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

A BCependant, 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/vgF1: pr+/pr . vg+/vg

Croisement test: femelle mâle

pr+/pr . vg+/vg x pr/pr . vg/vg

Phénotypes à la F2:pr+ . vg+ 1339pr . vg 1195pr+ . vg 151pr . vg+ 154Total 2839

151 + 154 = 305305 / 2839 = 0.107 = 10.7% de recombinantsGènes liés à 10.7 cM (centiMorgan) de distance

1- Liaison des gènes = pas de rapport 1:1:1:12 - Proportions égales des combinaisons parentales et proportions égales des combinaisons non-parentales

Parents:pr+ vg+ pr vg

pr+ vg+ pr vgyeux pourpres yeux rougesailes normales ailes vestigiales

F1 et croisement testpr+ vg+ pr vg pr vg pr vg

pourpres normales rouges vestigiales

F2: % à peu près yeux ailes45 % pr+ vg+ / pr vg pourpres normales45 % pr vg / pr vg rouges vestigiales5 % pr+ vg / pr vg pourpres vestigiales5 % 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+ 157pr . vg 146pr+ . vg 965pr . vg+ 1067

157 + 146 = 303303 / 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.

mâle femellepr vg / ++ x pr vg/ pr vg

50 % pr vg / ++ 50% pr vg / pr vg

Proportions 1:1Aucun 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

Il n'y a pas d'enjambement durant la méiose des drosophiles mâles

Comparaison directe des phénotypes avant et après la méiose

132

141

26

23

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.

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.

Si la proportion de recombinants est de 17%, la distance entre les gènes A et B est de 17 cM.

Si la proportion de recombinants est de 32%, la distance entre les gènes A et B est de 32 cM.

Recombinaison interchromosomique

Due à la ségrégation indépendante, les recombinants constituent 50% de la descendance

A;B A;bPhénotypes

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

ab

AB

Phénotypes

Les recombinaisons intrachromosomiquesse 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

pr+ vg+

3 - pr vg / pr+ vg+

4 - pr vg / ++

Représentation de la distance entre 2 gènes (11 cM)

1 - ___________________________ pr 11 vg2 - ___________________________

pr+ 11 vg+3 - ___________________________ couleur 11 forme des

des yeux ailes4 - ___________________________

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 femellepr vg / ++ x pr vg/ pr vg

50 % pr vg / ++ 50% pr vg / pr vg

Proportions 1:1Aucun 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

filsy = corps jaune w = yeux blancsy+ = corps brun w+= yeux rouges

P - femelle = y+/y+ mâle = +w/YF1- femelle = y+/+w mâle = y+/YPhénotypes 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

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.

Correspondance entre unités de carte et distance physique (en paire de bases)

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. 6 Klug and Cummings, 6ed