Chapitre 2 La transmission d un gène individuel. Le petit jardin du monastère où Gregor Mendel réalisa ses expériences sur les pois.

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1 Chapitre 2 La transmission d un gène individuel Le petit jardin du monastère où Gregor Mendel réalisa ses expériences sur les pois.

2 Les courants de pensée Hérédité par mélange: L idée prédominante de l époque était que le spermatozoïde et l ovule contenaient chacun un échantillonnage «d essences» issues des différentes parties de l organisme parental. Lors de la conception, ces essences se mélangeaient pour influencer le développement des descendants. Théorie particulaire de l hérédité: Selon cette idée développée par Mendel, les caractères sont déterminés par des unités discrètes qui se transmettent intactes au fil des générations. Le concept de gène (mais non le terme) fut proposé pour la première fois en 1865 par Gregor Mendel.

3 Le pois: l autofécondation ou la fécondation croisée Mandel choisit d étudier le pois (Pisum sativum) pour deux raisons essentielles: 1) Il pouvait facilement trouver une grande variété de pois. 2) Les fleurs de pois peuvent soit s autoféconder, soit subir une fécondation croisée.

4 Les caractères étudiés par Mendel Le terme caractère est employé ici dans le sens d une propriété spécifique d un organisme.

5 Notions importantes Lignée pure: Population dont les individus donnent des descendants identiques à eux-mêmes (qui ne présentent aucune variation) en ce qui concerne le caractère considéré. Phénotype: La forme adoptée par un caractère (ou un groupe de caractères) chez un individu spécifique. Il s agit également des manifestations extérieures détectables d un génotype spécifique. Génotype: La constitution allélique spécifique d une cellule - soit de l ensemble de la cellule, ou, ce qui est le plus courant, d un certain gène ou groupe de gènes.

6 Croisement réciproque Notions de génération parentale, génération filiale (F1), F2, F3, etc.

7 Résultats des croisements de Mendel L obtention d un rapport 3 : 1 pour chacune des paires de la génération F2.

8 De la génération parantale à la F2 P: fleur violette X fleur blanche F1: fleur violette F2: fleur violette et fleur blanche rapport 3 : 1 Mendel inventa les termes dominant et récessif

9 Interprétations de Mendel 1- L existence des gènes 2- Les gènes existent en paires 3- Le principe de la ségrégation 4- Contenu génétique 5- Fécondation aléatoire

10 Première loi de Mendel Loi de la ségrégation: Les deux membres d une paire de gènes se disjoignent (ou ségrègent) lors de la formation des gamètes, de telle manière qu une moitié des gamètes reçoit l un des membres de la paire et la moitié restante, l autre. Notions inhérentes: - hétérozygotes - homozygotes - dominance - récessivité

11 Autre exemple Utilisation de lignées pures pour déduire les génotypes ainsi que la dominance et la récessivité.

12 Le croisement-test Un croisement mettant en jeu un individu de génotype inconnu et un homozygote entièrement récessif est désigné par le terme croisement-test. L individu récessif est appelé une souche-test. Puisque la souche-test apporte seulement des allèles récessifs, les gamètes de l individu inconnu peuvent se déduire directement des phénotypes des descendants.

13 Hérédité Mendélienne simple Procédure expérimentale: 1- Choisir des lignées pures montrant une différence de caractère (fleurs blanches ou violettes). 2- Croiser les lignées. 3- Laisser les individus de la F1 s autoféconder. Résultats: Déductions: Toute la F1 a des fleurs violettes, ¾ de la F2 a des fleurs violettes et ¼ des fleurs blanches. 1- La différence de caractère est contrôlée par un gène essentiel déterminant la couleur des fleurs. 2- L allèle dominant de ce gène détermine des pétales violets, l allèle récessif, des pétales blancs. Interprétation symbolique: Caractère Phénotype Génotype Allèle Gène Couleur de la fleur Violet (dominant) C/C (homozygote dominant) C (dominant) Gène déterminant C/c (hétérozygote) c (récessif) la couleur des Blanc (récessif) c/c (homozygote récessif) fleurs

14 Origine moléculaire de la génétique Mendélienne Les séquences d ADN et la variation allélique: Allèle 1 Allèle 2 x Les notions d allèle dominant et récessif: A + a = A/a (protéine fonctionnelle) (protéine non fonctionnelle) = fonction

15 L hérédité liée au sexe *Les croisements suivant la transmission des gènes situés sur les chromosomes sexuels montrent souvent des rapports phénotypiques différents chez les descendants mâles et femelles. Hémizygote: Chez les mâles, gènes situés dans les régions différentielles.

16 L exemple de la couleur de l oeil chez la drosophile Drosophiles à yeux rouges et à yeux blancs

17 Les étapes du cycle cellulaire Les deux grandes parties du cycle: Mitose: Division nucléaire associée à la division des cellules somatiques les cellules d un organisme qui ne sont pas destinées à devenir des cellules sexuelles. L interphase: Comprend l intermède (G1), la synthèse (S) et l intermède (G2). *L élément clé de l interphase à lieu au cours de la phase S (phase de synthèse) lors de laquelle l ADN de chaque chromosome devient une paire de chromatides soeurs associées.

18 La mitose Prophase: Les chromatides soeurs qui ne sont pas visibles lors de l interphase, apparaissent au cours de la prophase. Métaphase: Les paires de chromatides sœurs gagnent le plan équatorial de la cellule. Anaphase: Les chromatides sœurs sont tirées vers les extrémités opposées de la cellule par les microtubules qui se fixent aux centromères. Télophase: Les chromosomes ont fini de gagner les pôles lors de la télophase et une membrane nucléaire se reforme autour de chaque noyau et la cellule se divise en deux cellules filles. Chaque cellule fille reçoit l une des paires de chromatides sœurs, qui deviennent alors des chromosomes à part entière.

19 La mitose Production de deux cellules génétiquement identiques à partir d une seule cellule mère.

20 L action des microtubules lors de la mitose

21 La mitose - processus fondamentaux Réplication et Ségrégation

22 La méiose Méiose: Nom donné aux deux divisions nucléaires successives appelées méiose I et méiose II, qui se déroulent dans des cellules spéciales, les méiocytes. Les deux divisions méiotiques et les divisions cellulaires associées donnent naissance à un groupe de quatre cellules appelées produits de la méiose. Chez les animaux et les végétaux, les produits de la méiose deviennent les gamètes haploïdes.

23 La méiose Interphase: Avant la méiose, une phase S duplique chaque ADN chromosomique pour former des chromatides soeurs, exactement comme lors de la mitose. Prophase I: Comme dans la mitose, les chromatides sœurs deviennent visibles durant la prophase I. Métaphase I: À l opposé de la mitose, Les chromosomes homologues s apparient pour former des groupes de quatre chromatides appelés tétrades. Les chromatides non sœurs s engagent dans un processus de cassure et de réunion appelé crossing-over. Anaphase I: Chacune des deux paires de chromatides sœurs gagnent un noyau fils (pôle) différent. Télophase I: La plupart du temps, une membrane nucléaire se reforme. Prophase II: On note la présence du nombre haploïde de chromosomes dans l état condensé. Métaphase II: Les chromosomes s alignent dans le plan équatorial. À ce stade, les chromatides se dissocient souvent partiellement de leur partenaire. Anaphase II: Les centromères se scindent et les chromatides sœurs gagnent les pôles opposés avec l aide des fibres du fuseau. Télophase II: Les noyaux se reforment autour des chromosomes présents aux pôles.

24 La méiose

25 La méiose - suite

26 La méiose - processus fondamentaux Réplication et Appariement des homologues et Ségrégation I et Ségrégation II

27 L appariement des chromosomes homologues Lors de la méiose (prophase I), le complexe synaptonémal réunit les homologues. Centromère A A a a Complexe synaptonémal

28 La méiose dans une cellule diploïde A/a ; B/b

29 Comparaison entre mitose et méiose

30 Comparaison entre mitose et méiose Lors de la mitose, chaque chromosome est répliqué pour former des chromatides sœurs, qui subissent une ségrégation vers les cellules filles. Lors de la méiose, chaque chromosome est répliqué pour former des chromatides sœurs. Les chromosomes homologues s apparient physiquement et subissent une ségrégation lors de la première division. Les chromatides sœurs subissent à leur tour une ségrégation lors de la seconde division.

31 La division cellulaire dans des cycles vitaux courants

32 Le cycle de vie diploïde La plupart des plantes et animaux, y compris l humain. L organisme adulte est constitué de cellules diploïde et la méiose a lieu dans des cellules diploïdes, les méiocytes.

33 Le cycle de vie haploïde Tous les organismes haploïdes qui subissent le méiose passent par un stade de vie diploïde transitoire qui fournit les méiocytes.

34 Les organismes alternativement haploïdes et diploïdes Par exemple chez les végétaux: Sporophyte: La génération produisant des spores sexuées haploïdes dans le cycle vital des végétaux. Le stade auquel se déroule la méiose. Gamétophyte: Le stade lors duquel sont produits les gamètes haploïdes. Ce stade est prépondérant et indépendant chez certaines espèces, mais réduit ou parasite chez d autres. Généralement le stade haploïde ou diploïde domine.

35 Exemple avec son application Mendélienne r + : coloration brune r: coloration rougeâtre w + : feuilles lisses w: feuilles ondulées

36 La génétique humaine Analyse d arbre généalogique Propositus: Premier membre d une famille qui retient l attention d un généticien. Dans la plupart des cas, le phénotype du propositus est exceptionnel.

37 La génétique médicale 1- Les maladies autosomiques récessives 2- Les maladies autosomiques dominantes 3- Les maladies récessives liées à l X 4- Les maladies dominantes liées à l X

38 Maladies autosomiques récessives Le phénotype affecté par une maladie autosomique récessive est déterminé par un allèle récessif et le phénotype normal correspondant est déterminé par un allèle dominant. Exemple: La phénylcétonurie (PCU) La PCU est déterminé par l allèle p (p/p) et l état normal par P. Les deux indices cléfs sont: (1) La maladie apparaît généralement dans la descendance de parents non affectés. (2) Les descendants atteints comprennent des personnes des deux sexes.

39 Maladies autosomiques récessives L exemple de la phénylcétonurie (PCU) d un point de vue moléculaire: phénylalanine hydroxylase Génotype normal: phénylalanine tyrosine phénylalanine hydroxylase Génotype malade: phénylalanine X tyrosine acide phénylpyruvique Autre exemples: (1) La mucoviscidose, (2) L albinisme. Haplosuffisance: La description d un gène qui, dans une cellule diploïde, peut induire une fonction de type sauvage s il est présent en un seul exemplaire.

40 Maladies autosomiques dominantes Le phénotype affecté par une maladie autosomique dominante est déterminé par un allèle dominant et le phénotype normal correspondant est déterminé par deux allèles récessifs. Exemple: La pseudoachondroplasie Déterminé par les génotypes D/d ou D/D et l état normal par d/d. Les principaux indices sont: (1) La maladie a tendance à apparaître à chaque génération. (2) Les pères et les mères affectés transmettent le phénotype malade à leurs filles comme à leurs fils.

41 Maladies autosomiques dominantes Autre exemples: (1) La chorée de Huntington, (2) La polydactylie, (3) La brachydactylie, (4) La bigarrure de la peau.

42 Compraison d arbres généalogiques Arbre généalogique d un phénotype récessif rare déterminé par un allèle récessif a Arbre généalogique d un phénotype dominant déterminé par un allèle dominant A

43 Maladies récessives liées à l X Les phénotypes récessifs dont la transmission est liée à l X présentent typiquement les caractéristiques suivantes dans les arbres généalogiques: 1- Beaucoup plus d hommes que de femmes présentent le phénotype étudié. 2- Les descendants d un homme affecté ne sont généralement pas atteints (sauf lorsque la mère est hétérozygote), mais toutes les filles seront porteuses de l allèle récessif masqué dans l état hétérozygote. 3- Aucun des fils d un homme affecté ne présente le phénotype étudié, ni ne transmettra la maladie à sa descendance si la mère est homozygote.

44 Maladies récessives liées à l X Exemples: (1) Le daltonisme, (2) L hémophilie, (3) La dystrophie musculaire de Duchenne, (4) Le syndrome de féminisation testiculaire.

45 Maladies dominantes liées à l X Les phénotypes dominants dont la transmission est liée à l X présentent typiquement les caractéristiques suivantes dans les arbres généalogiques: 1- Les hommes affectés transmettent la maladie à toutes leurs filles mais à aucun de leurs fils. 2- Les femmes affectées et mariées à des hommes non affectés transmettent la maladie à la moitié de leurs fils et de leurs filles. Il existe peu d exemples de phénotypes dominants liés à l X (exemple: hypophosphatémie)

46 L inactivation du chromosome X Corpuscule de Barr Femelle hétérozygote

47 L inactivation du chromosome X Mosaïque somatique chez trois générations de femmes hétérozygotes pour la dysplasie anhidrotique de l ectoderme (absence de glandes sudoripares), liée au sexe. Les zones dépourvues de glandes sudoripares sont indiquées en bleu.

48 L hérédité liée à l Y Gènes situés dans la région différentielle du chromosome Y et transmis uniquement aux garçons de père en fils. Exemple: facteur de détermination testiculaire (TDF) La pilosité du bord de l oreille, un caractère lié à l Y?

49 Polymorphismes autosomiques humains Dimorphisme pour la capacité à percevoir le goût d une substance chimique, le phénylthiocarbamide (PTC) Polymorphisme: Coexistence de deux ou plusieurs phénotypes courants d un caractère dans une population.