Atelier de génétique des populations empirique Thierry De Meeûs Interactions hôtes - vecteurs - parasites dans les infections par des trypanosomatidae - (INTERTRYP), UMR IRD/CIRAD 177 Centre International de Recherche-Développement sur l'Elevage en zone Subhumide (CIRDES), 01 BP 454, Bobo-Dioulasso 01, Burkina-Faso. WHO Collaborating Centre for research on host/vector/parasite interactions for surveillance and control of Human African Trypanosomiasis (+226) 20 97 00 94 (+226) 76 86 40 88 (Burkina-Faso) (+33) (0)6 19 83 52 60 (France) Fax: (+226) 20-97- 23-20  thierry.demeeus@ird.fr http://gemi.mpl.ird.fr/SiteSGASS/SiteTDM/TdeMeeus.html

Jour 1 Cours 1

Introduction

Méthodes directes Méthodes indirectes

Détection de la variation génétique Marqueurs cytoplamiques ♀ ♂

Détection de la variation génétique Marqueurs nucléaires AA Aa aa Marqueurs dominants [A] [a] RAPD (Randomly Amplified Polymorphic DNA) ATGCAC TACGTG TCATGA AGTACT Amorces PCRaléatoires ATGATC TACTAG AATCTG TTAGTA Presence ou absence de produit amplifié=>marqueur dominant Maladies génétiques récessives

Détection de la variation génétique: marqueurs codominants A1A1 A1A2 A2A2 Alloenzymes Microsatellites Primer1 CTCTCTCT AGAGAGAG Primer2 mRNA Primer1 CTCTCTCTCT AGAGAGAGAG AUGCAGCCAUAGGCG Primer2 PCR Enzymes Phe-Pro-Leu-Ileu-Val + + - - Electrophorèse RFLP, MLST, SNP… Neutralité=une hypothèse forte pour les inférences

Structure d'une population Stratégie de reproduction, taille des unités démographiques et migration (ou dispersion)

I. Notions de biologie moléculaire et de génétique formelle

1. ADN Molécule universelle de la transmission de l'information génétique Molécule de la vie

1. ADN Molécule universelle de la transmission de l'information génétique Molécule de la vie

1. ADN Molécule universelle de la transmission de l'information génétique Molécule de la vie

1. ADN Molécule universelle de la transmission de l'information génétique Molécule de la vie Purine: Base, constituant essentiel des nucléotides eux même éléments de base des acides nucléiques (ARN et ADN), complémentaires des Pyrimidines. Il en existe deux l'adénine (A) et la guanine (G). Pyrimidines: Base, constituant essentiel des nucléotides eux même élément complémentaires des purines. Il en existe trois, la thymine (T), l'uracile (U qui prend la place de T dans l'ARN) et la cytosine (C). A est complémentaire de T et U G est complémentaire de C

1. ADN Molécule universelle de la transmission de l'information génétique molécule de la vie Code génétique => code génétique "dégénéré"

1. ADN Molécule universelle de la transmission de l'information génétique Molécule de la vie

2. Les trois domaines du vivant Il y a 3 à 3.5 milliards d'années Procaryotes Virus?

Génétique de procaryotes Envoloppe de peptidoglycanes

Génétique de procaryotes Transformation Conjugaison Transduction

Génétique de eucaryotes

Génétique de eucaryotes

Anthopleura elegantissima Mutualisme Rafflesia Corail Hydra viridis Tridacna gigas Anthopleura elegantissima Zooxhantella Dinophyceae Elysia chlorotica Zoochlorella

Génétique de eucaryotes Cellule végétale Cellule animale en fait cellule "non-végétale"

Génétique de eucaryotes Duplication de l'ADN dans le noyau

Génétique de eucaryotes La mitose une caractéristique des eucaryotes

Génétique de eucaryotes La méïose une autre caractéristique des eucaryotes Reproduction sexuée Deux conséquences: Ségrégation & Recombinaison

Génétique de eucaryotes La méïose une caractéristique des eucaryotes apparue il y a 850 millions d'années environs 2N 2N N Anisogamie Réparer les effets délétères des transferts horizontaux de gènes et/ou corriger les polyploïdisations supposés nombreux au Proterozoïque N Isogamie

Génétique de eucaryotes Isogamie a b d c e Laitue de mer

Génétique de eucaryotes Anisogamie

Génétique de eucaryotes Anisogamie

Introns, exons et épissage, une caractéristique des eucaryotes Splice donor site Purine Branch site Pyrimidine Splice acceptor site 5' A/C A G G U Pu A G U C U Pu A Py N C A G Py rich G 3' 20-50 bases Exon 1 Intron Exon 2 snRNPs (small nuclear ribonucleoprotein particles) complexes of snRNAs and proteins Spiceosome Exon 1 Exon 2 5' 3' Excised intron in lariat shape 5' 3' Mature mRNA

3. La mutation, clé de la variation génétique et de l'évolution Mutations ponctuelles Transition: Mutation ponctuelle consistant au remplacement d'une purine par une autre purine (A<=>G) ou d'une pyrimidine par une autre pyrimidine (C<=>T) (antonymique de transversion). Transversion: Mutation ponctuelle consistant au remplacement d'une purine par une pyrimidine ou d'une pyrimidine par une purine (A<=>T, A<=>C, G<=>C, G<=>T) (antonymique de transition), deux fois moins fréquentes que les transistions. Insertions et délétions Éléments transposables (transposons) et rétrovirus Mutations chromosomiques IAM: Infinite Allele Model (si identiques, alors ils le sont par descendance) KAM: K allele model (homoplasie: pas nécessairement identique par descendance) SMM: Stepwise Mutation Model (microsatellites)(-CACACACA-) TPM: Two Phase Model (SMM+KAM)

4. Variation génétique: génotype et phénotype BbCc=Génotype [B]=Phénotype Le phénotype ne reflète pas nécessairement le génotype Microsatellites Primer1 CTCTCTCT AGAGAGAG Primer2 Primer1 CTCTCTCTCT AGAGAGAGAG Primer2 + -

5. Variation génétique: hérédité mendelienne Gregor Mendel (1822-1884)

5. Variation génétique: caractères complexes Phénotype [+] ou sauvage Enzyme 1 Enzyme 2 Enzyme 3 Enzyme 4 A B C D E Phénotype [-] ou mutant Enzyme 1 Enzyme 2 Enzyme 3 Enzyme 4 A B C D E Enzyme 1 Enzyme 2 Enzyme 3 Enzyme 4 Phénotype [-] ou mutant A B C D E Individu diploïde Enzyme 1 Enzyme 2 Enzyme 3 Enzyme 4 Phénotype [+] ou sauvage Enzyme 1 Enzyme 2 Enzyme 3 Enzyme 4 Complémentation Epistasie Enzyme 1 Enzyme 3 Charactère 1 A Charactère 1 Enzyme 1 A B Pléiotropie Enzyme 2 Enzyme 3 Charactère 2 a Charactère 2

5. Variation génétique: recombinaison Thomas Hunt Morgan (1866-1945)

5. Variation génétique: recombinaison Thomas Hunt Morgan (1866-1945) Hybridation AABBaabb A B F1: 100% AaBb r a b Back cross: AABBAaBb (1-r) /2 AB, r/2 Ab, r/2 aB, (1-r)/2 abAB (1-r) /2 AABB, r/2 AABb, r/2 AaBB, (1-r)/2 AaBb F2: AaBb AaBb r100=[f(AABb)+f(AaBB)]100=Distance génétique en centimorgans

6. Consanguinité, parenté, apparentement et pédigrées FA=0 A FD=(1/2)6×φAGM-AGP FAGP=FAGM=0 FD=(1/2)7=1/128≈0.00078 AGM AGP 1/2 1/2 FGP=FGM=φAGM-AGP GP GM 1/2 1/2 FP=FM=φGM-GP P M 1/2 Apparentement (relatedness) rxy=2φxy 1/2 FD=φM-P D Probabilité que A donne le même allèle à AGM et AGP =1/2 ×1/2×2+1/2×FA=1/2×(1+FA)=1/2=φAGM-AGP Probabilité qu'un même allèle commun à AGM et AGP soit retrouvé en double dans D=(1/2)6

6. Consanguinité, parenté, apparentement et pédigrées FD=(1/2)(C1+1)×(1+FA)+(1/2)(C2+1)×(1+FAGP) FAGP=FA=0 FD=(1/2)7+(1/2)4=(1/128)+1/16≈0.07

6. Consanguinité, parenté, apparentement et pédigrées FD=(1/2)(CA+1)×(1+FA) +(1/2)(CAGP+1)×(1+FAGP) +(1/2)(CAGM+1)×(1+FAGM) +(1/2)(CGP+1)×(1+FGP) FAGM=FAGP=FA=0 FGP=(1/2)(CA/GP+1)(1+FA)=(1/2)3 FD=(1/2)7+(1/2)5+(1/2)5 +(1/2)3×(1+(1/2)3) FD=(1/2)7+(1/2)4 +(1/2)3+(1/2)6 FD=1/128+1/16+1/8+1/64=0.211