Évolution et Diversité du Vivant (101-NYA-05)

1. Évolution et Diversité du Vivant (101-NYA-05) Cours 6 Les travaux de Morgan, digne successeur de Mendel Bernadette Féry Automne 2004

2. Contexte historique à la base de la génétique moderne • Le modèle simple de Mendel n'est pas reconnu de son vivant • En 1900, 3 botanistes, chacun de leur côté, arrivèrent aux mêmes résultats que Mendel : • Le scepticisme persiste encore malgré tout quant à la validité des lois de Mendel sur la ségrégation et l'assortiment indépendant des caractères car, la base physique pouvant expliquer la séparation des facteurs lors de la formation des gamètes n'est pas connue • Graduellement, on commence à établir une corrélation entre le nombre de chromosomes et le nombre de gènes ;la théorie chromosomique de l'hérédité prend forme : les gènes sont organisés en série linéaire le long du chromosome • Les gènes mendéliens sont situés sur les chromosomes et ce sont les chromosomes qui subissent les phénomènes de ségrégation et un assortiment indépendant durant la méiose. • Une explication physique au modèle de l'hérédité de Mendel est enfin donnée

3. Les facteurs héréditaires de Mendel (les gènes), se trouvent à des locus spécifiques sur les chromosomes Nucléole Campbell : 280 (1eéd. Française) — Figure 14.1 Campbell : 289 (2eéd. Française)

4. Thomas Hunt MorganSuccesseur de mendel • Au début des années 1900 • Le premier à associer un gène spécifique à un chromosome spécifique • Expériences menées sur des drosophiles

5. Le matériel de Morgan : des drosophiles Pourquoi des drosophiles ? • Mouche peu nuisible (se nourrit des champignons qui se développent sur les fruits) • Prolifique (environ 100 individus aux 15 jours) • On peut facilement en identifier le sexe par l'abdomen • N’a que 8 chromosomes  moins de matériel à étudier • Ses chromosomes géants sont visibles au microscope optique. On peut donc suivre leur mouvement ainsi que celui des gènes qu'ils portent au microscope. • Détermination du sexe ressemble à celle de l'humain 3 paires autosomes et 1 paire hétérosomes XX chez la femelle 3 paires autosomes et 1 paire hétérosomes XY chez le mâle

6. Le matériel de Morgan n’était pas varié Morgan n’avait en main qu’une variété de drosophile aux yeux rouges, corps gris et ailes normales Dans la nature, presque toutes les drosophiles ont ces caractères. Caractère dit « sauvage » ou phénotype sauvage. Phénotype le plus répandu dans une population. Dû à l'abondance des allèles « sauvages ». Campbell : 282 (1eéd. Française) — Figure 14.3 Campbell : 282 (2eéd. Française) — Figure 15.2 Qu’a fait Morgan pour obtenir d'autres variétés de drosophiles ? Il a élevé des mouches durant un an tout en les soumettant à des rayons X pour susciter l’apparition de mutations. Le premier mutant qu'il a trouvé était une mouche mâle aux yeux blancs. Dans la nature, quelques drosophiles sont mutantes. Caractère dit « mutant » ou phénotype mutant. Phénotype peu répandu dans une population. Dû à la rareté des allèles dits « mutants » apparus par mutation des allèles sauvages.

7. La notation de Morgan est basée sur l’allèle mutant Désignation de l’allèle mutant ? • Un premier mutant aux ailes courbées (curly) est trouvé. • Il sera désigné par cy. • Si cet allèle domine l'allèle normal « ailes droites » on le désigne par Cy (c majuscule). • Si cet allèle est récessif par rapport à l'allèle normal « ailes droites » on le désigne par cy (c minuscule). Désignation de l’allèle sauvage ? • Par le même symbole que celui qui désigne l'allèle mutant. • Doté d'un signe plus en exposant. Cy+ou cy+

8. w w+ vg vg+ Un exemple de la notation de Morgan Le premier mutant de Morgan a les yeux blancs (white) et cet allèle est récessif par rapport à l'allèle sauvage yeux rouges. Comment désigne t-on l'allèle yeux blancs ? Comment désigne t-on l'allèle normal « yeux rouges » ? Morgan trouve un mutant aux petites ailes (vestigiales) et cet allèle est dominant par rapport à l'allèle sauvage, ailes de longueur normale. Comment désigne t-on l'allèle petites ailes ? Comment désigne t-on l'allèle normal ailes longues ?

9. Le croisement monohybride de Morgan • Croisement pour un caractère • Un caractère lié au sexe • Caractère yeux rouges (w+) ou blancs (w)

10. Femelle homozygote aux yeux rouges Phénotype sauvage Mâle pur aux yeux blancs Phénotype mutant En F1, Morgan observe la disparition d’un caractère parental En F2, Morgan observe la réapparition du caractère disparu chez 25% des descendants, des mâles uniquement

11. Hypothèse de Morgan pour expliquer ses résultatsLe gène pour la couleur des yeux est porté par le chromosome X et n’a pas son équivalent sur le chromosome Y. (Gène lié au sexe) Mâle aux yeux blancs Phénotype mutant Femelle aux yeux rouges Phénotype sauvage Quels sont les phénotypes et le rapport phénotypique de la F1 ? 100% de yeux rouges Quels sont les phénotypes et le rapport phénotypique de la F2 ? 75% de yeux rouges et 25% de yeux blancs (des mâles) Campbell : 283 (1eéd. Française) — Figure 14.4 Campbell : 292 (2eéd. Française) — Figure 15.3

12. Le croisement dihybride de Morgan • Croisement pour deux caractères • Deux caractères non liés au sexe • Caractère corps gris (b+) ou noir (b) • Caractère ailes normales (vg+) ou vestigiales (vg)

13. Mâle double mutant pour les 2 caractères Phénotype mutant Femelle hétérozygote pour les 2 caractères, non liés au sexe Phénotype sauvage Morgan observe 4 phénotypes dans la F1 comme le laisse prévoir la loi de ségrégation de Mendel Proportion inégale des 4 phénotypes. Ne correspond pas à la loi de ségrégation indépendante de Mendel. 83 % des mouches sont comme les parents 17% des mouches sont « un mélange des parents » Campbell : 293 (2eéd. Fr) Figure 15.4

14. Un rappel ! Les paires de facteurs se séparent (loi de ségrégation) sans s'occuper des autres paires (ségrégation indépendante). La paire Yy se sépare sans s'occuper de la paire Rr Tous les gamètes sont produits en proportion égale : 1/4 RY - 1/4ry - 1/4rY - 1/4Ry) En conséquence, les descendants issus de ces gamètes seront en proportion égale. Campbell : 281 (1eéd. Fr) — Figure 14.2 Campbell : 291 (2eéd. Fr) — Figure 15.1

15. Les 2 caractères étudiés dans le croisement dihybride de Morgan n’ont pas subi l’assortiment indépendant des chromosomes puisque les 4 phénotypes ne sont pas en proportion égale

16. Première hypothèse de Morgan pour expliquer ses résultatsLes gènes étudiés (corps/ailes) sont portés par le même chromosome et se transmettent ensemble (le plus souvent) dans un gamète. Les gamètes standards (majoritaires) ont la combinaison allélique parentale Les descendants de type parental sont issus des gamètes standards

17. Deuxième hypothèse de Morgan pour expliquer ses résultatsIl existe un mécanisme d’échange de segments entre les homologues qui brise quelquefois la liaison entre les gènes. Les gamètes recombinants sont un mélange de la combinaison allélique parentale Les descendants de type recombinant sont issus des gamètes recombinants

18. Le mécanisme d’échange de Morgan est le processus de l'enjambement qui se produit en prophase 1 de la méiose. Les enjambements qui se sont produits dans le croisement dihybride de Morgan Campbell : 286 (1eéd. Fr) — Figure 14.7 Campbell : 295 (2eéd. Fr) — Figure 15.5

19. Vocabulaire Recombinants génétiques Descendants qui ont hérité des caractères parentaux, selon des combinaisons alléliques différentes de celles que les parents avaient. Fréquence de recombinaison Rapport entre le nombre de recombinants et le nombre total de descendants Dans le croisement dihybride de Morgan il y a 17 % d’individus recombinants. Unité cartographique Une unité de distance relative sur un chromosome. Équivalente à une fréquence de recombinaison de 1%. Égale à 1 cM (en l'honneur de Morgan). Dans le croisement dihybride de Morgan il y a 17 % individus recombinants donc, il y a donc 17 cM entre les deux gènes b et vg. Valeur du centimorgan Les centimorgans n'ont pas de dimension absolue, en nm par exemple, car la fréquence des enjambements n'est pas la même partout le long du chromosome.

20. Carte génétique et carte cytologique Carte génétique • Séquence relative des gènes le long d'un chromosome • Carte établie à partir des données d'enjambements Carte cytologique • Emplacement exact des gènes le long d'un chromosome donné • Carte établie par des techniques de coloration, de marquage, de microscopie …

21. 17 vg b 9 cn b Construction d’une carte génétique pour les allèles b, vg et cn Un croisement entre 2 drosophiles pour les caractères b et vg produit 17% de recombinants 17 cM entre les gènes b et vg Un croisement entre 2 drosophiles pour les caractères b et cn (yeux vermillons) produit 9% de recombinants 9 cM entre les gènes b et cn Quelle est la carte génétique des trois gènes ? Carte A ou carte B ? 9 17 A cn b vg B 17 9 vg b cn

22. On ne peut pas répondre avec ces données, il faut un autre croisement. Sturtevant, un étudiant de Morgan, a fait ce croisement. Il a trouvé 9,5% recombinants pour les caractères cn et vg. 9 cM entre les gènes cn et vg Quelle est la bonne carte ? Carte B 9 17 A cn b vg B 17 9 vg b cn

23. La carte génétique partielle d’un des chromosomes de la drosophile Gènes liés au chromosome 2 Campbell : 288 (1eéd. Fr) — Figure 13.9 Campbell : 297 (2eéd. Fr) — Figure 15.7

24. Comparons les gènes indépendants sur lesquels Mendel a travaillé aux gènes liés de Morgan !

25. Les gènes indépendants de Mendel Portés par des chromosomes différents. Production de tous les gamètes en proportion égale (par assortiment indépendant des chromosomes) Donc Pourcentages de type parental et recombinant sont égaux (50% de descendants de type parental et 50% de recombinants) Symbolise la femelle double hétérozygote du croisement dihybride de Morgan Symbolise le mâle double mutant du croisement dihybride de Morgan Campbell : 285 (1eéd. Fr) — Figure 14.6

26. Les gènes liés de Morgan Portés par le même chromosome. Proportion inégale des gamètes. Majorité de gamètes « standards » et minorité de gamètes « recombinants » car les gènes liés se séparent ensemble selon la combinaison allélique des parents mais aussi parce qu'il se produit quelques enjambements au cours de la méiose. Le pourcentage de type parental et recombinant est variable. Plus les gènes sont éloignés, plus les enjambements se produisent facilement et plus il y a de recombinants. Plus les gènes sont rapprochés, plus les enjambements se produisent difficilement et moins il y a de recombinants. Le maximum de recombinants est de 50%. Donc Entre 50% et 99.9% de descendants de type parental Entre 0,1% et 50% de recombinants Les gènes très éloignés se recombinent très souvent et produisent le maximum de 50% de recombinants. On ne peut alors déterminer, par la simple analyse des résultats d'un croisement, si ces gènes sont liés mais éloignés ou s'ils sont situés sur des chromosomes différents et sont donc des gènes indépendants.

27. Les gènes de Mendel étaient-ils tous indépendants ? NON Mendel a travaillé, sans le savoir, sur des gènes liés dans 2 de ses croisements. Les gènes « couleur des graines » et « couleur de la fleur » sont liés Ces gènes sont si éloignés sur le chromosome qu'ils se comportent comme des gènes indépendants ; ils se recombinent fréquemment au cours de la méiose Mendel a donné les résultats de ce croisement car il n'a pas vu la différence. Les gènes « hauteur de la plante » et « forme de la gousse » sont liés Ces gènes sont plus étroitement liés que ceux ci-dessus. Mendel a obtenu des résultats contradictoires par rapport à ce qu'il avait l'habitude d'obtenir. Il en a tu les résultats ! Mendel était un petit facétieux (souriez).

28. L'hérédité liée aux chromosomes sexuels ! Élargissement des connaissances

29. Chez les humains, le sexe mâle est déterminé par la présence d'un gène SRY sur le chromosome Y

30. Les chromosomes X et Y ont des portions semblables et des portions différentes Portions différentielles des hétérosomes Portions qui ne portent pas les mêmes gènes. Le chromosome X porte des gènes n’existant pas sur le chromosome Y. Le chromosome Y porte des gènes n’existant pas sur le chromosome X. Portions homologues des hétérosomes Portions qui portent le même type de gènes et qui permettent aux deux homologues de se reconnaître et de s’apparier à la méiose. X Y http://www.snv.jussieu.fr/vie/dossiers/sexegene/1bases.htm

31. Maladies liées au chromosome X Hémophilie Daltonisme Absence d'incisives Myopathie de Duchenne Maladies liées au chromosome Y Palmure des orteils Fusion de deux ou trois dents Oreilles et corps couverts de poils Peau craquelée et écailleuse X Y http://www.snv.jussieu.fr/vie/dossiers/sexegene/1bases.htm

32. Différences dans l’expression des gènes entre hommes et femmes Gène Jaune = santé Gène bleu = maladie Femme-maladie récessive A A A a a a Malade 2 copies du gène récessif est nécessaire pour déclencher la maladie a A a a A A Femme-maladie dominante Malade Malade 1 copie du gène dominant est nécessaire pour déclencher la maladie A a A a Malade Malade Homme 1 copie du gène est nécessaire pour déclencher la maladie, peut importe que ce soit un gène dominant ou un gène récessif

33. Deux cas d’inversion sexuelle par translocation Pas à l’examen À la prophase 1, il se produit des enjambements grâce à l'appariement des régions Par 1 et Par 2. 1 2 Un mauvais enjambement survient. Le gène SRY est transféré sur le chromosome X. Le gène Sry est situé à proximité de la région Par 1 du chromosome Y. Après fécondation des gamètes par un chromosome X normal, on a : 4 3 XX = mâle XX stérile 1/20 000 naissances XY = femelle XY stérile 1/10 000 naissances Femme normale Mâle XX stérile 1/20 000 naissances Femme XY stérile 1/10 000 naissances Homme normal La suite de la méiose permet la séparation des chromatides.

34. Le corpuscule de Barr Les femmes ont deux chromosomes X. Comme un seul X est nécessaire pour assurer le développement normal, un des deux X se condense (au hasard). Au début du développement embryonnaire femelle, les deux X sont actifs et ils le demeurent dans les cellules germinales (ovogonies). Les hommes n’ont pas de corpuscule de Barr car ils n’ont qu’un X. Corpuscule de Barr (un X condensé) dans un noyau de cellule de femme.

35. La détermination du sexe est variable dans la nature !

36. Purves : 235  Figure 10.24

37. FIN DU COURS 6

38. 26. L'hémophilie est une affection sanguine héréditaire qui affecte la coagulation du sang ; ceci provoque des hémorragies dans les articulations et les tissus profonds. Le gène de l'hémophilie est un gène récessif h ; le gène H produit des individus en santé. Les gènes H et h sont portés par le chromosome X sans correspondance sur le chromosome y. Donnez le phénotype d’un individu : XHXH XHy XhXh Xhy XHXh

39. 27. La reine Victoria d'Angleterre et son mari, le prince Albert, étaient en santé. La princesse Alice de Hesse, leur fille, épousa Louis IV de Hanovre. Ce prince était en santé. Les enfants de ce couple étaient aussi en santé, sauf, le prince Frédéric Guillaume, atteint d'hémophilie. La princesse Alexandra, soeur de Frédéric Guillaume, épousa le tsar Nicolas Il de Russie. Cet empereur était en santé. Leur fils, le tsarévitch Alexis, était hémophile. • Faire l’arbre généalogique et y indiquer les génotypes de tous les individus.

40. 30. La mort du foetus en voie de développement peut être due au gène létal m. En présence du gène dominant M, le foetus se développe jusqu'à terme. Ces gènes sont sur le chromosome X, sans correspondance sur le chromosome y. Soit la P1 suivante: Homme XMy x Femme XMXm a) Quel pourcentage de la F1 ne survivra pas ? ....................................... b) Parmi les survivants de la F1, quel % sera de sexe féminin ? ................................................ c) Si toute la F1 survivait, quel % serait de sexe masculin ? ................................................ d) Est-ce qu'une P1 différente pourrait donner des filles au génotype Xm Xm ? _____ Expliquer.

41. 34. Une navette d'exploration spatiale découvre une planète habitée par des créatures se reproduisant de la même manière que l'être humain. Trois expériences de reproduction sont effectuées pour les caractères suivants : Aspect boursouflé B domine Aspect malingre b Présence d'antennes A domine Absence d'antennes a Nez en trompette T domine Nez crochu t Premier croisement Femelle double hétérozygote boursouflée avec antennes X Mâle double récessif

42. Calculer la fréquence de recombinaison entre les gènes : B et A : ...................... T et A : ................... B et T : .......................... c) Établir la séquence correcte des trois gènes sur le chromosome.