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La ségrégation des allèles Pierre Ray Département de Génétique.

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1 La ségrégation des allèles Pierre Ray Département de Génétique

2 Plan Rappels : le cycle cellulaire, la méiose, le chromosome Dominance et récessivité Ségrégation allelique Liaison génétique

3 Rappel : le cycle cellulaire (1) G1 G0 Mort cellulaire Cellule quiescente Phase de synthèse de lADN Préparation à la mitose Phases G1-G2 = INTERPHASE activité fonctionnelle de la cellule.

4 Décondensation Chromatine à linterphase 1 fibre dADN Fin de Phase S 2 fibres dADN 1 Chromosome Métaphasique Chromosome anaphasique Rappel : lADN pendant le cycle cellulaire Quantité dADN 4c 2c INTERPHASE G1 G0 S G1 G2 MITOSE G2 c MITOSEMEIOSE 1ere Div 2ème Div

5 6 Anaphase Rappel la méiose : 1ere division cellulaire Métaphase : Formation du fuseau bipolaire 4c, 2n à 2 chromatides 5 4 Prophase : Recombinaison des chromosomes homologues 4c, 2n à 2 chromatides 3 Prophase : condensation des Filaments en chromatides 4c, 2n à 2 chromatides 2 Fin de phase S 4c ADN, 2n chromosomes à 2 chromatides Phase G1 Chromatine à linterphase 2c ADN, 2n chromosomes

6 10 4 gamètes 1c ADN n chromosomes À 1 chromatide Rappel la méiose : 2eme division cellulaire 9 Anaphase II Séparation des chromatines homologues 8 Métaphase II 7 2 cellules filles à 2c ADN n chromosomes à 2 chromatides

7 Caryotype brut normal 46, X,Y G-Banding (Giemsa) sur noyau en prophase/métaphase Après traitement par la Cochicine : interagie avec les microtubules du fuseau = bloque la division cellulaire.

8 Méiose : conclusion génome diploïdegamètes haploïdes Du fait de ces recombinaisons tous les gamètes sont différents Des recombinaisons ont lieu entre les chromatides non-sœur des chromosomes homologues lors de la 1ere division de Méïose. 46,XX 46,XY 23,X 23,Y Succession de 2 divisions cellulaires formant à partir dune cellule diploïde (2n chromosomes) quatre cellules haploïdes (n chromosomes).

9 Caryotype final normal 46, X,Y Les chromosomes sont identifiés et appariés grace à la carte cytogénétique. Centromère Télomère Chromatides soeurs

10 Locus et allèles Locus : site physique où se situe une séquence dADN (codante ou non) sur un chromosome Chromosomes Homologues Allèle : une des formes que peut prendre une même séquence, à un locus donné. Individu diploïde comporte pour chaque locus 2 allèles (1 mat, 1 pat) identiques :homozygote différents : hétérozygote Chromosome Maternel Chromosome Paternel Mat. Allele Pat. Allele Allèle sauvage : le plus fréquent/non pathologique. Locus A

11 Ségrégation allélique – séparation des allèles dans les cellules filles – repose sur la disjonction des paires de chromosomes lors de la méïose – probabilité de transmission dun gène maternel ou paternel est de 1/2

12 Les lois de transmission des caractères chez le pois par Grégor Mendel Les 3 premières lois de l'hérédité si l'on croise des lignées pures différant pour plusieurs caractères, chacun de ces caractères se comporte de façon indépendante vis-à-vis de l'autre dans la descendance d'un croisement impliquant 2 individus F1 (génération F2), les 2 caractères parentaux réapparaissent suivant une proportion prédictible de 3:1 dans la 1 ère génération d'un croisement impliquant 2 lignées pures différant par un unique caractère, tous les individus présentent un même phénotype. Le caractère qui se manifeste dans la génération F1 est qualifié de dominant et le caractère qui en est exclus est qualifié de récessif

13 Dominance – Récessivité. Expression phénotypique des différents allèles Dominance : lallèle dominant A manifeste toujours son caractère Récessivité –Allèle récessif a ne se manifeste pas en présence de A, ne sexprime quà létat homozygote – Co-dominance : Aa exprime à la fois le génotype AA et aa (ex : Groupes sanguins A et B) – Semi-dominance : phénotype Aa est intermédiaire entre AA et de aa Génotype : constitution allélique des gènes dun individu (à un locus donné). Phénotype : manifestation visible du génotype. Plus généralement cest lensemble des caractères observables dun individu, dépend du génotype en interaction avec le milieu.

14 Ségrégation dun couple dallèles Individu AA : gamètes A PA = 1 Individu aa : gamètes a Pa = 1 Individu Aa : gamètes A ou aPA = 1/2 Pa = 1/2 Tableaux des gamètes : AA x aa : [A] x [a] Phénotype : 100% [A] AA x Aa : [A] x [A] Phénotype : 100% [A]- Phénotype : 75% [A] Aa x Aa : [A] x [A] : Aa x aa : [A] x [a] Phénotype : 50% [A]

15 Ségrégation de deux couples dallèles : Aa, bB (1) a A b B a a A A b B b B b b A A b b a a A A B B a a B B

16 Ségrégation de deux couples dallèles : Aa, bB (2) b b a a A A B B a a B B b b A A 25% a, b25% A, B25% a,B 25% A, b b a b a A B A B a B a B A b b A Fin 1ere division Gamètes

17 Ségrégation de deux couples dallèles Individu AABB : gamètes ABp(AB) = 1 Individu aabb : gamètes ab p(ab) = 1 Tableaux des gamètes : AABB x aabb : Phénotype : 100% [AB]

18 Ségrégation de deux couples dallèles Individu AaBb, phénotype [AB] 4 types de gamètes : AB ou Ab ou aB ou ab. pAB = pab = pAb = paB = 1/4 Tableaux des gamètes : AaBb x AaBb 9 Génotypes : AABB, AABb, AaBb, Aabb, AaBB, aaBB, aaBb, AaBb, aabb 4 Phénotypes : 2 parentaux : p[AB] = 9/16, p[ab] = 1/16 2 recombinés : p[Ab] = 3/16, p[aB] = 3/16

19 Loi de ségrégation indépendante des caractères –pendant la méïose, la ségrégation dune paire dallèles est indépendante de la ségrégation dune autre paire dallèles –Pour 1 couple dallèles2 types de gamètes3 génotypes –Pour 2 couples dallèles2 2 = 4 types de gamètes3 2 = 9 génotypes –Pour 3 couples dallèles2 3 = 8 types de gamètes3 3 = 27 génotypes –Pour n couples dallèles2 n types de gamètes3 n génotypes –loi vérifiée que dans le cas de couples dallèles indépendants (situés sur des chromosomes différents)

20 Liaison génétique Coségrégation de 2 ou plusieurs allèles au cours de la méïose en raison de la proximité physique de leur locus sur le génome

21 –Echange réciproque de matériel génétique entre les chromatides de chromosomes homologues survenant lors de la méïose au niveau des chiasmas –Mécanisme responsable des recombinaisons génétiques Recombinaison (I)

22 Recombinaison(II)

23 Recombinaisons génétiques –aléatoires et imprévisibles –loi statistique : la probabilité de recombinaison entre 2 locus dépend de la distance physique qui les sépare. –en moyenne 60 chiasmas par génome diploïde pendant la méïose –points chauds de recombinaison –variation du nombre de crossing over en fonction du sexe (femme > homme) Recombinaison (III) Taux de recombinaison entre deux locus – pourcentage de gamètes recombinés parmi lensemble des gamètes transmis par les parents. – = nombre de gamètes recombinés / nombre de gamètes transmis indépendance des 2 locus : = 1/2 liaison des 2 locus : 0 < 1/2

24 25% Ap AmBm Bp méïose ApBp ApBm AmBm AmBp > 50% gamètes parentaux < 50% gamètes recombinés Allèles liés Recombinaison (IV) Ap BmAm Bp ApBmAm BmApBpAm 25% = 50% gamètes parentaux = 50% gamètes recombinés méïose Allèles non liés

25 Thomas Hunt Morgan Morgan découvre un certain nombre de mutations. Il étudie leur transmission dune génération à lautre. Il découvre 4 groupes de liaison: les mutations ne se répartissent pas au hasard dans les descendants. Il émet l'hypothèse que ces quatre groupes de liaison sont assimilables aux 4 paires de chromosomes de la drosophile. La liaison étant donc "simplement le résultat mécanique de la localisation des gènes dans les chromosomes Morgan présente avec Alfred Sturtevant en 1913 la première carte génétique. Depuis on a défini le centiMorgan (cM) comme unité de recombinaison: 1 cM étant égal à 1% de crossing-over.

26 Les expériences de Morgan, indépendance des caractères (1) On croise deux lignées pures de drosophiles : Type sauvage : ailes longues [ L ] et yeux rouges [ R ] Double mutant : aux ailes vestigiales [ v ] et sans yeux [ w ] La descendance (F1) est constituée uniquement dindividus aux ailes longues et aux yeux rouges. L wv R F1= [ LR ] 1 2 L R L w v R v w Gamètes F L Rv w x Gamète sauvage Gamète muté Les males de (F1) X femelles (vv,ww) donnent 4 phénotypes dans les mêmes proportions

27 Les expériences de Morgan, indépendance des caractères (3) Phènotypes attendus : 0.25: 0.25: 0.25: 0.25 Tableau des gamètes :

28 On croise les males de (F1) avec femelles (vv,ww) x L R L w v R v w Gamètes F v w Gamète muté 1 2 L wv R 1 2 L wv w 1 2 v wv R 1 2 v wv w [ LR ] 502 [ Lw ] 510 [ vR ] 498 [ vw ] Confirmation de la loi de ségrégation indépendante des caractères avec 0.25: 0.25: 0.25: 0.25 Les expériences de Morgan, indépendance des caractères (2)

29 Les expériences de Morgan, association des caractères (1) On croise : lignée sauvage (LL, RR), Double mutant : ailes vestigiales ( vv ) et aux yeux bruns (bb). La descendance (F1) est constituée uniquement dindividus [ L,R ] L b v x Gamète sauvage Gamète muté F1= [ LR ] 2 2 R b v 2 L 2 R b v 2 L 2 R Gamètes des F1 males Les males de (F1) X femelles (vv,ww) donnent les 2 phénotypes sauvages dans les mêmes proportions.

30 Les expériences de Morgan, association des caractères (2) b v 2 L 2 R b v 2 2 b v 50% [ LR ] 50% [ vb ] On croise alors des males (F1) avec des femelles (vv,bb). On obtient : 996 [ L,R ], 1008 [v,b]. b v x Gamètes muté 2 b v 2 L 2 R Gamètes des F1 males Pas de recombinaison au cours de cette méiose

31 Les expériences de Morgan, association des caractères (3) On croise (LL, RR), et (v v,bb). F1 est constituée uniquement dindividus [ L,R ] On croise alors des femelles de (F1) avec des males ( vv,bb). On obtient : 716 [ LR ], 702 [ vb ], 296 [ Lb ], 238 [ vR ]. L b v x Gamète sauvage Gamète muté F1= [ LR ] 2 2 R b v 2 L 2 R b L 2 v 2 R Gamètes des F1 femelles L 2 R b v 2

32 b L 2 v 2 R Gamètes des F1 males L 2 R b v 2 b v x Gamète muté 2 Les expériences de Morgan, association des caractères (3) [ Lb ] [ vR ] [ LR ] [ vw ] b v 2 b v 2 b v 2 b v 2 L 2 R 2 b v 2 v 2 R b L Nb total de méioses : 1952 Nombre de gamètes recombinés : 534 Fraction des gamètes recombinés : 534/1952= 0.27%. Distance entre les 2 loci = 27 cM On observe des recombinaison lors de la méiose femelle

33 Morgan Conclusions Morgan a confirmé les lois de ségrégation des caractères de Mendel. Démontré lindépendance de certain caractères et lassociation dautres et confirmé la notion de chromosomes. Défini la notion de recombinaison et conclu quelle était fonction de la distance entre les gènes positionnés sur un même chromosome et a pu établir une carte génétique de la drosophile. A observé que les recombinaisons chez la drosophile avaient lieu uniquement lors de la méiose des femelles. Ailes vestigiales Yeux bruns Sans Yeux w

34 Cartographie du génome : Cartes génétiques –Ordonnancement de marqueurs polymorphes grâce à lanalyse statistique de leur ségrégation (transmission) au cours des générations –Observation empirique : analyses familiale et statistique –possibilité de distinguer les 2 allèles –disposer dun nombre suffisant de méïoses pour permettre à lanalyse statistique dêtre significative –Cartes établies à partir de la fréquence des recombinaisons méïotiques –Distance exprimée en centiMorgan 1 cM correspond à une fréquence de recombinaison de 1 % entre 2 marqueurs (1 crossing over pour 100 méïoses = 99% gamètes parentaux, 1% recombinés) –Carte génétique de la femme est environ 40 % plus grande que celle de lhomme (nombre de recombinaisons supérieur)

35 Cartographie du génome : Cartes physique Marqueurs polymorphes Distance physique (Millon pb) Gènes Carte cytogénétique –Ordonnancement de fragments clonés chevauchants reconstituant la molécule dADN de départ –Distances mesurées entre les différents marqueurs sont en paires de bases et sont dites absolues –En moyenne 1 cM = 10 6 pb –Même ordre des marqueurs pour la carte génétique et la carte physique, seules les distances relatives changent –La distance génétique est une approximation de la distance réelle physique

36 De nombreux marqueurs génétiques sont présents tout au long du génome. - Minisatellites : nombre variable de répétitions de séquences courtes ( nt) - Microsatellites : nombre variable de répétitions de nucléotides répétés (2, 3 ou 4). - SNPs : Single nucléotide polymorphisms : substitutions dun nucléotide. Les différent type de polymorphismes

37 Identification des allèles par PCR fluorescente Primers Laser sensor Amplified product Fluorescence Size (bp) Electropherogram Les allèles des marqueurs microsatellites se distinguent après amplification du locus par PCR et migration éléctrophorètique (séparation des fragments amplifiés en fonction de leur taille).

38 Amplification dun marqueur microsatellite CA, n=5 Allèle Paternel Allèle Maternel Individu homozygote pour le marqueur étudié. CA, n=8 CA, n=5 Allèle Paternel Allèle Maternel Individu hétérozygote pour le marqueur étudié.

39 Marqueurs, locus et haplotype 7q31.2 Localisation Chromosomiq ue 7q32 7p22 7p11 D7S655 Locus Gene Markers D7S3112 CFTR Chr 7 M Alleles Chr. Pat Alleles Chr. Mat N Haplotype Morbide Haplotype normal Un haplotype est la constition allèlique dun individu pour plusieurs loci contigus, normalement hérités en block par lun des parent.

40 Exemple dune étude familiale de ségrégation D7S D7S M M

41 NN MN Example dune étude familiale de ségrégation (2) MM N N 3 2 D7S3112 D7S655 N N 2 3 D7S3112 D7S655 M M Mat. 2 3 D7S3112 D7S655 M 5 7 M M Pat. 5 7 M

42 Exemple : L'hyperthermie maligne, 6 gènes identifiés, dont MHS5 et RYR 1. I: D1S3766 D1S3767 MHS5 D1S3768 D1S3769 I: II: D1S3766 D1S3767 MHS5 D1S3768 D1S3769 II: Application : Etude familiale de ségrégation, identification du gène morbide Etude de liaison au locus MHS5 Exclusion du gène MHS5 I: D19S220 D19S421 RYR1 D19S422 I: II: D19S220 D19S421 RYR1 D19S422 II: Etude de liaison au locus RYR 1 RYR 1 est candidat

43 Conclusion Létude de la ségrégation des allèles par analyse de marqueur polymorphe est un outil puissant qui peut être utilisé en recherche, pour la cartographie du génome ou en diagnostic génétique. Les paradigmes établis au début du siècle (et avant) constituent toujours la base de la génétique moderne.


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