NGYX I.C. [Pierre LECOCQ] # BE 0537.471.159 / WWW.NGYX.EU « Les Travaux de Morgan et ses Étudiants: Contribution à la Génétique » Génétique Mendélienne: exceptions (Morgan et les drosophiles) : gènes totalement liés et gènes partiellement liés (recombinaisons / crossing-over) carte génétique / cytologique. » 6-ième Gén./Trans. Sciences Générales Biologie FWB NGYX I.C. [Pierre LECOCQ] # BE 0537.471.159 / WWW.NGYX.EU

NGYX IC Pierre LECOCQ Confidential INFO Préliminaire Cadre: AESS Sciences Biologiques Université de Liège, Didactique Spéciale, Stage Actif Biologie 6-ième Science Générale Ens. Off FWB (2p/sem. Biologie) Documents et annexes disponibles via: http://ngyx.eu/homepage/AESS/PrepasStages/Biologie/index.html Titre: «Génétique Mendélienne: exceptions (Morgan et les drosophiles) : gènes totalement liés et gènes partiellement liés (recombinaisons / crossing-over) carte génétique/cytologique. » Exercices. Evaluation. Format: 2 périodes de Théorie + 1 ½ période d’Exercices + ½ Période d’Évaluation. Langue: Français (Anglais) Lieu: Athénée Royal Air Pur Seraing (loc. 202) mercredi 19 septembre 2018 NGYX IC Pierre LECOCQ Confidential

NGYX IC Pierre LECOCQ Confidential Résumé de la Seconde Partie (P2) (Recherches de Morgan et ses étudiants) Prérequis: Méiose/Mitose & crossing-over , Génétique Mendélienne / Dihybridisme, les éléments de la première partie (P1) Le croisement dihybride de Morgan et ses déductions Cartes Génétique et Cytologique Exercice (à préparer) Des nombres théoriques vs. « en pratique » (peut-être…) mercredi 19 septembre 2018 NGYX IC Pierre LECOCQ Confidential

NGYX IC Pierre LECOCQ Confidential Résumé de la Seconde Partie (P2) (Recherches de Morgan et ses étudiants) 1. Cas de 2 Génes “liés” (≠ indépendants; “physiquement” liés car sur le même chromosome) Exemple: Gène 1 forme prédominante dans la nature (sauvage) est “yeux Rouges” vs. mutant “yeux Oranges” Gène 2 forme prédominante dans la nature (sauvage) est “corps Gris” vs. mutant “corps Brun” Question: Sachant que pour les gènes 1 et 2 la forme sauvage est dominante quelle nomenclature (notation) utiliserons-nous? Géne 1: o (pour le mutant yeux Orange) en minuscule puisque le mutant est récessif. Et donc o+ pour la forme sauvage. Géne 2: b (pour le mutant corps Brun) en minuscule puisque le mutant est récessif. Et donc b+ pour la forme sauvage. Question: Quels sont tous les génotypes envisageables (2 allèles; homo- et hétéro-zygotes) et phénotypes (ce que l’on voit) associés? 9 combinaisons: oo bb (Orange, Brun) double Homo oo bb+ (Orange, Gris) Homo / Hétéro oo b+b+ (Orange, Gris) double Homo o+o bb (Rouge, Brun) Hétéro / Homo o+o bb+ (Rouge, Gris) double Hétero o+o b+b+ (Rouge, Gris) Hétéro / Homo o+o+ bb (Rouge, Brun) double Homo o+o+ bb+ (Rouge, Gris) Homo / Hétéro o+o+ b+b+ (Rouge, Gris) double Homo Admettons que nous croisons (parents) 2 double homozygotes oo bb (Orange, Gris) & o+o+ b+b+ (Rouge, Gris). Imaginons ce que cela donne mercredi 19 septembre 2018 NGYX IC Pierre LECOCQ Confidential

NGYX IC Pierre LECOCQ Confidential Résumé de la Seconde Partie (P2) (Recherches de Morgan et ses étudiants) 1. Cas de 2 Génes “liés” (≠ indépendants; “physiquement” liés car sur le même chromosome) Suite Admettons que nous croisons (parents) 2 double homozygotes oo bb (Orange, Gris) & o+o+ b+b+ (Rouge, Gris). Imaginons ce que cela devrait donner en F1 et ensuite en F2. P: oo bb & o+o+ b+b+ F1 o b o+ b+ oo+ bb+ F2 ob ob+ o+b o+b+ oo bb oo b+b o+o bb o+o b+b oo bb+ oo b+b+ o+o bb+ o+o b+b+ oo+ bb oo+ b+b o+o+ bb o+o+ b+b oo+ bb+ oo+ b+b+ o+o+ bb+ o+o+b+b+ OB OG RG RB 9/16 3/16 1/16 Or pourtant dans certains cas on n’observe pas cette distribution! Parce que comme les 2 gènes sont sur le même chromosomes ils sont transmis ensemble Donc… mercredi 19 septembre 2018 NGYX IC Pierre LECOCQ Confidential

NGYX IC Pierre LECOCQ Confidential Résumé de la Seconde Partie (P2) (Recherches de Morgan et ses étudiants) 1. Cas de 2 Génes “liés” (≠ indépendants; “physiquement” liés car sur le chromosome) Suite On aurait dû écrire… P: (ob) (ob) & (o+b+) (o+b+) F1 (ob) (o+b+) (ob) (o+b+) F2 (ob) ob+ o+b (o+b+) (ob) (ob) … (o+b+) (ob) oo bb+ oo+ bb (ob) (o+b+) (o+b+) (o+b+) OB RG 1/4 (4/16) 3/4 (12/16) On suprime les formes génotypiques inexistantes de la grille! OUI MAIS C’est un peu plus compliqué en réalité…. mercredi 19 septembre 2018 NGYX IC Pierre LECOCQ Confidential

Le croisement dihybride de Morgan et ses déductions (1/5) P1 / 00:45 Morgan croise deux lignées pures (des homozygotes) pour deux caractères. En F1, il obtient 100% de mouches hybrides de phénotype sauvage. On constate donc que corps gris et ailes normales sont bel et bien dominants Morgan laisse les femelles de la F1 s’accoupler avec des mâles mutants pour les deux caractères. En F2, il obtient 4 types de mouches (comme le laisse prévoir la loi de ségrégation de Mendel) mais il remarque que les mouches sont en proportion non conforme à la loi de ségrégation de Mendel: (5 : 5 : 1 : 1) au lieu de (1 : 1 : 1 : 1) Déductions??? mercredi 19 septembre 2018 NGYX IC Pierre LECOCQ Confidential

Le croisement dihybride de Morgan et ses déductions (2a/5) P2 / 00:15 Le croisement dihybride de Morgan et ses déductions (2a/5) RAPPEL: La loi de ségrégation indépendante prévoit que les différentes paires de facteurs se séparent sans s’occuper des autres paires lors de la formation des gamètes. On peut donc s’attendre à ce que tous les allèles se retrouvent dans les gamètes dans les mêmes proportions engendrant ainsi des descendants également dans les mêmes proportions. Or Morgan n’a pas obtenu des descendants selon les mêmes proportions. En conséquence, on peut conclure que les facteurs héréditaires n’ont pas suivi la loi de la ségrégation indépendante. Qu’est-il arrivé au juste ? mercredi 19 septembre 2018 NGYX IC Pierre LECOCQ Confidential

Le croisement dihybride de Morgan et ses déductions (2b/5) P2 / 00:15 Le croisement dihybride de Morgan et ses déductions (2b/5) 42.0% > 25.0% 41.0% > 25.0% 9.0% < 25.0% 8.0% < 25.0% mercredi 19 septembre 2018 NGYX IC Pierre LECOCQ Confidential

Le croisement dihybride de Morgan et ses déductions (3/5) P2 / 00:18 Le croisement dihybride de Morgan et ses déductions (3/5) Les hypothèses de Morgan pour expliquer les résultats de ce croisement. 1. Les gènes «corps/ ailes» sont portés par le même chromosome et se transmettent ensemble dans un gamète. Découverte des gènes liés… 2. Parfois les gènes liés «se délient» lorsqu’il se produit des enjambements entre les chromosomes. Découverte des enjambements (crossing-over) Question: Est-ce que ces schémas / figures vous aident? mercredi 19 septembre 2018 NGYX IC Pierre LECOCQ Confidential

Le croisement dihybride de Morgan et ses déductions (4/5) P2 / 00:25 Le croisement dihybride de Morgan et ses déductions (4/5) OU Crossing Over Gènes Liés Méiose Impact of CO Neutral vs. CO Parents Crossing Over F1 50% 50% < 50% > 0% > 0% < 50% Phenotypes (Dominants ) 5 1 1 5 Question “ouverte”: “Predicted vs. Measured” ??? (ou “Théorie” vs. “En Pratique”) Ou encore: Avez-vous vu dans les expériences de Morgan des pourcentages théoriques? mercredi 19 septembre 2018 NGYX IC Pierre LECOCQ Confidential

Le croisement dihybride de Morgan et ses déductions (5/5) P2 / 00:30 Le croisement dihybride de Morgan et ses déductions (5/5) Un peu de “vocabulaire & définitions” mercredi 19 septembre 2018 NGYX IC Pierre LECOCQ Confidential

Cartes Génétique et Cytologique P2 / 00:33 Cartes Génétique et Cytologique Définitions / Explications Emplacement exact des gènes le long d'un chromosome donné. Carte établie par des techniques empruntées à la biologie moléculaire (techniques de coloration, de marquage, de microscopie …Et au final le séquençage du génome…) mais aussi à l’aide des cartes Génétiques. Carte Cytologique Les techniques utilisées sont principalement la réalisation de caryotype, les méthodes de FISH (Fluorescent In-Situ Hybridation : hybridation in-situ par des sondes fluorescentes), l'utilisation de puce à ADN. A B C Séquence relative des gènes le long d'un chromosome. Carte établie à partir des données d'enjambements. Carte Génétique La cartographie génétique est la construction d’une carte soit localisée autour d’un gène, soit à base large portant sur le génome entier. Plus généralement, c’est la détermination de la position d’un locus (gène ou marqueur génétique) sur un chromosome en fonction du taux de recombinaison génétique. Son unité de distance est le centiMorgan (cM). mercredi 19 septembre 2018 NGYX IC Pierre LECOCQ Confidential

NGYX IC Pierre LECOCQ Confidential Carte Cytologique (1/1) Carte Cytologique (schématisée) des 23 Chromosomes Humains (+ Mitochondrial = MT). Les “red boxes” identifient les régions où sont localisés la plupart des gènes codant pour des facteurs transcriptionnels (protéines contrôlant l’expression des gènes). On notera la présence: Des “Hox clusters” (blocs de gènes contrôlant la mise en place morphologique de l’Embryon; “blue regions”) sur les chromosomes 2, 7, 12 et 17. Des “zinc-finger clusters” (impliqués dans le contrôle de l’expression de très nombreux types de gènes; “green boxes”) sur le chromosome 19. NDLR: The EMBO Journal vol.12 no.4 pp.1363- 1374, 1993 “Clustered organization of homologous KRAB zinc-finger genes with enhanced expression in human T lymphoid cells” Eric J.Bellefroid, Jean-Christophe Marine, Thomas Ried, Pierre J.Lecocq, Michele Riviere, Chris Amemiya, Dominique A.Poncelet, Pierre G.Coulie, Pieter de Jong, Claude Szpirer, David C.Ward and Joseph A.Martial L’unique région du génome humain encore à “préciser”… mercredi 19 septembre 2018 NGYX IC Pierre LECOCQ Confidential

Carte Génétique (1/2) P2 / 00:39 Construction de la carte génétique des allèles b, vg et cn (gènes liés étudiés par Morgan et son équipe) b = couleur du corps, vg = longueur des ailes & cn = couleur des yeux 1. Un croisement entre (2) drosophiles pour les caractères b et vg produit 17% individus recombinants. Un autre croisement pour les caractères b et cn produit 9% individus recombinants. Représentez sur une chromosome (hypothétique) ces gènes en précisant leurs distances en cM 2. Sachant que Sturtevant, un étudiant de Morgan, a fait un croisement supplémentaire et a trouvé 9,5% de recombinants entre les gènes vg et cn, quelle est donc la bonne carte Génétique ? Dist( vg/cn) = 26 cM Dist( vg/cn) = 8 cM ≈ 9,5 cM Méfiez-vous des chiffres… mercredi 19 septembre 2018 NGYX IC Pierre LECOCQ Confidential

Que l’on peut utiliser pour établir une carte Cytologique! Carte Génétique (2/2) Que l’on peut utiliser pour établir une carte Cytologique! Echelle relative par rapport à “Soies Courtes/Longues” mercredi 19 septembre 2018 NGYX IC Pierre LECOCQ Confidential

Des nombres théoriques vs. « en pratique » Avertissement: ceci ne fait pas partie de la “matière” mais comme pour ainsi dire personne n’en parle et que malheureusement c’est la réalité au quotidien du chercheur je me devais d’en toucher un mot. Vous l’avez constaté, la théorie prédit certains “pourcentages” et s’en sert pour identifier/localiser et même établir des distances entre gènes. OR dans la pratique lorsqu’on réalise une expérience on ne tombe que très rarement exactement sur ce que prédit la théorie! Exemple très simple: Génétique Mendelienne à 2 gènes indépendants non liés au sexe: le ratio en F2 = 9:3:3:1…Si vous n’avez que 8 descendants en F2 inutile d’espérer entrevoir cela! Question 1: Combien au minimum en faudrait-il? (théorique) Question 2: Pensez-vous que le minimum théorique est suffisant? 16 NON il faudrait une population  DONC il faut absolument acquérir des notions de base en Statistiques car la première question que l’on vous posera si un jour vous publiez vos résultats sera: “Vous êtes sûr de cela?” Réponse: “Oui, oui j’ai choisi la drosophile comme modèle car elle est très prolifique et j’ai étudié 2300 descendants donc il y a très peu de chances que je me sois planté!” Chapeau Bas à Morgan! (prix Nobel 1933) mercredi 19 septembre 2018 NGYX IC Pierre LECOCQ Confidential

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