la structure de l'hémoglobine.

    • Effets secondaires : polymérisation de l'hémoglobine(faible [O2]), déformation des globules rouges ("faucilles"), anémie chronique, crises vaso-occlusives, sensibilité accrue aux infections, retard de croissance, insuffisance rénale, lésions oculaires, etc.

Les expériences deBeadle et Tatum

George Wells Beadle (1903 - 1989) et Edward Lawrie Tatum (1909 - 1975) ont reçu le Prix Nobel de Physiologie / Médecine en 1958.

• Leurs travaux du début des années 1940 ont permis de comprendre le fonctionnement des gènes.

• Ils ont travaillé sur la moisissure Neurospora crassa.

• Ils sont à l'origine du concept : "1 gène - 1enzyme" (une enzyme est contrôlée par l'expression de son gène de structure).

Pourquoi Neurospora crassa ?

• Facile à cultiver sur un milieu nutritif de composition contrôlable.

• Organisme àdéveloppement rapide, adapté à la génétique (croisement).

• Vit essentiellement sous forme haploïde (n) : une seule copie de chaque gène.

• Sélection facile de mutants, notamment auxotrophes.

Neurospora crassa peut vivre sur unmilieu minimum ou complet. Certains mutants ne peuvent vivre que sur le milieu complet (auxotrophie).

Analyse génétique de mutants auxotrophes à l'arginine chez Neurospora crassa

• Milieu complet : Contient tous les éléments nutritifsessentiels (composition souvent non entièrement maîtrisée).

• Milieu minimum : Contient les éléments chimiques strictement nécessaires à la croissance (source de carbone, sels minéraux, oligoéléments).

Beadle et Tatum ont isolé plusieurs souches auxotrophes à l'arginine.

L'ornithine, la citrulline et l'arginine sont des analogues structuraux.

Cela a permis de déduire la séquence de la voie de synthèse :

précurseur ornithine citrulline arginine

Théorie chromosomique de l'hérédité

Selon cette théorie, le comportement des facteurs mendéliens (gènes) est parallèle au comportement des chromosomes lorsde la méiose.

• Démonstration physique de l'assortiment indépendant des chromosomes lors de la méiose, observée par Carothers chez la sauterelle.

• Les chromosomes sont les porteurs physiques des unités d’hérédité.

Liaison au sexe / Hérédité liée au sexe

L'existence de sexes distincts est un phénomène répandu chez toutes les formes de vie.

Exemples de déterminisme sexuel

• Paramécies : Eucaryotes unicellulaires, protozoairesciliés, sexuées. Seuls les individus de types sexuels différents peuvent se croiser.

• Levure de boulangerie (Saccharomyces cerevisiae) ou microalgue (Chlamydomonas reinhardtii) : Sexuées, avec 2 polarités sexuelles (a / α pour la levure, mt+ / mt- pour l'algue).

• Organismes supérieurs : Généralement 2 types sexuels.

  • Plantes monoïques : Fleurs unisexuées (♂ ou ♀) sur le même individu(ex: maïs).

  • Plantes dioïques : Fleurs unisexuées sur des pieds différents (ex: palmier-dattier).

  • Hermaphrodisme : Organes ♂ et ♀ sur le même individu.

    • Simultané : Présent naturellement chez certains animaux (cochenilles) ou plantes (Arabidopsis thaliana, pommier, plantes cléistogames).

    • Successif ou séquentiel : Changement de type sexuel au cours de l'existence (ex: protandrie -d'abord ♂ puis ♀ - chez crépidules, poisson clown ; protogynie - d'abord ♀ puis ♂ - chez mérou). Chez les végétaux, la protandrie et protogynie sont des formes de dichogamie, limitant l'autofécondation.

Les formes de déterminisme sexuel

1) Chromosomes sexuels

• Mâles hétérogamétiques :

  • Chez les mammifères (homme) : système «XY ». Mâles XY, Femelles XX. Les mâles produisent 2 types de gamètes (X ou Y).

  • Chez certains insectes : système « X0 ». Mâles X0, Femelles XX.

• Femelles hétérogamétiques :

  • Chez les papillons, mites, certains oiseaux et poissons : système « ZW ». Mâles ZZ, Femelles ZW.

  • Il existe aussi un système « Z0 ».

2) Balance génique

• Exemple : déterminisme sexuel chez la drosophile (système « XY »).

  • La condition mâle n'est pas due directement au chromosome Y (indispensable à la fertilité).

  • La condition mâle est portée par les autosomes ("A", valeur 1).

  • La condition femelle est portée par le chromosome sexuel X ("X", valeur 1,5).

  • Exemples :

    • AAXY : => mâle

    • AAXX : => femelle

    • AAXXX : => individu stérile et intersexué

3) Haplodiploïdie

• Rencontrée chez les hyménoptères (fourmis, abeilles, guêpes).

• Lesexe des individus est déterminé par le nombre de chromosomes :

  • Les mâles sont haploïdes (n).

  • Les femelles sont diploïdes (2n).

4) Locus sexuel chez les microorganismes

• Exemples : Chlamydomonas reinhardtii (mt+ ou mt-), Saccharomyces cerevisiae (mat a ou α), Neurospora crassa (type "+" ou "-").

• La polarité sexuelle est déterminée par un locus sur un des chromosomes (locusMAT pour la levure).

Cycle de vie de Chlamydomonas reinhardtii

Comprend une alternance entre phases haploïde et diploïde (zygospore) avec méiose et mitoses.

Cycle de reproduction sexuée de lalevure Saccharomyces cerevisiae

• La levure peut exister en phases haploïdes (a ou α) ou diploïdes (a/α).

• Les cellules haploïdes de types sexuels opposés peuvent fusionner pour former une cellule diploïde.

• La cellule diploïde peut subir la méiose pour reformer des cellules haploïdes.

Liaison au sexe

Concerne les gènes situés sur les chromosomes sexuels (X ou Y).

• Exemple :Gène de la couleur de l'œil chez la drosophile.

• Mâle hémizygote : Ne possède qu'un seul allèle pour un gène donné sur le chromosome X (XY), car le Y est généralement plus petit et ne contient pas les mêmes gènes.

• Croisement classique :

  • Parents : ♀ (femelle blanche) x ♂ (mâle sauvage).

  • F₁ : ♀ (femelles rouges) et ♂ (mâles blancs). Les fils héritent le caractère de leur mère (caractéristique des gènes liés au sexe).

• Croisement réciproque (échange des phénotypes parentaux) :

  • Parents : ♀ (femelle rouge) x ♂ (mâle blanc).

  • F₁ : ♀ (femelles rouges) et ♂ (mâles rouges).

De manière générale :

• Si un caractère est associé à l'allèle récessif d'un gène lié au sexe :

  1. Ilest plus fréquent chez les ♂ que chez les ♀.

  2. Il n'est présent chez les femelles que si le père présente le caractère.

  3. Il est rarement présent à la fois chez le père et le fils, et seulement si la mère est hétérozygote.

• Si un caractère est associé à l'allèle dominant d'un gène lié au sexe :

  1. Il est plus fréquent chez les ♀ que chez les ♂.

  2. Il est présent chez toutes les ♀ issues d'un père porteur.

  3. Si la mère ne possède pas le caractère, aucun fils ne l'héritera.

Structure des chromosomes X et Y humains

• Deux régions (rouge et bleue) permettent aux chromosomes X et Yde s'apparier pendant la méiose. Ces régions contiennent des gènes imparfaitement ou partiellement liés au sexe.

• La partie rose sur le chromosome X contient les gènes liés au sexe.

• La partie grise sur le chromosome Y contient les gènes liés uniquement à Y (gènesholandriques, hérités de père en fils).

Caractères influencés par le sexe

• Déterminés par des gènes situés sur les autosomes.

• Les allèles s'expriment différemment chez les individus de sexe différent (influencés par l'environnement interne).

• Ex : calvitie humaine, couleur de la robe du bétail.

Caractères limités à un sexe

• Déterminés par des gènes situés sur les autosomes.

• Les allèles nes'expriment que dans un seul des deux sexes (en raison de l'environnement interne et/ou de l'anatomie).

• Ex : production du lait chez les mammifères.

Le test du et le test des hypothèses

Lesrésultats de ségrégation théoriques (ex: 3/1 en monohybridisme, 9/3/3/1 en dihybridisme) peuvent différer des observations réelles en raison d'écarts aléatoires dus à l'échantillonnage.

• Plusl'échantillon est grand, plus l'écart entre les rapports observés et théoriques est faible.

• Hypothèse nulle () : Il n'y a pas de déviation significative entre les résultats observés et théoriques.

• Le test du (chi carré) permet d'évaluer la validité de . o_it_iH_0undefined \mathrm{FR} = \frac {1}{2} \frac {[ T + 6 \mathrm{DNP} ]}{\mathrm{Nb d'asques}} " data-type="inline-math">$ Distance = FR x 100.

Bilan de l'analyse des tétrades

• La distance gène-centromère ne se calcule que pour les tétrades ordonnées (Neurospora crassa) : </p></li><li><p>La distance entre 2 gènes se calcule avec tout type de tétrades :</p><ul class="tight" data-tight="true"><li><p>Si DP &gt; DNP : Gènes liés. <span data-latex=" \mathrm{Distance} = 100 \times \mathrm{FR} = 100 \times \left[ \frac{1}{2} (T + 6 \text{DNP}) / \text{total} \right] " data-type="inline-math">$

• Si DP = DNP : Gènes indépendants.

• Si T < 66%, gènes sur des chromosomes différents.

• Si T = 66%, gènes probablement sur le même chromosome, très éloignés.

c) Étude de la ségrégation de 2 couples de gènes indépendants dans le cas de tétrades ordonnées (Neurospora crassa)

• Exemple : Gène "FLUFFY" (F/f) et gène "MAT" (A/a).

• Croisement (n) FA x fa (n).

• Résultats :

  1. Ségrégation [4 spores F : 4 spores f] et [4 spores A : 4 spores a] (indépendamment de l'ordre) =ségrégation mendélienne, caractère nucléaire monogénique.

  2. Les individus "F" sont "A" ou "a" et les individus "f" sont "A" ou "a" → parentaux (FA et fa) et recombinés (Fa et fA).

  3. Associations parentales et recombinées ont la même fréquence → les 2 couples de gènes sont génétiquement indépendants.

• 7 sortes de tétrades peuvent être produites en fonction des événements de pré- et post-réduction de 2 gènes indépendants.

Chez Neurospora crassa, le croisement « a B » par « A b » a donné les résultats suivants :

Questions :

1. À quel type appartient chaque tétrade ?

2. Que peut-on en déduire sur la liaison ou l'indépendance des gènes ?

3. Indiquez pour chaque tétrade si chacun des gènes A et Ba ségrégué à la première ou à la deuxième division de la méiose ?

4. Estimer la distance centromère-gènes pour chaque gène.

5. Montrer à l'aide de schémas, l'origine la plus simple de chaque tétrade.