Chapitre 2 La transmission d`un gène individuel

Chapitre 2
La transmission d’un gène individuel
Le petit jardin du monastère où Gregor
Mendel réalisa ses expériences sur les pois.
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.
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.
Les caractères étudiés par Mendel
Le terme caractère est employé ici dans le sens d’une propriété spécifique
d’un organisme.
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.
Croisement réciproque
Notions de génération parentale, génération filiale (F1), F2, F3, etc.
Résultats des croisements de Mendel
L’obtention d’un rapport 3 : 1 pour chacune des paires de la génération F2.
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
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
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
Autre exemple
Utilisation de lignées
pures pour déduire les
génotypes ainsi que
la dominance et la
récessivité.
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.
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:
Toute la F1 a des fleurs violettes, ¾ de la F2 a des
fleurs violettes et ¼ des fleurs blanches.
Déductions:
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
Couleur de la fleur
Violet (dominant)
Blanc (récessif)
Génotype
Allèle
C/C (homozygote dominant) C (dominant)
C/c (hétérozygote)
c (récessif)
c/c (homozygote récessif)
Gène
Gène déterminant
la couleur des
fleurs
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
(protéine fonctionnelle)
+
a
(protéine non fonctionnelle)
= A/a
= fonction
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.
L’exemple de la couleur de l’oeil chez la drosophile
Drosophiles à yeux rouges et à yeux blancs
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.
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.
La mitose
Production de deux cellules génétiquement identiques à partir d’une seule cellule mère.
L’action des microtubules lors de la mitose
La mitose - processus fondamentaux
Réplication
et
Ségrégation
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.
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.
La méiose
La méiose - suite
La méiose - processus fondamentaux
Réplication
et
Appariement des homologues
et
Ségrégation I
et
Ségrégation II
L’appariement des chromosomes homologues
Lors de la méiose (prophase I), le complexe synaptonémal réunit les
homologues.
Centromère
A
A
a
a
Complexe
synaptonémal
La méiose dans une cellule diploïde A/a ; B/b
Comparaison entre mitose et méiose
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.
La division cellulaire dans des cycles vitaux courants
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.
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.
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.
Exemple avec son application Mendélienne
r+: coloration brune
r: coloration rougeâtre
w+: feuilles lisses
w: feuilles ondulées
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.
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
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.
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.
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.
Maladies autosomiques dominantes
Autre exemples: (1) La chorée de Huntington, (2) La polydactylie,
(3) La brachydactylie, (4) La bigarrure de la peau.
Compraison d’arbres généalogiques
Arbre généalogique d’un phénotype
dominant déterminé par un allèle dominant A
Arbre généalogique d’un phénotype
récessif rare déterminé par un allèle
récessif a
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.
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.
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)
L’inactivation du chromosome X
Corpuscule de Barr
Femelle hétérozygote
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.
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 ?
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.