Plan du cours Introduction à la Génétique Génétique Licence 1 D1 Philippe ROUSSEAU Maître de conférence Laboratoire de Microbiologie et de Génétque Moléculaire LMGM (UMR5100, CNRS-UPS) Tel: 05 61 33 59 16 Mail: philippe.rousseau@ibcg.biotoul.fr Introduction à la Génétique 1) Histoire, définitions et notion de gène 2) La fonction et la mutation du gène 3) Ségrégation d’un gène au cours de la méiose

Cours 1 Introduction à la Génétique Génétique Licence 1 D2 Introduction à la Génétique 1) Histoire, définitions et notion de gène 2) La fonction et la mutation du gène 3) Ségrégation d’un gène au cours de la méiose

La génétique Génétique Licence 1 D3 Chaque individu contient un programme génétique (ses gènes). Ce programme génétique lui vient de ses parents il le transmettra en partie à ses enfants: c’est la base de l’hérédité. femelle mâle La génétique, c’est l’analyse et la compréhension de ce programme génétique et de cette hérédité.

La génétique dans la société Génétique Licence 1 D4 Compréhension philosophique Contrôle de l’hérédité Au niveau des espèces germinal Au niveau des individus somatique Sélection animale et végétale en Agriculture Compréhension des maladies génétiques chez l’Homme Clonage animal, végétal ou microbien en agriculture et en médecine Thérapies géniques chez l’Homme

Beadle, Ephrussi, Tatum (1941) Avery,McArty, McLeod (1944) Historique Génétique Licence 1 D5 Mendel (1865), De Vries (1900) Sutton (1902) Morgan (1914) Griffith (1928) Beadle, Ephrussi, Tatum (1941) Avery,McArty, McLeod (1944) Watson, Crick, (1953) Biologie (1995), Campbell, DeBoeck univ.

L’acide désoxyribonucléique: l’ADN Génétique Licence 1 D6 Biologie (1995), Campbell, DeBoeck univ. Cytosine (C) Guanine (G) Adénine (A) Thymine (T) T G A C S P 3’ 5’ Bases phosphate désoxyribose 5’ 3’

Réplication de l’ADN La structure de l’ADN reflète sa fonction: Génétique Licence 1 D7 La structure de l’ADN reflète sa fonction: Assurer la transmission du matériel génétique d’une génération à l’autre. La réplication de l’ADN: - utilise l’appariement spécifique des bases - est semi-conservatrice 5’ 3’ ADN parental ADN néosynthétisé Biologie (1995), Campbell, DeBoeck univ.

Notion de gène Génétique Licence 1 D8 Gène: Unité fonctionnelle et physique élémentaire de l’hérédité qui transmet l’information d’une génération à la suivante. Un fragment d’ADN, constitué constitué d’une région transcrite et de séquences régulatrices. Promoteur Stop Procaryote Promoteur Stop Eucaryote Intron Exon1 Exon2 Codant

Notion de génome Génétique Licence 1 D9 Génome : Ensemble du matériel génétique contenu dans un jeu de chromosomes Toujours à base d’ADN les génomes ont des structures et des organisations qui diffèrent en fonction des organismes. Escherichia coli Hemophilus influenzae Saccharomyces cerevisiae Homo sapiens 4700 C 1830 C 13500 L 3000000 L 4000 1703 6000 100000 1 7 1,6 16,6 2,2 Organisme Taille du génome (kb) Nombre de gènes longueur moyenne des gènes moyen d’exons Longueur des ARNm Kb = kilo base = 1000 bases L = linéaire C = circulaire

Ploïdie: nombre de copie du génome Génétique Licence 1 D10 Haploïde: Une seule copie du génome Une seule copie de chaque gène Si un gène est altéré, la fonction qu’il code est modifiée Diploïde: Deux copies du génome Deux copies de chaque gène Si un gène est altéré, l’autre copie garde sa fonction et peut donc compenser la possible perte de fonction Recombinaison (crossing-over) possible entre les deux copies du génome A B C

Cours 2 Introduction à la Génétique Génétique Licence 1 D11 Introduction à la Génétique 1) Histoire, définitions et notion de gène 2) La fonction et la mutation du gène 3) Ségrégation d’un gène au cours de la méiose

Fonction du gène Modèle simple bactérien Unité fonctionnelle: gène Génétique Licence 1 D12 Unité fonctionnelle: gène La structure du gène reflète sa fonction: Assurer l’expression du matériel génétique. Promoteur Stop Transcription RNAP RNAP -35 -10 +1 Promoteur: exemple E.coli Traduction Codon initiation Stop maturation L’architecture d’une protéine est la clé de la fonction des gènes.

Un gène code une fonction: importance de l’architecture d’une protéine Génétique Licence 1 D13 + enzyme substrat produit La structure tridimensionnelle de la protéine (enzyme) définit sa fonction biochimique. Si la structure tridimensionnelle de la protéine est modifiée, sa fonction biochimique peut elle aussi être modifiée. La mutation du gène peut induire ce type de modification.

Maladie génétique: enzymes déficientes et mutations Génétique Licence 1 D14 Beaucoup de maladies génétiques sont dues à la perte de fonction d’une enzyme métabolique. La mucoviscidose est liée à la perte de fonction d’un pore à ions chlorure. Il en découle un épaississement du mucus entraînant des difficultés respiratoires.

Mutation: au niveau de l’ADN Génétique Licence 1 D15 Mutation: processus aléatoire par lequel des gènes passent d’une forme allélique à une autre Altération d’une base. Etape facilitée par les agents mutagènes: rayons UV rayons X rayons beta et gamma acide nitreux nitrosoguanidine Génération 2 * ACGTC TGTAG ACATC TGCAG Génération 1 * ACGTC TGTAG TGCAG Altération d’une base réplication * ACGTC TGCAG ACGTC TGCAG réplication Deux types de mutations ponctuelles: Transition: changement d’une purine par une autre ou d’une pyrimidine par une autre Transversion: changement d’une purine par une pyrimidine ou inversement.

Réparation du mésappariement Génétique Licence 1 D16 Réparation: - processus par lequel la plupart des lésions ou des mutations de l’ADN sont réparées - ce processus est enzymatique - la défaillance dans un des ces processus enzymatique est à la base de nombreuses maladies génétiques humaines: cancers de la peau ou du colon Altération d’une base ACGTC TGCAG TGTAG réplication Générat° 1 * Réparation du mésappariement Réparation de la lésion

Mutation: fréquence Chez un procaryote ou un eucaryote unicellulaire Génétique Licence 1 D17 Chez un procaryote ou un eucaryote unicellulaire Mutation d’un gène : environ 10-8 L’obtention d’un mutant dépendra du nombre de gène qu’il faut muter pour observer le phénotype: - mutation d’un gène en particulier: 10-8 - mutation d’un gènes parmi plusieurs: 10-6 - mutation d’un codon particulier d’un gène en particulier: 10-10 Chez un Eucaryote supérieur Conséquences somatiques: fréquentes vu le grand nombre de cellules et donc de divisions Mutation d’un gène Conséquences germinales: Rares vu le grand nombre de cellules et donc de divisions

Mutation: conséquence au niveau protéique Génétique Licence 1 D18 Dans une mutation ponctuelle, le changement de base peut induire un changement de codon. Promoteur Stop Les mutations ponctuelles peuvent être: faux-sens: changement de codon et d’acide aminé TGT(Cys) TCT(Ser) non-sens: changement de codon vers un codon stop TAC(Tyr) TAA(Stop) silencieuse: changement de codon sans changement d’acide aminé CCT(Pro) CCC(Pro)

Réversion Réversion: c’est une mutation qui en annule une autre Génétique Licence 1 D19 Réversion: c’est une mutation qui en annule une autre Promoteur Stop mutation réversion - réversion vraie AAA(Lys) GAA(Glu) AAA(lys) - réversion équivalente TCC(Ser) TGC(Cys) AGC(Ser)

Conséquence fonctionnelle des mutations: Perte de fonction chez les haploïdes Génétique Licence 1 D20 + Enzyme active substrat Enzyme inactive Génotypes Phénotypes sauvage a+ [normal] mutant a- [déficient]

Conséquence fonctionnelle des mutations: Perte de fonction chez les diploïdes Génétique Licence 1 D21 Enzyme inactive + active substrat + Enzyme active substrat Enzyme inactive Enzyme inactive Génotypes Phénotypes Homozygote sauvage a+/a+ [normal] Hétérozygote a+/a- [normal] si haplo-suffisance [déficient] si haplo-insuffisance [intermédiaire] si co-dominance Homozygote mutant a-/a- [déficient]

Conséquence fonctionnelle des mutations: gain de fonction chez les haploïdes Génétique Licence 1 D22 + Enzyme active substrat Enzyme d’activité différente Génotypes Phénotypes sauvage a+ [normal] mutant am [mutant]

[normal] et/ou [mutant] Conséquence fonctionnelle des mutations: gain de fonction chez les diploïdes Génétique Licence 1 D23 + Enzyme active substrat + Enzyme active substrat Enzyme d’activité différente Enzyme d’activité différente Enzyme d’activité différente + Enzyme active substrat Génotypes Phénotypes Homozygote sauvage a+/a+ [normal] Hétérozygote a+/am [normal] et/ou [mutant] Suivant les cas Homozygote mutant am /am [mutant]

Cours 4 Introduction à la Génétique Génétique Licence 1 D24 Introduction à la Génétique 1) Histoire, définitions et notion de gène 2) La fonction et la mutation du gène 3) Ségrégation d’un gène au cours de la méiose

La reproduction sexuée: brassage génétique Génétique Licence 1 D25 n 2n Sordaria macrospora n 2n Levure fécondation Humain n 2n n 2n méïose

La méiose: lieu du brassage génétique Génétique Licence 1 D26 La méiose fécondation réplication méioseI méiose II n 2n 2n (x 2) n (x 2) n

Brassage interchromosomique Génétique Licence 1 D27 méiose II méioseI réplication fécondation équiprobable Pour 1 chromosome, il y a deux arrangements possibles à la métaphase de la méiose I Tous les gamétes sont équiprobables

Brassage interchromosomique II Génétique Licence 1 D28 méiose II méioseI fécondation réplication P équiprobable R Pour 2 chromosomes, il y a deux arrangements possibles à la métaphase de la méioses I, et 22 = 4 gamétes differents Tous les gamétes (parentaux P et recombinés R) sont équiprobables

Brassage intrachromosomique Génétique Licence 1 D29 P non équiprobable crossing-over R Le crossing-over a lieu au niveau d’un chiasma lors de l’appariement des chromosomes homologues en métaphase I Les gamétes (parentaux P et recombinés R) ne sont pas équiprobables

Conséquences du brassage génétique Génétique Licence 1 D30 n 1ére loi de Mendel Ségrégation monogénique: 1/2 Arg+ 1/2 Arg- chez les gamètes de l ’hybride n 2n tétrade Arg+ Arg- Arg+ Arg- 1/2 Les brassages inter et intra n’y changent rien

Conséquences du brassage génétique Génétique Licence 1 D31 Graine jaune Graine verte J/J x v/v J/v J 1/2 v 1/2 J 1/2 J/J J/v V 1/2 v/J v/v F1 100% F2 = F1 x F1 75% 3/4 25% 1/4

Croisement test J/J x v/v F1: J/v Test cross F1 x v/v F1 x F1 Génétique Licence 1 D32 J/J x v/v F1: J/v Test cross F1 x v/v F1 x F1 J 1/2 v 1/2 J 1/2 J/J J/v v 1/2 v/J v/v F2: J 1/2 v 1/2 v 1 J/v v/v 3/4 1/4 1/2 1/2

Phénotype intermédiaire: codominance Génétique Licence 1 D33 x R/R x B/B R/B R 1/2 B1/2 R 1/2 R/R R/B B 1/2 B/R B/B F1 F2 = F1 x F1 25% 25% 50%