LES POLYMORPHISMES DU GENOME

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1 LES POLYMORPHISMES DU GENOME

2 Polymorphisme génétique
Toute variation de séquence génomique entraînant l’existence d’au moins 2 formes différentes de la séquence considérée dans la population A une fréquence d’au moins 1% dans cette population Types de polymorphisme Substitution d'un nucléotide (SNP) Insertion/délétion Polymorphisme de répétition (VNTR, CA repeat…)

3 Origines de la variabilité génétique
Mutation par erreur des ADN polymérases (substitution, addition / délétion d'un ou plusieurs nucléotides) Crossing-over (échange de matériel génétique équilibré entre 2 portions homologues de chromosomes 60 CO par méiose Conversion génique

4 Polymorphismes SNP

5 Exemples de Single Nucleotide Polymorphisms : SNP
Même région d’un chromosome de 4 individus

6 Polymorphismes dans les séquences non codantes sont plus fréquents que dans les séquences codantes
Dans les séquences codantes : les polymorphismes silencieux sont plus fréquents que les polymorphismes non silencieux Certains de ces polymorphismes peuvent être révélés par des enzymes de restriction

7 Diversité de séquence des gènes humains
Diversité nucléotidique p : Nombre de différences, rapporté à la longueur de la séquence examinée, entre 2 séquences prises au hasard dans la population (ex: p = 4 x 10-4, 1 différence en moyenne toutes les 2500 bp) AGTCCTA…………..GGAAACTG…………TTTACGT…. AGTGCTA…………..GGTAACTG…………TTGACGT…. 7500 bp p = 3/7500 = 1/2500

8 Marqueurs génétiques Sont caractérisés par des allèles correspondant à chaque variation possible de la séquence degré d’hétérozygotie d’un marqueur ( d’un SNP) H=1 – (Spi2) Fonction du nombre et de la fréquence de chacun des allèles Exemple : 3 allèles de fréquence 0,2 / 0,3 / 0,5 Hétérozygotie est de 1- (0,04+0,09 + 0,25) = 0,62 2 allèles de fréquence 0,2 / 0,8 : 1- (0,04 + 0,64)= 0,32 Un marqueur biallèlique ne pourra pas avoir une hétérozygotie supérieure à 0,5 qui sera atteinte en cas de 2 allèles de fréquence égale.

9 Les Recombinaisons Elles sont, avec les mutations les deux causes principales de la diversité génétique Elles sont plus fréquentes que les mutations Elles comprennent la répartition au hasard des chromosomes pendant la méïose Et les crossing over Elles s’adressent à des gènes liés et non liés

10 La méiose : triple finalité
Elle assure La transmission de l’information génétique d’une génération à la suivante La réduction du nombre de chromosomes de 2n (diploïde) à n (haploïde) . La reconstitution de 2n se fait lors de la fécondation Elle assure le brassage de l’information génétique qui aboutit à la diversité des individus de la même espèce 60 CO par méiose

11 Les recombinaisons méiotiques
-Ont lieu lors de la prophase de la première division méiotique, au stade pachytène. - Chaque paire de chr homologue est appariée - Chaque chr est dupliqué et formé de 2 chromatides sœurs (chaque chromatide est formée d’une double hélice) - Constituent une tétrade - Recombinaison génétique : les 4 chromatides peuvent être impliquées dans les échanges - Au stade diplotène, les chromatides non sœurs sont reliés par les chiasmas traduisant sur le plan cytogénétique le crossing-over

12 Mesures des distances génétiques 1 cM  106 pb 1 M = pb 3,3 109pb = 33 morgans- 1 cM équivaut à 1,13 Mb chez l’homme et 0,67 Mb chez la femme. On définit une grandeur q = fraction de recombinaison 28 M 48 M

13 Crossing Over

14 Les échanges dus au crossing-over sont strictement réciproques
La fréquence de recombinaison dépend de la localisation relative des deux gènes sur le chromosome : plus l’intervalle qui sépare les 2 gènes est grand, plus grande est la probabilité pour qu’un crossing-over s’effectue dans cet intervalle. La fréquence de recombinaison q est une mesure de la distance génétique entre les 2 gènes L’unité génétique est le centimorgan cM

15  1 2 A A A a B B B b A B A B b a A A A a B b B B A B 3% Recombinants
97% Non Recombinant 3%

16 Crossing over : ils s’effectuent entre chromatides
B A A B A b a B a b a b Il y a 4 chromatides , deux seulement sont recombinées il y a donc 50% de recombinés

17 Crossing-over et double crossing-over

18 Conversion génique : se réalise dans un segment d’ADN double-hélice où se forme un hétéroduplex. Elle réalise un transfert non réciproque d’information génétique car un allèle « convertit » l’autre en sa propre copie . Ceci peut s’effectuer entre des allèles

19 Recombinaison donnant lieu à des ségrégations non symétriques
Conversion génique Recombinaison donnant lieu à des ségrégations non symétriques - A A + - a + a - 2 génotypes parentaux 2 gènes et 2 allèles + + - -  A a A a

20 + A a - + A A - a + a - a + A -

21  A a + + A + a - a - a - + a Résultats observés Résultat attendu a -
4  (A) 2 6 = = ?  (a)  (a)

22 Comment expliquer ce phénomène ?
S'agit-il d'une mutation ponctuelle A  a ? Crossing-over ?  conversion copiage sélectif sans échange homologue

23 Le brin 1" descend copier le brin 2' et remonte
Ce phénomène est fréquent : on peut donc éliminer une mutation ponctuelle A 1 2 a Hypothèse  A 1' 1" A Cassure a 2' 2" A 1’ 1" a a 2' 2" Le brin 1" descend copier le brin 2' et remonte A 1' 1" a a a

24 Conversion génique : transfert non réciproque d’information génétique entre 2 gènes ayant une homologie élevée

25 Conséquences génomiques de la recombinaison méiotique
Le brassage génétique : modification des assortiments d’allèles en cis La recombinaison entre allèles peut se traduire par leur modification par conversion génique au sein d’un hétéroduplex L’augmentation du nombre de copies de gènes répétés lors d’une recombinaison inégale L’élimination d’un gène défectueux dans les familles de gènes répétés. Evènements rares et pathologiques : lésions de l’ADN dues à la recombinaison : délétions, insertions, remaniements chromosomiques (changement dans la régulation, ou dans la structure)

26 Notion de marqueurs en génétique : Le génotype
Le marqueur génétique sert à repérer ou identifier un chromosome ou un allèle transmis Les marqueurs définissent le génotype (constitution génétique d’un individu) qui inclut les allèles d’un seul locus où de l’ensemble des locus, selon les cas Marqueurs génotypiques : variations identifiables et connues de la séquence du génome de localisation connue d’informativité connue codominants : les 2 allèles sont détectables chez les hétérozygotes

27 Les différentes types de marqueurs :
SNP : single nucleotide polymorphism = substitution simple de nucleotide VNTR = variable number of tandem repeats (nombre variable de répétitions en tandem) regroupent les ministallites et les microsatellites Minisatellite : répétitions en tandem de motifs de 11 à 16 paires de base en moyenne, parfois plus longs. : répétitives, disséminées (à l’exception des chromosomes X et Y), : hyperpolymorphes : hétérozygotie élevée

28 Minisatellites : taille variable de la répétition
- Explorés par technique de southern - sonde monolocus spécifique d’un VNTR donné - sonde multilocus : séquence commune à différents minisatellites dans le génome : image complexe - hétérozygotie supérieure à 90 % Minisatellites associés à certaines maladies - Diabète : minisatellite en 5’ du gène de l’insuline

29 Les microsatellites - Répétition de motifs de 1 à 4 nucléotides - Le plus fréquent et le plus utilisé : dinucléotide (CA)/(GT) : réparti sur tout le génome, très informatif. - méthode de génotypage : amplification et séquençage du produit de PCR - Hétérozygosité souvent supérieure à 70% - permet de rechercher l’instabilité des microsatellites dans les tumeurs : caractère acquis (somatique) dû à une anomalie du sytème de réparation des mésappariements de l’ADN - Exemple BAT25, BAT26, BAT40 : mononucléotide

30 Empreinte Génétique Profil génétique très spécifique d’un individu obtenu grace à une combinaison de marqueurs de type VNTR tres informatifs, principalement les minisatellites, ou en associant plusieurs microsatellites. Intérêt en médecine légale Nécessite de l’ADN en qualité et en quantité suffisante au moins pour l’amplification par PCR.

31 Définition de l’haplotype
Un haplotype est constitué par plusieurs génotypes , c’est à dire une succession d’allèles sur plusieurs marqueurs identifiés sur le même chromosome (en cis) et dont on connaît l’ordre Suppose de connaître la localisation précise de chaque marqueur Suppose de connaître la phase, c’est à dire le chromosome sur lequel se situe les allèles de chaque génotype

32 Génétique somatique Concerne les évènements génétiques postérieurs à la formation du zygote, donc restreints à une sous-population cellulaire de l’organisme Exemples : Modification artificielle du génome cellulaire par fusion : hybride somatique (outil de laboratoire) Réarrangement des gènes des immunoglobulines Mutation somatique : perte d’allèle, inactivation ou activation de gènes

33 Application Souris A/B : pelage noir ; souris a:b : pelage moucheté et pelage du dos marron A et B sont dominants Les gènes A et B ; a et b sont liés et les recombinants sont obtenus par crossing over

34 a b A B a b A B A B a b a b a b A B a b a b a b A b a b a b a B Les 2 locus sont liés 10+8 X100 = 9% distance génétique =9cM