CHAPITRE 4 - La cartographie des chromosomes eucaryotes par recombinaison Les modes de transmission des gènes liés: enjambements ou crossing-over et production de recombinants. Relation entre nombre de recombinants et distance entre deux gènes sur un même chromosome. Construction des cartes chromosomiques de liaison. Interférence génétique. Définitions: enjambements, centimorgan, recombinaison méiotique, chiasma, recombinant, interférence génétique. Objectifs Comprendre que lorsque 2 gènes sont situés sur le même chromosome, leur ségrégation n'est pas indépendante. Comprendre que lorsque 2 gènes sont situés sur le même chromosome, il peut y avoir des enjambements entre ces deux gènes et qu'on peut se servir de ce phénomène pour construire des cartes chromosomiques de liaison.

- Etre capable de reconnaître la liaison et de calculer la distance entre 2 gènes (ou 3) AB= 45% ab= 45% Ab= 5% aB= 5% (10 cM) - Etre capable, à partir des distances entre deux gènes, de calculer la fréquence génotypique des gamètes et de calculer la fréquence des phénotypes à la prochaine génération

Liaison génétique Lorsque deux gènes sont situés sur le même chromosome, leur ségrégation n'est pas indépendante : ils sont hérités ensemble A B Cependant, il va y avoir des enjambements entre ces gènes = recombinaison intrachromosomique A B x a b A b a B

Dans le livre, la convention suivante, pour 2 gènes: Si sur deux chromosomes différents (ségrégation égale de gènes indépendants): les gènes sont séparés par un point virgule (aa ; bb) Sur le même chromosome (gènes liés): les gènes ne sont séparés par rien Si la liaison ou pas n’est pas connue, les gènes sont séparés par un point (aa . bb) Dans mes notes des cours précédent celui-ci, où la notion de liaison de gènes n’avait pas vraiment encore été introduite, je n’ai pas appliqué cette convention du livre et je n’ai pas mis de (;) entre les gènes mais ceux-là sont indépendants. Pour rester cohérent tout le long du cours, vous pouvez rajouter les (;) dans les cours précédents (si vous voulez!), ou juste le garder en tête.

La fréquence des enjambements entre deux gènes est proportionnelle à la distance qui les sépare sur un même chromosome. On peut se servir de ce phénomène pour produire des cartes chromosomiques.

Morgan: Expériences avec les Drosophiles Deux gènes autosomaux couleur des yeux: pr+ = pourpres pr = rouges longueur des ailes: vg+ = normales vg= vestigiales P pr+/pr+ . vg+/vg+ x pr/pr . vg/vg F1: pr+/pr . vg+/vg Croisement test: femelle mâle pr+/pr . vg+/vg x pr/pr . vg/vg

Phénotypes à la F2: pr+ . vg+ 1339 pr . vg 1195 pr+ . vg 151 pr . vg+ 154 Total 2839 151 + 154 = 305 305 / 2839 = 0.107 = 10.7% de recombinants Gènes liés à 10.7 cM (centiMorgan) de distance 1- Liaison des gènes = pas de rapport 1:1:1:1 2 - Proportions égales des combinaisons parentales et proportions égales des combinaisons non-parentales

Parents: pr+ vg+ pr vg pr+ vg+ pr vg yeux pourpres yeux rouges ailes normales ailes vestigiales F1 et croisement test pr+ vg+ pr vg pr vg pr vg pourpres normales rouges vestigiales F2: % à peu près yeux ailes 45 % pr+ vg+ / pr vg pourpres normales 45 % pr vg / pr vg rouges vestigiales 5 % pr+ vg / pr vg pourpres vestigiales 5 % pr vg+ / pr vg rouges normales

La même distance dans les croisements suivants: femelle mâle P pr+/pr+. vg/vg x pr/pr . vg+/vg+ F1 pr+ vg X pr vg pr vg + pr vg F2 pr+ . vg+ 157 pr . vg 146 pr+ . vg 965 pr . vg+ 1067 157 + 146 = 303 303 / 2335 = 0.129 = 12.9 cM 10.7 cM pas statistiquement différent de 12.9 cM

Le couplage physique des allèles entraîne une ségrégation non-indépendante

Les types non-parentaux sont le résultat d'échanges de régions correspondantes entre chromosomes homologues à la méiose

Ces échanges sont le résultat de crossing-overs ou enjambements et leurs produits sont appelés recombinants (chromosomes et/ou individus) Les enjambements se produisent à la méiose entre les chromatides des chromosomes homologues qui sont appariés (chromatides non-sœurs)

Chiasma: structure en forme de croix observée entre chromatides non-soeurs à la méiose Site des enjambements Manifestation visible des enjambements

Recombinaison méiotique Tout processus méiotique donnant lieu à un produit haploide, qui présente de nouvelles combinaisons des allèles portés par les génotypes haploides à l’origine du méiocyte dihybride.

Il n'y a pas d'enjambement durant la méiose des drosophiles mâles mâle femelle pr vg / ++ x pr vg/ pr vg 50 % pr vg / ++ 50% pr vg / pr vg Proportions 1:1 Aucun recombinant (càd, aucun enjambement) entre des gènes qu’on connait sur le même chromosome (à 11 cM de distance) Raison = ? On parle de manque d’appariement des chromosomes homologues. Il est aussi possible que les enzymes nécessaires à la recombinaison ne soit pas exprimées (ou inhibées) dans les cellules germinales des mâles

Comparaison directe des phénotypes avant et après la méiose Les enjambements entre gènes liés produisent des combinaisons d'allèles nouvelles, càd, des combinaisons qui n'étaient pas présentes chez les parents. Chez les organismes dont les cycles vitaux sont haploides, il est facile de détecter les recombinants. 132 141 26 23

Cycle de vie diploïde: on doit utiliser des parents dont la contribution gamétique est connue et faire un croisement test. Faire un croisement test est de croiserle produit de la F1 avec un individu homozygote récessif, pour déterminer ce que le parent hétérozygote de la F1 a donné à sa progéniture de la F2

Si la proportion de recombinants est de 10%, la distance entre les gènes A et B est de 10 cM.

Recombinaison interchromosomique Phénotypes A;B A;b Due à la ségrégation indépendante, les recombinants constituent 50% de la descendance A;B A;b A;b A;B

Recombinaisons intrachromosomique Due aux enjambements La fréquence des recombinants due à la recombinaison intrachromosomique est toujours ≤ 50% parce que les enjambements se produisent entre seulement 2 des 4 chromatides

La fréquence des recombinaisons intrachromosomiques est toujours ≤ 50% Parce que même si toutes les méioses ont un enjambement entre deux gènes particuliers, la proportion maximale de gamètes recombinants sera de 50% AB ab Phénotypes Ab aB

Les recombinaisons intrachromosomiques se produisent entre chromatides non-sœurs au stade quatre chromatides Parce qu'un enjambement produit 4 types de gamètes (et non seulement 2)

Représentation des génotypes des gènes liés 1 - pr vg pr+ vg+ 2 - pr vg 3 - pr vg / pr+ vg+ 4 - pr vg / ++

Représentation de la distance entre 2 gènes (11 cM) 1 - ___________________________ pr 11 vg 2 - ___________________________ pr+ 11 vg+ 3 - ___________________________ couleur 11 forme des des yeux ailes 4 - ___________________________ locus pr 11 locus vg

Pouvoir de prédiction La connaissance de la distance entre deux gènes permet de prédire la proportion de recombinants à la génération suivante. Si on croise pr vg / + + X pr vg / pr vg, et que la distance entre ces deux gènes est de 11 cM, qu'elle sera la proportion d'individus + vg à la prochaine génération? _________|_________|________ pr 11 vg

Il n'y a pas d'enjambement durant la méiose des drosophiles mâles mâle femelle pr vg / ++ x pr vg/ pr vg 50 % pr vg / ++ 50% pr vg / pr vg Proportions 1:1 Aucun recombinant (càd, aucun enjambement) entre des gènes qu’on connait sur le même chromosome (à 11 cM de distance) Raison = ? Manque d’appariement des chromosomes homologues. Il est aussi possible que les enzymes nécessaires à la recombinaison sont soit pas exprimées (ou inhibées) dans les cellules germinales des mâles

Elle sera de 5.5 % par ce que ce croisement donnera 11% de recombinants et qu'il y a deux recombinants possibles (pr + et + vg). sans enjambements: pr vg + + avec enjambements: pr + + vg

Question: Si on croise R S / r s x r s / r s et que la distance entre ces deux gènes est de 35 cM, que sera la proportion d'individus R s et r S à la prochaine génération ainsi que leur génotype? Réponse: (à la prochaine séance)

Cartographie des chromosomes humains Difficile chez les humains parce qu'il est impossible de faire des croisements tests. Par contre, la cartographie des gènes du chromosome X est plus facile parce que les mâles sont hémizygotes pour les gènes liés au chromosome X (équivalent à un croisement test).

Liaison sur le chromosome X Croisement-test pas nécessaire Le type gamétique maternel sera le phénotype du fils y = corps jaune w = yeux blancs y+ = corps brun w+= yeux rouges P - femelle = y+/y+ mâle = +w/Y F1- femelle = y+/+w mâle = y+/Y Phénotypes des mâles de la F2: 43 y w corps jaune, yeux blancs 2146 + w corps brun, yeux blancs 2342 y + corps jaune, yeux rouges 22 + + corps brun, yeux rouges 43 + 22 = 65; 65 / 4553 = 0.014 = 1.4 cM Les phénotypes des garçons sont ceux des gamètes de leur mère - équivalent à un croisement test

Cartes de liaison génétique Les cartes de liaison génétique sont basées sur le phénomène de recombinaison intrachromosomique Les enjambements se produisent au hasard dans la région chromosomique séparant 2 gènes liés durant la méiose. Ces méioses produisent des recombinants Plus la distance séparant deux gènes liés sur un même chromosome sera grande, plus il y aura d'enjambements entre eux et plus il y aura de recombinants formés

Le nombre de recombinants est une mesure de la distance entre deux gènes sur un chromosome Une fréquence de recombinaison de 1% est définie comme étant une unité de carte génétique (u.c.) ou 1 centimorgan (cM) 1% = 1 produit de la méiose sur 100 est un recombinant

Correspondance entre unités de carte et distance physique (en paire de bases) La correspondance entre cM et MB varie entre les sexes et entre différentes parties des chromosomes. Martin et coll. (2004) Nature 432: 9880-994. Séquence du chromosome 16 humain.

Il y a aussi beaucoup plus de recombinaison chez les prokaryotes que chez les eukaryotes. Si on suppose qu'un gène a une longueur moyenne de 1000 bp, alors la longueur d'un gène en unités de carte est de: Humain = 0.001 cM Drosophile = 0.002 cM E. coli = 0.42 cM

Pourquoi Mendel n’a-t-il pas découvert la liaison. Chap Pourquoi Mendel n’a-t-il pas découvert la liaison? Chap. 6 Klug and Cummings, 6ed