Que fait Mendel? Obtient des résultats à partirde grandes populations, principe des probabilités (pile ou face)

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1 L ADN est une nouvelle molécule différente des protéines, l hérédité répond à des lois et des structures en bâtonnet sont présentes dans les cellules: Hérédité par mélange: les caractères d une espèce fusionnent après fécondation pour former un tout. Pas de loi de l hérédité, pas de support de l hérédité. 1866: Gregor Mendel publie les résultats de ses expériences sur la transmission des caractères héréditaires. Lois sur la ségrégation indépendantes des caractères. Les gènes ne sont alors que des «facteurs invisibles». 1869: Friedrich Miescher isole l ADN à partir d échantillons riches en globules blanc (pus). Il donne la composition globale de la molécule qui diffère de celle des protéine par sa richesse en phosphore. 2

2 Que fait Mendel? Choix du petit pois comme organisme modèle: plante robuste qui se cultive facilement donne une récolte paranan Autofécondation et fécondation croisée possibles Possibilitéde contrôler la fécondation et présence de caractères constants et facilement identifiables tels que: Aspect et couleur des graines Aspectet et couleur des gousses Longueur des tiges Drosophile p avec couleur des yeux et forme des ailes ou souris avec couleur du pelage Travail 10 ans dans un jardin de moins de 3 mètres carrés Obtient des résultats à partirde grandes populations, principe des probabilités (pile ou face) Travail minutieusement avec 1 caractère à la fois Description qualitative et quantitative de la transmission des caractères 3

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4 Expériences pour analyser la F1 Caractère parent 1 Caractère parent 2 F1 Graines lisses Graines ridées Toutes lisses Fleurs rouges Fleurs blanches Toutes rouges Graines jaunes Graines vertes Toutes jaunes Gousses renflées Gousses ridées Toutes renflées Gousses vertes Gousses jaunes Toutes vertes Fleurs axillaires Fleurs terminales Toutes axillaires Tiges géantes Tiges naines Toutes géantes 5

5 Génération P Génération F1 Mais Mendel n en reste pas là! 6

6 Il reprend les pois de la génération F1 Il les sème Laisse l autopollinisation se produire Et constate que. 7

7 Expériences pour analyser la F2 Caractère du parent 1 Caractère du parent 2 Caractère de F1 Caractère de F2 Caractère1 Caractère 2 Fleurs rouges Fleurs blanches Fleurs rouges 705 rouges 224 blanches 3,15 Graines lisses Graines ridées Toutes lisses 5474 lisses 2, ridées Graines jaunes Graines vertes Toutes jaunes 6022 jaunes 3, vertes Gousses renflées Gousses ridées Toutes gonflées 882 renflées 2, ridées 8

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9 L échiquier de Punnett ou tableau des gamètes gamètes possibles R R gamètes possibles r Rr Rr r Rr Rr 10

10 L ADN est une nouvelle molécule différente des protéines, l hérédité répond à des lois et des structures en bâtonnet sont présentes dans les cellules: A la fin du XIXe siècle, les progrès réalisés en microscopie permettent de préciser les connaissances dans le domaine de la reproduction sexuée. 1875: fécondation chez l oursin, fusion des noyaux male et femelle Vers 1880: observation de «batonnets» dans les noyaux 1883: Heinrich von Waldeyer er observe e 4 chromosomes dans l œuf d Ascaris alors que seulement 2 dans le gamète femelle et 2 dans le gamète male. Il invente le terme chromosome en 1888: Chroma Soma; corps coloré car très visibles après utilisation de certainscolorants. Les chromosomes sont détectés, l ADN est découvert et il existe des lois de l hérédité mais aucun lien n existe entre ces idées 11

11 Redécouverte des lois de Mendel et notion de gènes: 1900 Travaux chez les plantes 1900: Hugo de Vries Différents caractères ont des transporteurs différents. C est à dire que la transmission i de traits spécifiques et associé à des particules. Ces particules sont appelées pangènes (pan genos) pour devenir gène vers Modification de l idée original de Darwin vers 1870 Les mutations peuvent permettre l apparition de nouvelles espèces. 1900: Carl Correns: Redécouvre les lois de Mendel et observe des différences de ségrégation selon le sexe. 1900: Erich von Tschermak redécouvre les lois de Mendel 3 articles scientifiques pour une redéfinition des lois de Mendel 12

12 Première loi : Tous les individus dits de génération F1 issus du croisement entre un plant à grainesrondes rondes et un plant à graines ridées sont identiques, ilsne présentent que laversion ronde de la forme. Le phénotype rond est dominant et le phénotype ridé est récessif. Cette loi est dite «d uniformité de la génération F1».. Deuxième loi : Lorsqu on on croise entre eux des individusdede générations F1, on obtient une génération F2 dans laquelle on trouve à nouveau les deux versions de la forme de la graine dans des proportions bien définies : trois descendants à graines rondes pour un descendant à graines ridées. Cette loi est dite «de ségrégation des caractères dans la génération F2». Troisième loi: Si l on croise des pois à graines rondes et jaunes avec des pois à graines ridées et vertes, on obtient une génération F1 dont tous les individus sont à graines rondes et jaunes. La génération F2 est formée par la réunion de l une des formes avec l une des couleurs. Cette loi est dite «d assortiment indépendant des caractères». 13

13 Les chromosomes sont les vecteurs de l hérédité: début 1900 Fin 1800: Theodor Boveri observe que chez l oursin, il est nécessaire d avoir tous les chromosomes pour un développement correct. 1902: Walter Sutton étudie la gamétogenèse chez la sauterelle. Description de la méiose. Les gamètes héritent chacun d'une combinaison de chromosomes paternels et maternels et celle ci n'est pas la même selon le gamète considéré. 1902: William Bateson appelle allèle les différentes versions d'une unité responsable d'un caractère: un individu qui possède les deux mêmes versions d'un gène est homozygote, s'il a deux versions alléliques différentes, il est hétérozygote. 1905: Il crée le mot "génétique" pour désigner la science qui étudie l'hérédité, c'est à dire la transmission des caractères et leurs variations. Théorie de Boveri Sutton: les allèles responsables de la ségrégation Mendelienne sont portés par les chromosomes 14

14 Le travail de Boveri amène 3 conclusions: (1) Les chromosomes conservent leur individualité id éd d une division i i à une autre. (2) L œuf en développement obtient un lot équivalent de chromosomes de l ovule et du sperme. (3) Chacun de ces lots parentaux, séparément, sont suffisants pour le développement de la cellule germinale. Donc les chromosomes sont les porteurs de l hérédité. Mais, soit chaque chromosomecontient contient toute l information héréditaire, soit chaque chromosome est porteur d une partie de cette information. 15

15 Les gènes peuvent être liés sur les chromosomes, les recombinaisons permettent les échanges inter chromosomiques 1909: Janssens décrit la «chiasmatypie» qui deviendra la recombinaison homologue ou crossing-over over. 16

16 Vers 1910: Morgan trouve que Certains traits sont liés au sexe. Ces traits sont portés par le chromosome X D autres gènes sont portéspard autreschromosomes p Les gènes sont disposés de manière linéaire sur les chromosomes Notion de liaison génétique et hypothèse des crossing over. Fréquence de ces crossing over fonction de la distance entre les traits. Théorie chromosomique de l hérédité 17

17 Que fait Morgan? Farouche anti-mendel et anti-darwin Utilisation de Drosophila melanogaster car bon modèle animal Veux obtenir des mutants, t principe i de la mutagénèse Mutation «œil blanc» se transmet différemment selon le sexe. Mutation «petites ailes» se transmet différemment selon le sexe. Ces 2 mutations peuvent êtres associées ou séparées selon des lois non-mendéliennes Devient un farouche défenseur du Mendélisme 18

18 Pourquoi la drosophile (Drosophila melanogaster)? Petite taille donc élevage facile en flacons Chaque accouplement produit des centaines d individus Les générations se succèdent tous les 15 jours 19

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21 1916: dessin de Morgan illustrant les recombinaisons homologues 22

22 Début des années 1930,, la théorie chromosomique est bien établie et les lois de Mendel confirmées. L apparition de mutations explique les variations observées au sein des espèces. Qu est ce qu un un gène? Quelle est la nature du matériel chromosomique? Quelle est la relation entre un gène et sa fonction? 23

23 : La composition en bases des acides nucléiques et la structures des nucléotides sont établies L héritage de Phoebus Levene 1909: Identification du ribose 1929: Identification du désoxyribose Trouve l ordre Phosphate-Sucre-Base qu il nomme «nucléotide» Suggère que l ADN est une suite de 4 nucléotides liés par les phosphates Se trompe en pensant que chaque molécule l d ADN ne contient t que 4 nucléotide et que ce manque de complexité ne peut pas stocker l information génétique Idée récurrente à ce moment là concernant l ADN: cette molécule ayant une structure monotone ne peut porter aucune information 24

24 1928, l expérience de Frederick Griffith Essaie de faire un vaccin contre Streptococcus pneumoniae Identifie le «facteur transformant» 25

25 : J. Lionel Alloway et la transformation in vitro Le «facteur transformant» est acellulaire et peut être isolé 26

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27 1909: Archibal Garrod, précurseur de la notion «gène = fonction» Etude de l alcaptonurie ou «maladie de l urine noire» Transmission sous mode Mendélien récessif. Liée à un excès d un intermédiaire métabolique qui noircit si trop oxydé «résulte d un déficit d une enzyme spécifique responsable de la dégradation de» Première idée d une corrélation entre une fonction métabolique et un facteur génétique de type Mendélien 28

28 1941: Beadle et Tatum, démonstration expérimentale d une relation entre un gène et une enzyme Utilisation du champignon pg Neurospora crassa Mutagenèse et obtention de mutants auxotrophes Certaines mutations empêchent la synthèse des acides aminés Ces mutations affectent des gènes contrôlant la synthèse d enzymes impliquées dans le métabolisme 29

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30 Problème Quelle est la nature biochimique du gène? La protéine est reine et responsable de toutes les fonctions Les généticiens éti i à ce moment là sont familiers des organismes dits supérieurs et ne sont pas prêts à entendre le discours des microbiologistes 31

31 1944: Erwin Shrodinger Prix Nobel de Physique en 1933 Livre: «What is life?» Concept d une molécule contenant le code nécessaire à l organisation de la vie. Le matériel héréditaire est un message chimiquement codé Concept qui inspira fortement Watson et Crick! 32

32 1944:Avery, Mc Leod et Mc Carty 33

33 1944:Avery, Mc Leod et Mc Carty Le principe transformant est un acide nucléique de type ADN Le principe transformant n est nest pas une protéine mais Une importante t partie de la communauté scientifique tient t pour admis que le support de l information génétique est de nature protéique Il faut attendre 1952 pour une solide confirmation par Hershey et Chase suivant une autre approche 34

34 Pourquoi les protéines et pas une nouvelle molécule? Les travaux de Levene suggère une monotonie dans la structure de la molécule d ADN incompatible avec la diversité des caractères observés dans la nature.atcgatcgatcgatcgatcg. Les découvertes majeures concernant les protéines et leurs diversités peuvent expliquer la richesse des variations génétiques La présence de protéines au sein des chromosomes est en faveur de la nature protéique du support de l hérédité L activité catalytique de certaines protéines offrent une explication au mécanisme d auto réplication du matériel génétique 35

35 1952: Hershey et Chase Quelle est la nature du matériel permettant la réplication d un phage? 36

36 1952: Hershey et Chase La nature chimique du matériel génétique d un bactériophage est l ADN 37

37 1953: Modèle moléculaire de la double hélice d ADN (Watson et Crick) Structure en double hélice permet de comprendre comment s effectue la réplication 1958: «l information génétique est transmise des acides nucléiques aux protéines et l ADN n est que le support moléculaire d une information qui s exprime à travers les protéines» Replication semi-conservative (Meselson et Stahl) 1956: S. Ochoa découvre l ADN pol. et A. Kornberg l ARN pol. 1957: M.B. Hoagland identifie les ARNt 1961: M. Nirenberg produit la première protéine in vitro (système acellulaire) 1961: Crick démontre que l unité du code génétique est le triplet de nucléotide (codon) : déchiffrement du code génétique 1965: enzymes de restriction 1971: début de l ingénierie génétique 38

38 1974: Problèmes étiques liés aux manipulations génétiques soulevés 1983: PCR Aujourd hui: séquençage des génomes de nombreux organismes BacterieS Levure Nematode Drosophile Arabidopsis Souris Homme 39