La ségrégation des allèles Pierre Ray Département de Génétique.

La ségrégation des allèles

Pierre Ray

Département de Génétique

Plan

• Rappels : le cycle cellulaire, la méiose, le chromosome

• Dominance et récessivité

• Ségrégation allelique

• Liaison génétique

Rappel : le cycle cellulaire (1)

G1G0

Mort cellulaire

Cellule quiescente

Phase de synthèse de l’ADN

Préparation à la mitose

Phases G1-G2 = INTERPHASE activité fonctionnelle de la cellule.

Décondensation

Chromatine à l’interphase1 fibre d’ADN

Fin de Phase S 2 fibres d’ADN

1 Chromosome Métaphasique

Chromosome anaphasique

Rappel : l’ADN pendant le cycle cellulaire

Quantité d’ADN

4c

2c

INTERPHASE

G1G0

S

G1

G2

MITOSE

G2

c

MITOSE MEIOSE

1ere Div

2ème Div

6

Anaphase

Rappel la méiose : 1ere division cellulaire

Métaphase : Formation du fuseau bipolaire4c, 2n à 2 chromatides

54

Prophase : Recombinaison des chromosomes homologues4c, 2n à 2 chromatides

3

Prophase : condensation des Filaments en chromatides 4c, 2n à 2 chromatides

2

Fin de phase S 4c ADN, 2n chromosomes à 2 chromatides

1’1’’

2’ 2’’

1’1’’

2’ 2’’

1

Phase G1Chromatine à l’interphase 2c ADN, 2n chromosomes

1’1’’

2’ 2’’

10

4 gamètes 1c ADN n chromosomesÀ 1 chromatide

Rappel la méiose : 2eme division cellulaire

9

Anaphase II Séparation des chromatines homologues

8

Métaphase II

7

2 cellules filles à2c ADNn chromosomes à 2 chromatides

Caryotype “brut” normal 46, X,Y

G-Banding (Giemsa) sur noyau en prophase/métaphase

Après traitement par la Cochicine : interagie avec les microtubules du fuseau

= bloque la division cellulaire.

Méiose : conclusion

génome diploïde gamètes haploïdes

• Du fait de ces recombinaisons tous les gamètes sont différents

• Des recombinaisons ont lieu entre les chromatides non-sœur des chromosomes homologues lors de la 1ere division de Méïose.

46,XX 46,XY

23,X23,Y

• Succession de 2 divisions cellulaires formant à partir d’une cellule diploïde (2n chromosomes) quatre cellules haploïdes (n chromosomes).

Caryotype “final” normal 46, X,Y

Les chromosomes sont identifiés et appariés grace à la carte cytogénétique.

Centromère

Télomère

Chromatides soeurs

Locus et allèles

Locus : site physique où se situe une séquence d’ADN (codante ou non) sur un chromosome

ChromosomesHomologues

Allèle : une des formes que peut prendre une même séquence, à un locus donné.

Individu diploïde comporte pour chaque locus 2 allèles (1 mat, 1 pat)

• identiques :homozygote • différents : hétérozygote

ChromosomeMaternel

ChromosomePaternel

Mat. Allele Pat. Allele

Allèle sauvage : le plus fréquent/non pathologique.

Locus A

Ségrégation allélique

• Ségrégation allélique

– séparation des allèles dans les cellules filles

– repose sur la disjonction des paires de chromosomes lors de la méïose

– probabilité de transmission d’un gène maternel ou paternel est de 1/2

Les lois de transmission des caractères chez le pois par Grégor Mendel

• Les 3 premières lois de l'hérédité

• si l'on croise des lignées pures différant pour plusieurs caractères, chacun de ces caractères se comporte de façon indépendante vis-à-vis de l'autre

• dans la descendance d'un croisement impliquant 2 individus F1 (génération F2), les 2 caractères parentaux réapparaissent suivant une proportion prédictible de 3:1

• dans la 1ère génération d'un croisement impliquant 2 lignées pures différant par un unique caractère, tous les individus présentent un même phénotype. Le caractère qui se manifeste dans la génération F1 est qualifié de dominant et le caractère qui en est exclus est qualifié de récessif

Dominance – Récessivité. Expression phénotypique des différents allèles

Génotype Phénotype

Homozygote AA [A]

Hétérozygote Aa [A]

• Dominance : l’allèle dominant A manifeste toujours son caractère

Génotype Phénotype

Hétérozygote Aa [A]

Homozygote aa [a]

• Récessivité–Allèle récessif a ne se manifeste pas en présence de A, ne s’exprime qu’à l’état homozygote

– Co-dominance : Aa exprime à la fois le génotype AA et aa (ex : Groupes sanguins A et B)

– Semi-dominance : phénotype Aa est intermédiaire entre AA et de aa

• Génotype : constitution allélique des gènes d’un individu (à un locus donné). • Phénotype : manifestation visible du génotype. Plus généralement c’est l’ensemble

des caractères observables d’un individu, dépend du génotype en interaction avec le milieu.

Ségrégation d’un couple d’allèles

Individu AA : gamètes A PA = 1

Individu aa : gamètes a Pa = 1

Individu Aa : gamètes A ou a PA = 1/2 Pa = 1/2

Tableaux des gamètes :

A Aa Aa [A] Aa [A]

a Aa [A] Aa [A]

AA x aa : [A] x [a]

Phénotype : 100% [A]

A AA AA [A] AA [A]

a Aa [A] Aa [A]

AA x Aa : [A] x [A]


A aA AA [A] Aa [A]

a Aa [A] aa [a]

- Phénotype : 75% [A]

Aa x Aa : [A] x [A] :

A aa Aa [A] aa [a]

a Aa [A] aa [a]

Aa x aa : [A] x [a]


Ségrégation de deux couples d’allèles : Aa , bB (1)

aA

b B

a a

AA

b Bb B

b

b

A

Ab

b

a

aA

A

B

Ba

a B

B

Ségrégation de deux couples d’allèles : Aa , bB (2)

b

b

a

aA

A

B

Ba

a B

B

b

b

A

A

25% a, b 25% A, B 25% a,B 25% A, b

ba

ba A

B

AB

aB

aB

Ab

bA

Fin

1ere

div

isio

nG

amèt

es

Ségrégation de deux couples d’allèles

Individu AABB : gamètes AB p(AB) = 1

Individu aabb : gamètes ab p(ab) = 1

AB AB ab AaBb [AB] AaBb [AB]

ab AaBb [AB] AaBb [AB]


AABB x aabb :

Phénotype : 100% [AB]

Ségrégation de deux couples d’allèles

• Individu AaBb, phénotype [AB]• 4 types de gamètes : AB ou Ab ou aB ou ab. pAB = pab = pAb = paB = 1/4


AaBb x AaBb

AB Ab aB ab

AB AABB [AB] AABb [AB] AaBB [AB] AaBb [AB]

Ab AABb [AB] AAbb [Ab] AaBb [AB] Aabb [Ab]

aB AaBB [AB] AaBb [AB] aaBB [aB] aaBb [aB]

ab AaBb [AB] Aabb [Ab] aaBb [aB] aabb [ab]

9 Génotypes : AABB, AABb, AaBb, Aabb, AaBB, aaBB, aaBb, AaBb, aabb

4 Phénotypes : 2 parentaux : p[AB] = 9/16, p[ab] = 1/16

2 recombinés : p[Ab] = 3/16, p[aB] = 3/16

Loi de ségrégation indépendante des caractères

– pendant la méïose, la ségrégation d’une paire d’allèles est indépendante de la ségrégation d’une autre paire d’allèles

– Pour 1 couple d’allèles 2 types de gamètes 3 génotypes

– Pour 2 couples d’allèles 22 = 4 types de gamètes 32 = 9 génotypes

– Pour 3 couples d’allèles 23 = 8 types de gamètes 33 = 27 génotypes

– Pour n couples d’allèles 2n types de gamètes 3n génotypes

– loi vérifiée que dans le cas de couples d’allèles indépendants (situés sur des chromosomes différents)

Liaison génétique

• Coségrégation de 2 ou plusieurs allèles au cours de la méïose en raison de

la proximité physique de leur locus sur le génome

– Echange réciproque de matériel génétique entre les chromatides de chromosomes homologues survenant lors de la méïose au niveau des chiasmas

– Mécanisme responsable des recombinaisons génétiques

Recombinaison (I)

Recombinaison(II)

• Recombinaisons génétiques– aléatoires et imprévisibles

– loi statistique : la probabilité de recombinaison entre 2 locus dépend de la distance physique qui les sépare.

– en moyenne 60 chiasmas par génome diploïde pendant la méïose– points chauds de recombinaison – variation du nombre de crossing over en fonction du sexe

(femme > homme)

Recombinaison (III)

• Taux de recombinaison entre deux locus

– pourcentage de gamètes recombinés parmi l’ensemble des gamètes transmis par les parents.– = nombre de gamètes recombinés / nombre de gamètes transmis

•indépendance des 2 locus : = 1/2•liaison des 2 locus : 0 < 1/2

25%25%

Ap

Am Bm

Bp

méïose

Ap Bp

Ap Bm

Am Bm

Am Bp

> 50% gamètes parentaux

< 50% gamètes recombinés

Allèles liés

Recombinaison (IV)

Ap

BmAm

BpBpAp BmAm

BmAp BpAm

25% 25%

= 50% gamètes parentaux

= 50% gamètes recombinés

méïose

Allèles non liés

Thomas Hunt Morgan

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• Morgan découvre un certain nombre de mutations. Il étudie leur transmission d’une génération à l’autre.

• Il découvre 4 groupes de liaison: les mutations ne se répartissent pas au hasard dans les descendants.

• Il émet l'hypothèse que ces quatre groupes de liaison sont assimilables aux 4 paires de chromosomes de la drosophile. La liaison étant donc "simplement le résultat mécanique de la localisation des gènes dans les chromosomes”

• Morgan présente avec Alfred Sturtevant en 1913 la première carte génétique. Depuis on a défini le centiMorgan (cM) comme unité de recombinaison: 1 cM étant égal à 1% de crossing-over.

Les expériences de Morgan, indépendance des caractères (1)

On croise deux lignées pures de drosophiles : Type sauvage : ailes longues [L] et yeux rouges [R] Double mutant : aux ailes vestigiales [v] et sans yeux [w]

La descendance (F1) est constituée uniquement d’individus aux ailes longues et aux yeux rouges.

L wv R

F1= [ LR]

1 2

L R

L w

v R

v w

Gamètes F1

1

1

1

1

2

2

2

2

L R v wxGamète sauvage

Gamète muté

1 1 22



Les males de (F1) X femelles (vv,ww) donnent 4 phénotypes dans les mêmes proportions


AB Ab aB ab

ab AaBb [AB] Aabb [AB] aaBb [aB] aabb [ab]




Phènotypes attendus : 0.25: 0.25: 0.25: 0.25

Tableau des gamètes :

On croise les males de (F1) avec femelles (vv,ww)

x

L R

L w

v R

v w

Gamètes F1

1

1

1

1

1

1

1

1

v w

Gamète muté

1 2

L wv R

1 2

L wv w

1 2

v wv R

1 2

v wv w

1 2

497 [LR]

502 [ Lw]

510 [vR]

498 [vw]

Confirmation de la loi de ségrégation indépendante des caractères avec 0.25: 0.25: 0.25: 0.25






Les expériences de Morgan, association des caractères (1)

On croise : lignée sauvage (LL, RR),

Double mutant : ailes vestigiales (vv) et aux yeux bruns (bb).La descendance (F1) est constituée uniquement d’individus [L,R]

Lbv

x

Gamète sauvage

Gamète muté

F1= [ LR]

22

R bv

2L

2

R

bv

2

L2

R

Gamètes des F1 males

Les males de (F1) X femelles (vv,ww) donnent les 2 phénotypes sauvages dans les mêmes proportions.




bv

2L

2

R

bv

22

bv

50% [ LR]

50% [vb]

On croise alors des males (F1) avec des femelles (vv,bb).

On obtient : 996 [L,R], 1008 [v,b].

bvx

Gamètes muté

2

bv

2

L2

R


Pas de recombinaison au cours de cette méiose




On croise (LL, RR), et (vv,bb). F1 est constituée uniquement d’individus [L,R] On croise alors des femelles de (F1) avec des males (vv,bb).

On obtient : 716 [LR], 702 [vb], 296 [Lb], 238 [vR].

Lbvx

Gamète sauvage

Gamète muté

F1= [ LR]

22

R bv

2L

2

RbL

2

v2

R

Gamètes des F1

femelles

L2

R

bv

2



bL

2

v2

R


L2

R

bv

2

bvx

Gamète muté

2


[Lb]

[vR]

[ LR]

[vw]

bv

2

bv

2

bv

2

bv

2

L2

R

2

bv

2

v2

R

bL

716

702

296

238

Nb total de méioses : 1952Nombre de gamètes recombinés : 534

Fraction des gamètes recombinés : 534/1952= 0.27%.

Distance entre les 2 loci = 27 cM

On observe des recombinaison lors de la méiose femelle

Morgan Conclusions

• Morgan a confirmé les lois de ségrégation des caractères de Mendel.

• Démontré l’indépendance de certain caractères et l’association d’autres et confirmé la notion de chromosomes.

• Défini la notion de recombinaison et conclu qu’elle était fonction de la distance entre les gènes positionnés sur un même chromosome et a pu établir une carte génétique de la drosophile.

• A observé que les recombinaisons chez la drosophile avaient lieu uniquement lors de la méiose des femelles.



Ailes vestigiales Yeux bruns

Sans Yeux w

Cartographie du génome : Cartes génétiques

– Ordonnancement de marqueurs polymorphes grâce à l’analyse statistique de leur

ségrégation (transmission) au cours des générations

– Observation empirique : analyses familiale et statistique – possibilité de distinguer les 2 allèles

– disposer d’un nombre suffisant de méïoses pour permettre à l’analyse statistique d’être significative

– Cartes établies à partir de la fréquence des recombinaisons méïotiques

– Distance exprimée en centiMorgan

• 1 cM correspond à une fréquence de recombinaison de 1 % entre 2 marqueurs (1 crossing over

pour 100 méïoses = 99% gamètes parentaux, 1% recombinés)

– Carte génétique de la femme est environ 40 % plus grande que celle de l’homme

(nombre de recombinaisons supérieur)

Cartographie du génome : Cartes physique



Marqueurs polymorphes

Distance physique (Millon pb) Gènes

Carte cytogénétique

– Ordonnancement de fragments clonés

chevauchants reconstituant la

molécule d’ADN de départ

– Distances mesurées entre les différents

marqueurs sont en paires de bases et

sont dites absolues

– En moyenne 1 cM = 106 pb

– Même ordre des marqueurs pour la

carte génétique et la carte physique,

seules les distances relatives changent

– La distance génétique est une

approximation de la distance réelle

physique

• De nombreux marqueurs génétiques sont présents tout au long du génome. - Minisatellites : nombre variable de répétitions de séquences courtes (14-100 nt)

- Microsatellites : nombre variable de répétitions de nucléotides répétés (2, 3 ou 4).

- SNPs : Single nucléotide polymorphisms : substitutions d’un nucléotide.

Les différent type de polymorphismes

Identification des allèles par PCR fluorescente

Primers

Laser sensor

Amplified product

Fluorescence

Size (bp)10020

Electropherogram

Les allèles des marqueurs microsatellites se distinguent après amplification du locus par PCR et migration éléctrophorètique (séparation des fragments amplifiés en fonction de leur taille).

Amplification d’un marqueur microsatellite

CA, n=5

CA, n=5

Allèle Paternel

Allèle Maternel

Individu homozygote pour le marqueur étudié.

CA, n=8

CA, n=5

Allèle Paternel

Allèle Maternel

Individu hétérozygote pour le marqueur étudié.

Marqueurs, locus et haplotype

7q31.2

LocalisationChromosomique

7q32

7p22

7p11

D7S655

LocusGene Markers

D7S3112

CFTR

Chr 7

M

Alleles Chr. Pat.

23

4

7

7

2

34

8

Alleles Chr. Mat.

28

4

2

3

3

2

N

Haplotype Morbide Haplotype normal

Un haplotype est la constition allèlique d’un individu pour plusieurs loci contigus, normalement hérités en block par l’un des parent.

∆ ∆

Exemple d’une étude familiale de ségrégation

D7S3112

42D7S3112

53

D7S3112

52

D7S655

83D7S655

72

D7S655

73MM

NN

48

32

MN

32

48

57

23

Example d’une étude familiale de ségrégation (2)

MM

23

57

4

8

N

N 3

2

D7S3112

D7S655

N

N2

3

D7S3112

D7S655

M

M

Mat.

2

3

D7S3112

D7S655M

5

7

M

M

Pat.

5

7M

• Exemple : L'hyperthermie maligne, 6 gènes identifiés, dont MHS5 et RYR 1.

I:13 22 1

2 13 2

D1S3766D1S3767MHS5D1S3768D1S3769

I:21 31 2

1 31 3

II:13 12 1

2 13 1

D1S3766D1S3767MHS5D1S3768D1S3769

II:22 31 2

1 32 3

Application : Etude familiale de ségrégation, identification du gène morbide

Etude de liaison au locus MHS5

Exclusion du gène MHS5

I:12 11 2

3 2

D19S220D19S421

RYR1D19S422

I:22 31 2

1 3

II:12 21 1

3 1

D19S220D19S421

RYR1D19S422

II:22 21 1

3 1

Etude de liaison au locus RYR 1

RYR 1 est candidat

Conclusion

• L’étude de la ségrégation des allèles par analyse de marqueur polymorphe est un outil puissant qui peut être utilisé en recherche, pour la cartographie du génome ou en diagnostic génétique.

• Les paradigmes établis au début du siècle (et avant) constituent toujours la base de la génétique moderne.

La ségrégation des allèles Pierre Ray Département de Génétique.

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