La génétique mendélienne Chapitre II : La génétique mendélienne Ref : Introduction à la génétique moderne, Monget, Veitia, les éditions de l’école polytech ParisTech, 2013 Génétique formelle des organismes haploïdes, Claude Rivière, Aix Marseille Université

La génétique mendélienne Chapitre II : La génétique mendélienne Ref : Introduction à la génétique moderne, Monget, Veitia, les éditions de l’école polytech ParisTech, 2013 Génétique formelle des organismes haploïdes, Claude Rivière, Aix Marseille Université

La génétique mendélienne La variabilité génétique : Les gènes existent sous la forme d’un ou plusieurs allèles Au sein d’une même espèce, les allèles d’un gène sont tous présents à la même position chromosomique > Locus La variation allèlique est à la base de la variation héréditaire. Organisme haploide  > un seul allèle de chaque gène Diploide  > un ou deux allèles de chaque gène

La génétique mendélienne La variabilité génétique : Deux types de variation génétique : La variation génétique discontinue ou discrète : Caractère plutôt qualitatif ex : couleur d’une graine ou sa texture..   La variation génétique continue : Caractère quantitatif ex : la glycémie, taux d’acide gras dans le lait de vache..

La génétique mendélienne Les expériences de Mendel  (1822-1884) : Mendel choisit d’étudier le pois (Pisum sativum) pour plusieurs raisons : Le pois est bon marché Temps de génération court Descendance abondantes Les fleurs de pois peuvent soit s’autoféconder, soit subir une fécondation croisée. Nombreuses variétés de pois de formes et de couleurs différentes (fleurs axiales ou terminales, cosses gonflées ou étroites, fleurs axiales ou terminales, graines rondes ou ridées, cosses vertes ou jaunes, graines jaunes ou vertes, tiges longues ou courtes)

La génétique mendélienne Les expériences de Mendel  (1822-1884) : Les lignées pures : Pour chacun des caractères choisi, Mendel cultive les lignées indépendamment pendant plusieurs générations afin d’être sûr de disposer de lignées pures (homozygotes).

Croisements mono-hybrides : La génétique mendélienne Croisements mono-hybrides : >> Croisements entre parents différents par un seul caractère

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Croisements mono-hybrides : La génétique mendélienne Croisements mono-hybrides : Résultat des croisements effectués par Mendel entre parents différents pour un seul caractère

Croisements mono-hybrides : La génétique mendélienne Croisements mono-hybrides : Résultat des croisements effectués par Mendel entre parents différents pour un seul caractère Pour qualifier les caractères cachés en F1 des autres, Mendel invente les termes dominant et récessif, sans en expliquer le mécanisme

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Les lois de Mendel La génétique mendélienne Croisements mono-hybrides : Les lois de Mendel Première loi : Loi d'uniformité des hybrides de première génération aucune forme intermédiaire n'apparaît en F1 quand les parents sont de souches pures. Le concept de l'hérédité par mélange est réfuté.

Les lois de Mendel La génétique mendélienne Croisements mono-hybrides : Les lois de Mendel Deuxième loi : Loi de disjonction des allèles Les facteurs héréditaires se séparent dans les gamètes. Un gamète ne contient qu'un facteur de chaque caractère >> Loi de pureté des gamètes

Croisements mono-hybrides : La génétique mendélienne Croisements mono-hybrides : Les lois de Mendel Troisième loi : Ségrégation indépendante des caractères héréditaires multiples Cette règle ne s'applique que si les gènes responsables des caractéristiques se situent sur différents chromosomes ou si ils sont éloignés sur le même chromosome.

La grille de Punnet : (Reginald C. Punnet 1917) La génétique mendélienne Croisements mono-hybrides : Prédire les résultats de croisements génétiques :  La grille de Punnet : (Reginald C. Punnet 1917) Croisement : Tt x tt Gamètes parent 1 : t t Gamètes parent 2 : T t

La grille de Punnet : (Reginald C. Punnet 1917) La génétique mendélienne Croisements mono-hybrides : Prédire les résultats de croisements génétiques :  La grille de Punnet : (Reginald C. Punnet 1917) Croisement : Tt x tt Gamètes parent 1 : t t Gamètes parent 2 : T t Tt tt

La grille de Punnet : (Reginald C. Punnet 1917) La génétique mendélienne Croisements mono-hybrides : Prédire les résultats de croisements génétiques :  La grille de Punnet : (Reginald C. Punnet 1917) Croisement : Tt x tt Gamètes parent 1 : t t Gamètes parent 2 : T t Tt tt → 2/4 Tt , 2/4 tt → 1:1

Croisements mono-hybrides : La génétique mendélienne Croisements mono-hybrides : Prédire les résultats de croisements génétiques : Les calcules de probabilité : On peut associer une probabilité à chaque gamète ex : Croisement : Tt x tt Partent Tt  > probabilité d’avoir un gamète T est de : Probabilité d’avoir un gamète t est de :

Croisements mono-hybrides : La génétique mendélienne Croisements mono-hybrides : Prédire les résultats de croisements génétiques : Les calcules de probabilité : On peut associer une probabilité à chaque gamète ex : Croisement : Tt x tt Partent Tt  > probabilité d’avoir un gamète T est de : ½ Probabilité d’avoir un gamète t est de : ½

Croisements mono-hybrides : La génétique mendélienne Croisements mono-hybrides : Prédire les résultats de croisements génétiques : Les calcules de probabilité : On peut associer une probabilité à chaque gamète ex : Croisement : Tt x tt Partent Tt  > probabilité d’avoir un gamète T est de : ½ Probabilité d’avoir un gamète t est de : ½ Parent tt > probabilité d’avoir un gamète T est de : Probabilité d’avoir un gamète t est de :

Croisements mono-hybrides : La génétique mendélienne Croisements mono-hybrides : Prédire les résultats de croisements génétiques : Les calcules de probabilité : On peut associer une probabilité à chaque gamète ex : Croisement : Tt x tt Partent Tt  > probabilité d’avoir un gamète T est de : ½ Probabilité d’avoir un gamète t est de : ½ Parent tt > probabilité d’avoir un gamète T est de : 0 Probabilité d’avoir un gamète t est de : 2/2

Croisements mono-hybrides : La génétique mendélienne Croisements mono-hybrides : Prédire les résultats de croisements génétiques : Les calcules de probabilité : Les gamètes des deux parents peuvent se combiner de quatre façons différentes pour produire des descendants : La probabilité d’obtenir des descendants TT en F1 est de : ½ x 0 = 0 La probabilité d’obtenir des descendants Tt en F1 est de : ½ x 1 = ½ La probabilité d’obtenir des descendants tt en F1 est de : ½ x 1 = ½

Croisements mono-hybrides : La dominance incomplète : La génétique mendélienne Croisements mono-hybrides : La dominance incomplète : On note ici les rapports : 1 : 2 : 1

Croisements mono-hybrides : La génétique mendélienne Croisements mono-hybrides : Prédire les résultats de croisements génétiques : Calcul de probabilités : cas de dominance incomplète   Parents AA x aa F1 Aa Gamètes : A (1/2) a (1/2) F2 : AA : ½ x ½ = ¼ Aa : ½ x ½ = ¼ aA : ½ x ½ = ¼ ¼ + ¼ = ½ aa : ½ x ½ = ¼

Croisements mono-hybrides : La génétique mendélienne Croisements mono-hybrides : Prédire les résultats de croisements génétiques :   Rapports phénotypiques dans les croisements monohybrides Rapport Gtype parentaux Gtype descendance Type de dominance 3 :1 Aa x Aa ¾ A_, ¼ aa Dominance Codominance Dominance ou codominance

Croisements mono-hybrides : La génétique mendélienne Croisements mono-hybrides : Prédire les résultats de croisements génétiques :   Rapports phénotypiques dans les croisements monohybrides Rapport Gtype parentaux Gtype descendance Type de dominance 3 :1 Aa x Aa ¾ A_, ¼ aa Dominance 1 :2 :1 ¼ AA, ½ Aa, ¼ aa Codominance Dominance ou codominance

Croisements mono-hybrides : La génétique mendélienne Croisements mono-hybrides : Prédire les résultats de croisements génétiques :   Rapports phénotypiques dans les croisements monohybrides Rapport Gtype parentaux Gtype descendance Type de dominance 3 :1 Aa x Aa ¾ A_, ¼ aa Dominance 1 :2 :1 ¼ AA, ½ Aa, ¼ aa Codominance 1 : 1 Aa x aa (back-cross) ½ Aa, ½ aa Dominance ou codominance

Les croisements dihybrides : La génétique mendélienne Les croisements dihybrides :

Les croisements dihybrides : La génétique mendélienne Les croisements dihybrides :

Les croisements dihybrides : La génétique mendélienne Les croisements dihybrides : L’allèle codant pour la couleur à ségrégé indépendamment de l’allèle codant pour la forme de la graine produisant un rapport de 9 : 3 : 3 : 1 dans la descendance F2.

Les croisements dihybrides : La génétique mendélienne Les croisements dihybrides : Calcule de probabilité pour croisement dihybride :

Les croisements dihybrides : La génétique mendélienne Les croisements dihybrides : Backcross dihybride :

Les croisements dihybrides : La génétique mendélienne Les croisements dihybrides : Le test Chi² : concordance entre résultats observés et attendus Chi² évalue la part du hasard dans les différences entre valeurs observées et attendues. Chi² : Probabilité que la différence entre les valeurs attendues et observées soit due au hasard. Autrement dit : Probabilité que le hasard seul soit responsable de l’écart entre valeurs attendues et observées. Le test Chi² doit toujours être appliqué aux nombres de descendants, pas à des proportions ni à des pourcentages.

Les croisements dihybrides : La génétique mendélienne Les croisements dihybrides : Le test Chi² : concordance entre résultats observés et attendus Hypothèse nulle : quand la probabilité calculée sur la base du Chi² est élevée, nous acceptons que le hasard seul soit responsable de la différence >> hypothèse nulle correcte.   Quand la probabilité est faible, nous supposons qu’un facteur autre que le hasard est responsable de l’écart observé >> hypothèse nulle est fausse.

Les croisements dihybrides : La génétique mendélienne Les croisements dihybrides : Le test Chi² : concordance entre résultats observés et attendus Ex : B, Bb : noir Bb X Bb ,b : gris Noir Gris Resultats obtenus :

Les croisements dihybrides : La génétique mendélienne Les croisements dihybrides : Le test Chi² : concordance entre résultats observés et attendus Ex : B, Bb : noir Bb X Bb ,b : gris Noir Gris Resultats obtenus : 30 20

Les croisements dihybrides : La génétique mendélienne Les croisements dihybrides : Le test Chi² : concordance entre résultats observés et attendus Ex : B, Bb : noir Bb X Bb ,b : gris Noir Gris Resultats obtenus : 30 20 Resultats attendu  (3 : 1)

Les croisements dihybrides : La génétique mendélienne Les croisements dihybrides : Le test Chi² : concordance entre résultats observés et attendus Ex : B, Bb : noir Bb X Bb ,b : gris Noir Gris Resultats obtenus : 30 20 Resultats attendu (3 : 1) 37,5 12,5 Chi² : ² =  (observé – attendu)² / attendu (30 – 37.5)²/37,5 = 1,5 (20-12,5)²/12,5 = 4,5 1,5+4,5 = 6

Les croisements dihybrides : La génétique mendélienne Les croisements dihybrides : Le test Chi² : concordance entre résultats observés et attendus L’étape suivante consiste à déterminer la probabilité associée à la valeur Chi². Nous devons comparer la valeur du Chi² calculée avec des valeurs théoriques qui ont le même nombre de degré de liberté. Degré de liberté : nombre de façons dont les classes attendues peuvent varier librement >> n-1 où n est le nombre de phénotypes différents attendus. Dans notre exemple : n=2 (deux phénotypes : noir et gris) Ddl=2-1=1

Les croisements dihybrides : La génétique mendélienne Les croisements dihybrides : Le test Chi² : concordance entre résultats observés et attendus Chi² = 6, ddl=1 >> probabilité : 0.02-0.01 >> 1%-2% Il y a moins de 2% de chance que le résultat obtenu soit du au hasard En général : on accepte l’hypothèse nulle à partir de 5% Donc : l’écart observé dans notre expérience n’est pas du au seul hasard.

Notions de dominance, Expressivité, pénétrance et allèles létaux : La génétique mendélienne Notions de dominance, Expressivité, pénétrance et allèles létaux : Dominance : Type de dominance Définition Dominance Le phénotype de l’hétérozygote est le même que celui d’un des homozygotes

Notions de dominance, Expressivité, pénétrance et allèles létaux : La génétique mendélienne Notions de dominance, Expressivité, pénétrance et allèles létaux : Dominance : Type de dominance Définition Dominance Le phénotype de l’hétérozygote est le même que celui d’un des homozygotes Dominance incomplète Le phénotype de l’hétérozygote est intermédiaire (pas necessairement médian) entre celui des deux homozygotes

Notions de dominance, Expressivité, pénétrance et allèles létaux : La génétique mendélienne Notions de dominance, Expressivité, pénétrance et allèles létaux : Dominance : Type de dominance Définition Dominance Le phénotype de l’hétérozygote est le même que celui d’un des homozygotes Dominance incomplète Le phénotype de l’hétérozygote est intermédiaire (pas necessairement médian) entre celui des deux homozygotes Codominance Le phénotype de l’hétérozygote combine les phénotypes des deux homozygotes.

Notions de dominance, Expressivité, pénétrance et allèles létaux : La génétique mendélienne Notions de dominance, Expressivité, pénétrance et allèles létaux : Expressivité : Dans une même famille, des personnes ayant hérité de la même mutation peuvent parfois présenter des symptômes cliniques différents, touchant éventuellement des organes ou des tissus différents. On dit alors que la maladie a une expressivité variable. Ce phénomène est surtout observable dans les maladies dominantes.

La génétique mendélienne Notions de dominance, Expressivité, pénétrance et allèles létaux : La pénétrance incomplète : La pénétrance est le pourcentage d’individus ayant un génotype particulier qui expriment le phénotype correspondant. La pénétrance incomplète est une des formes possibles de l'expressivité variable, correspondant à un génotype à risque où la maladie serait sans signes cliniques observables. Ex : l’examen de 42 personnes ayant un allèle pour la polydactylie (allèle dominant) montre que seuls 38 d’entre eux sont polydactyles. La pénétrance serait de 38/42=0.9 ou 90%.

Notions de dominance, Expressivité, pénétrance et allèles létaux : La génétique mendélienne Notions de dominance, Expressivité, pénétrance et allèles létaux : Les allèles létaux : Un allèle létal provoque la mort à un stade précoce du développement de sorte que certains génotypes n’apparaissent pas dans la descendance. Le premier cas d’allèle létal rapporté est celui de la couleur jaune du pelage de la souris, décrit par Lucien Cuénot…

Notions de dominance, Expressivité, pénétrance et allèles létaux : La génétique mendélienne Notions de dominance, Expressivité, pénétrance et allèles létaux : Les allèles létaux :

Notions de dominance, Expressivité, pénétrance et allèles létaux : La génétique mendélienne Notions de dominance, Expressivité, pénétrance et allèles létaux : Les allèles létaux :

La génétique mendélienne Notions de dominance, Expressivité, pénétrance et allèles létaux : Interaction épistatique de gène : Dominance => allèle masque un autre allèle Epistasie => gène masque un autre gène Le gène qui masque l’expression => gène épistatique Le gène masquée => gène hypostatique

La génétique mendélienne Notions de dominance, Expressivité, pénétrance et allèles létaux : Interaction épistatique de gène : Epistasie récessive : L’allèle récessif du gène épistatique est responsable de l’épistasie Ex : Couleur de la robe chez le Labrador retrievers (noir, brun chocolat ou jaune) Gène hypostatique détermine le type du pigment (B : noir, b : brun) Gène épistatique produit une enzyme qui contrôle le dépôt du pigment dans la tige du poil (E : allèle sauvage, e : allèle muté)

La génétique mendélienne Notions de dominance, Expressivité, pénétrance et allèles létaux : Interaction épistatique de gène : Génotype B_ E_ .bb E_ B_ ee .bb ee Phénotype noir . brun chocolat jaune doré . jaune doré Epistasie récessive : P: BB EE X bb ee (Noir) (Doré) F1: BeEe (Noir) F2: 9/16 B_ E_ (noir) 3/16 bb_ E_ (brun chocolat) 3/16 B_ ee (doré) 1/16 bb_ee (doré) 4/16 doré Rapport : 9 : 3 : 4

La génétique mendélienne Notions de dominance, Expressivité, pénétrance et allèles létaux : Interaction épistatique de gène : Epistasie récessive  dominante : L’allèle dominant est responsable de l’épistasie Ex : couleur du patisson (cucurbita pepo)

La génétique mendélienne Notions de dominance, Expressivité, pénétrance et allèles létaux : Interaction épistatique de gène : Epistasie récessive  dominante : L’allèle dominant est responsable de l’épistasie Ex : couleur du patisson (cucurbita pepo) P Patisson blanc X patisson vert F1 patisson blanc F2 12/16 blanc 3/16 jaune 1/16 vert Obs : 12/16 blanc contre 4/16 couleur >> 3 : 1 avec dominance du blanc Et 3/16 jaune conte 1/16 vert >> 3 : 1 avec dominance du jaune

La génétique mendélienne Notions de dominance, Expressivité, pénétrance et allèles létaux : Interaction épistatique de gène : Epistasie récessive  dominante : L’allèle dominant est responsable de l’épistasie W_  blanc .ww  couleur Y_  jaune .y  vert W_ Y_  blanc W_ yy  blanc .ww Y_  jaune .ww yy  vert

La génétique mendélienne Notions de dominance, Expressivité, pénétrance et allèles létaux : Interaction épistatique de gène : Rapport phénotypiques dihybrides modifiés par l’interaction de gènes Génotype Rapport A_B_ A_bb .aa B_ .aa bb Type d’interaction 9 :3 :3 :1 9 3 1

La génétique mendélienne Notions de dominance, Expressivité, pénétrance et allèles létaux : Interaction épistatique de gène : Rapport phénotypiques dihybrides modifiés par l’interaction de gènes Génotype Rapport A_B_ A_bb .aa B_ .aa bb Type d’interaction 9 :3 :3 :1 9 3 1 Aucune 9 :3 :4 4 Epistasie récessive

La génétique mendélienne Notions de dominance, Expressivité, pénétrance et allèles létaux : Interaction épistatique de gène : Rapport phénotypiques dihybrides modifiés par l’interaction de gènes Génotype Rapport A_B_ A_bb .aa B_ .aa bb Type d’interaction 9 :3 :3 :1 9 3 1 Aucune 9 :3 :4 4 Epistasie récessive 12 :3 :1 12 Epistasie dominante

La génétique mendélienne Notions de dominance, Expressivité, pénétrance et allèles létaux : Interaction épistatique de gène : Rapport phénotypiques dihybrides modifiés par l’interaction de gènes Génotype Rapport A_B_ A_bb .aa B_ .aa bb Type d’interaction 9 :3 :3 :1 9 3 1 Aucune 9 :3 :4 4 Epistasie récessive 12 :3 :1 12 Epistasie dominante 9 :7 7 Double épistasie récessive