SEANCE 3 SEANCE 4 Comment les chromosomes deviennent-ils porteurs de l’hérédité ? Un célèbre opposant à la théorie chromosomique de l’hérédité 1/ Une thèse sur le développement embryonnaire des pycnogonides 2/ Arrivé à l’université de Columbia, travail sur le modèle d’hérédité avec la mouche du vinaigre. Le but est de contrecarrer la théorie chromosomique de l’hérédité 1/ Hugo De Vries reprend les travaux de Mendel mais pointe l’apparition dans la descendance de mutants spontanés. Les états de caractères divergent è ne d’une Gdonc forme première, l’état sauvage. le Maitriser le cycle de vie Isoler des mutants Obtenir des lignées pures Allè type o n é h P / e 2/ Bateson, puis Johansen, Génotypvont contribuer e et g a v u a s à construire le vocabulaire Allèledes mutéallèle, généticiens. Les termes de gènes, génotype et phénotypes apparaissent SEANCE 3 SEANCE 4 Comment les chromosomes deviennent-ils porteurs de l’hérédité ? Les lois de Mendel à la lumière des résultats de Morgan Phénotypes sur la couleur des yeux Mâle WT Lignée pure Femelle mutante Lignée pure ailes normales yeux rouges ailes vestigiales yeux pourpres X Phénotype vestigial Loi d’uniformité ✅ Loi de ségrégation mendélienne ✅ Loi d’indépendance ❌ double récessif 100% homogène F1 ailes normales yeux rouges Croisement-test ent-te m e s i o r C Un nouveau type de croisement o:ule croisement-test ou test-cross. -cross test F2 1339 ailes normales yeux rouges 1195 ailes vestigiales yeux pourpres 154 ailes normales yeux pourpres 151 ailes vestigiales yeux rouges st Un partenaire double-récessif Le phénotype F2 dépend du gamète de l’individu F1 SEANCE 3 SEANCE 4 Comment les chromosomes deviennent-ils porteurs de l’hérédité ? Les lois de Mendel à la lumière des résultats de Morgan Avant de comparer les résultats de Morgan à ceux de Mendel : Autofécondation dans la F1 Croisement test Gamètes de la F1 gamète du double récessif Ratio 1:1:1:1 Phénotype parentaux = phénotype recombinants Ratio 9:3:3:1 Un petit tour sur les conventions d’écriture Un gène : les initiales de la mutation ex : ailes vestigiales vg yeux pourpre p Les allèles : un + pour la version sauvage un - pour la version mutée Un génotype : Un phénotype : NS ! O I T N E CONV L ES (vg+/vg+) pour un gène (vg+/vg+ ; pr-/pr-) pour 2 gènes indépendants [vg+] pour un caractère [vg+, pr-] pour 2 caractères SEANCE 3 SEANCE 4 Comment les chromosomes deviennent-ils porteurs de l’hérédité ? Mâle WT Les lois de Mendel à la lumière des résultats de Morgan Lignée pure Femelle mutante Lignée pure ailes normales yeux rouges ailes vestigiales yeux pourpres Croisement test X Gamètes de la F1 double récessif gamète du double récessif 100% homogène F1 ailes normales yeux rouges Ratio 1:1:1:1 Croisement-test Phénotypes parentaux = phénotypes recombinants Ratio 8:8:1:1 89% Phénotypes parentaux - 11% recombinants F2 1339 ailes normales yeux rouges 1195 ailes vestigiales yeux pourpres 154 ailes normales yeux pourpres 151 ailes vestigiales yeux rouges SEANCE 3 SEANCE 4 Comment les chromosomes deviennent-ils porteurs de l’hérédité ? Les lois de Mendel à la lumière des résultats de Morgan F1 F2 [al+ ; b-] x [al- ; b+] 682 [al+ ; b+] 458 [al+ ; b-] - 439 [al- ; b+] - 407 [al+ ; b+] - 411 [al- ; b-] [b+ ; bw-] x [b- ; bw+] 492 [b+ ; bw+] 86 [b+ ; bw-] - 82 [b- ; bw+] - 85 [b+ ; bw+] - 87 [b- ; bw-] [b+ ; d-] x [b- ; d+] 903 [b+ ; d+] 431 [b+ ; d-] - 444 [b- ; d+] - 88 [b+ ; d+] - 91 [b- ; d-] [b+ ; c-] x [b- ; c+] 189 [b+ ; c+] 97 [b+ ; c-] - 104 [b- ; c+] - 35 [b+ ; c+] - 39 [b- ; c-] [al+ ; d-] x [al- ; d+] 321 [al+ ; d+] 248 [al+ ; d-] - 239 [al- ; d+] - 106 [al+ ; d+] - 111 [al- ; d-] [c+ ; bw-] x [c- ; bw+] 217 [c+ ; bw+] 159 [c+ ; bw-] - 153 [c- ; bw+] - 61[c+ ; bw+] - 68 [c- ; bw-] Ratio Mendelien Phénoypes 50% parentaux 50% recombinants 83% P - 17% R Ratios différents Fo Intervention d’un phénomène aléatoire 73% P - 27% R 69% P - 31% R 70% P - 30% R SEANCE 3 SEANCE 4 Comment les chromosomes deviennent-ils porteurs de l’hérédité ? Les lois de Mendel à la lumière des résultats de Morgan vg Cela revient à dire que 2 gènes se situent sur une même particule F0 Mâle WT Lignée pure Femelle mutante Lignée pure ailes normales yeux rouges ailes vestigiales yeux pourpres vg+ vg+ vg- vg- pr+ pr+ pr- F1 pr- vg+ vg- pr+ pr- X pr vg- vg- pr- pr- ♂ croisement-test X double récessif pr+ pr+ pr- vg+ vg+ vg- 151 ailes vestigiales yeux rouges pr- 154 ailes normales yeux pourpres pr- 1195 ailes vestigiales yeux pourpres vg- 1339 ailes normales yeux rouges pr- F2 vg- F2 vg- vg- ailes normales yeux rouges Croisement-test pr- 100% homogène F1 100% de phénotypes parentaux SEANCE 3 SEANCE 4 Comment les chromosomes deviennent-ils porteurs de l’hérédité ? Les lois de Mendel à la lumière des résultats de Morgan vg La liaison des gènes n'explique pas à elle seule les résultats obtenus pr Résultats obtenus Résultats attendus 0% Les gènes sont liés 50% Ratio de phénotypes recombinants Les gènes sont indépendants Conclusion de Morgan Les gènes sont liés mais des phénomènes ponctuels aléatoires et rares permettent des échanges entre les chromosomes. Seconde loi de Mendel complétée. SEANCE 3 SEANCE 4 Comment les chromosomes deviennent-ils porteurs de l’hérédité ? Sturtevant et la théorie chromosomique de l’hérédité Et si ces évènements de recombinaisons étaient au contraire très fréquents Chromosomes homologues à 2 chromatides Observation durant le stade de prophase de méiose réalisé par Janssens en 1909. Bivalents tétrades chiasma Chiasma Association en bivalents (2 chromosomes) ou tétrade (4 chromatides) SEANCE 3 SEANCE 4 Comment les chromosomes deviennent-ils porteurs de l’hérédité ? Sturtevant et la théorie chromosomique de l’hérédité Et si ces évènements de recombinaisons étaient au contraire très fréquents La découverte des crossing-over Symbolisé A A a a A a B B b b B b Après séparation chromatides recombinées fragments échangés A a A a B B b b chromatides parentales ver o g n i s s cro ides chromat SEANCE 3 SEANCE 4 Comment les chromosomes deviennent-ils porteurs de l’hérédité ? Sturtevant et la théorie chromosomique de l’hérédité Et si ces évènements de recombinaisons étaient au contraire très fréquents biliste a b o r p e Distanc mesure e d é t i n et u cM On parle de distance probabiliste % de recombinants Distance en cM SEANCE 3 SEANCE 4 Comment les chromosomes deviennent-ils porteurs de l’hérédité ? Sturtevant et la théorie chromosomique de l’hérédité Les premières cartes génétiques ues q i t é n é g Cartes ns de liaiso SEANCE 3 SEANCE 4 Comment les chromosomes deviennent-ils porteurs de l’hérédité ? Sturtevant et la théorie chromosomique de l’hérédité Des résultats au-delà des attentes Microphotograpie du contenu en chromosomes d’un noyau de cellule de D. Melanogaster 4 paires de chromosomes VALIDATION DE LA THEORIE CHROMOSOMIQUE DE L’HEREDITE Extrait de la carte génétique de liaison obtenu à partir de l’étude des mutants de drosophile 4 groupes de liaison SEANCE 3 SEANCE 4 Comment les chromosomes deviennent-ils porteurs de l’hérédité ? Sturtevant et la théorie chromosomique de l’hérédité Les limites de la cartographie de liaison 1/ La distance probabiliste ne peut excéder 50cM 2/ On place des mutations de gènes les unes par rapport aux autres. Et les régions sans gènes ? 3/ Ce sont des distances probabilistes déduites d’un postulat : l’équiprobabilité des recombinaisons le long du chromosome Chez la drosophile, les c r o s s i n g - o v e r n’aboutissent à des recombinaisons que chez la femelle. SEANCE 3 SEANCE 4 Comment les chromosomes deviennent-ils porteurs de l’hérédité ? Au final, ce que disent les travaux de Morgan et de ses étudiants 1/ Les particules de l’hérédité sont les chromosomes ! 2/ Au cours de la méiose, durant la première division, la formation de chiasma dans les bivalents est un phénomène favorable à l’échange courant de fragments chromosomiques 3/ La LOI DE DISJONCTION de Mendel est confirmée 4/ La LOI D’INDEPENDANCE de Mendel est revue. Deux gènes agissent indépendamment dès lors qu’ils se situent sur 2 chromosomes d’une paire différente. Au delà d’une certaine distance sur le même chromosome, les recombinaisons sont si fréquentes qu’ils peuvent agir de manière indépendante. 5/ La fréquence de recombinaison a permis d’obtenir les premières cartes génétiques. SEANCE 3 SEANCE 4 Quels éléments sont prédits dans les lois de l’hérédité ? Le fait que les chromosomes soient désignés comme porteur de l’informations génétique indique que : X1 X2 1/ Les chromosomes doivent être des unités de duplication X1 2/ L’intégralité des chromosomes assure la conservation du programme génétique. 3/ Les mécanismes d’échange doivent donc être des mécanismes contrôlés. Il s’agit donc d’un mécanisme de variabilité conservé. 4/ Les chromosomes doivent permettre la réduction du programme au moment de la formation des cellules sexuelles. X1/2 x1 X1/2 SEANCE 3 SEANCE 4 Pour aller plus loin : sexe et hérédité Des résultats de croisements qui échappent aux ratios classiques : l’hérédité en zig zag Les résultats de la première loi de Mendel ne sont même pas retrouvés. Femelle w+ Mâle w- DONC Les postulats remis en question : une paire de gènes par caractère / disjonction. F1 100% w+ DES NOUVELLES DONNEES les 0% 10 F2 mâ 3470 w+ 782 w82 % (75% théorie) 18% (25% théorie) Le phénotype « oeil blanc » est associé au sexe masculin. —> Hypothèse 1 : Les femelles « oeil blanc » meurent. SEANCE 3 SEANCE 4 Femelle w+ F1 Pour aller plus loin : sexe et hérédité Mâle w- Des résultats de croisements qui échappent aux ratios classiques : l’hérédité en zig zag F2 25% w+ femelle 25% w- femelle 25% w+ mâle 25% w- mâle DONC Femelle w+ Mâle w- Les femelles à oeil blanc peuvent survivre. La discrimination sexuelle initiale reste inexplicable. F1 100% w+ ♀ 0% 10 F2 mâ 3470 w+ 782 w82 % (75% théorie) 18% (25% théorie) les —> Hypothèse 2 : femelles et mâles ne possèdent pas le même nombre de particules SEANCE 3 SEANCE 4 Pour aller plus loin : sexe et hérédité Des résultats de croisements qui échappent aux ratios classiques : l’hérédité en zig zag Pour rappel : Femelle w+ Mâle w- Femelle w+ Mâle w- Femelle white Lignée pure Mâle sauvage Lignée pure F1 F1 L’hérédité en zigzag ne s’observe que lorsque l’allèle dominant est porté par le mâle dans la F0. 100% w+ 0% les Femelle w+ mâ 100% Femelle 0% 10 Femelle w+ Mâle w100% Mâle F2 3470 w+ les mâ 10 F2 Mâle w- 100% w+ 782 w- 3470 w+ 782 w82 % (75% théorie) 18% (25% théorie) —> Point 1 : Les mâles ne donnent pas de gènes renseignant la couleur des yeux aux mâles de la génération suivante. zigzag 82 %Hérédité (75% théorie)en 18% (25% théorie) F1 —> Point 2 : Le sexe de l’individu semble être lié à une dissymétrie concernant cette même paire de chromosome. 100% w+ F1 100% w+ les 10 0% mâ s âle SEANCE 3 SEANCE 4 Pour aller plus loin : sexe et hérédité Des résultats de croisements qui échappent aux ratios classiques : l’hérédité en zig zag ♂ w+ ♂ w- F1 F1 w- ♀ 100% w+ F1 F1 w- 10 0% w- 3470 w+ 782 w82 % (75% théorie) 18% (25% théorie) 1:1:1:1 w+ F2 les 10 F2 w+ [ white] ww+ [ white] w+ [ rouge] w- [ rouge] w+ w[ rouge] [ rouge] [ rouge] w+ w+ w- w+ fécondation croisée dans la F1 w+ [ white] [ rouge] [ rouge] F2 3:1 w- + w- w w- w- w+ 0% w- [ white] ww- w+ les mâ mâ 3470 w+ 782 w82 % (75% théorie) 18% (25% théorie) w- ww+ [ rouge] 3470 w+ 782 w82 % (75% théorie) 18% (25% théorie) F2 w- w- 0% 10 ww- 100% w+ F1 homogène 100% rouge fécondation F2 croisée dans la F1 les mâ w+ F1 100% w+ Hérédité en zigzag w- w- [ white] le mâ 3470 w+ 782 w82 % (75% théorie) 18% (25% théorie) F2 w+ w- s % Femelle w+ Mâle w- w[ rouge] 100% w+ 0 10 F2 w+ Femelle w+ Mâle w- w+ F1 Femelle w+ w- Mâle w- w- Femelle w+ w+ ♀ w+ Mâle w- w+ w- w+ w+ w+ [ white] [ white] SEANCE 3 SEANCE 4 Pour aller plus loin : sexe et hérédité Une paire de chromosomes différente mais connue… depuis 1905 Les apports de la cytologie : Description d’une paire inégale de chromosomes au cours de la spermatogenèse par Nettie Stevens Les répartitions de ces chromosomes inégaux répondent aux lois de Mendel et le contenu du noyau semble décider du sexe de l’individu. Le sexe est donc décrit comme un simple caractère mendélien. A la lumière des conclusions de Morgan et Sturtevant, un gène du sexe doit exister sur le chromosome X ou Y. Studies in spermatogenesis with especial reference to the “accessory chromosome”. Washington, D.C.: Carneiged Institution of Washington, 1905; 1906 - Stevens Nettie Maria SEANCE 3 SEANCE 4 Pour aller plus loin : sexe et hérédité A la recherche de combinaisons originales : les descendants exceptionnels de Calvin Bridges w+ Avec une probabilité de 1/2000, on observe dans la F1 : —> Des mâles aux yeux rouges —> Des femelles aux yeux blancs F1 w- ww+ F1 F2 DESCENDANTS EXCEPTIONNELS DE PREMIERE GENERATION wMâle w- w+ w[ rouge] w- Durant la méiose : —> Les chromosomes X forment entre eux un bivalent —> La paire X et Y forment un bivalent très instable [ white] w+ Ou w- Ou w+ Ou w- Ou w+ w- Femelle w+ Une certitude : la femelle n’a rien donné Génotypes possibles 100% w+ w+ 0% Ou w- Ou w+ w+ Ou w- w- s âle m 10 3470 w+ 782 wMâle w82 % (75% théorie) 18% (25% théorie) Femelle w+ Une certitude : le mâle n’a pas donné la particule w+ Ou w- SEANCE 3 SEANCE 4 Pour aller plus loin : sexe et hérédité A la recherche de combinaisons originales : les descendants exceptionnels de Calvin Bridges w+ F1 w- ww+ Descendance attendue ww+ [[ rouge] rouge] ww- [[white] white] Descendance exceptionnelle w- w- w- w+ w- w[ rouge] w- Erreurs de disjonction w- w+ w- 0 w+ [ rouge] Génotypes létaux Chez la drosophile, le chromosome Y n’est pas l’élément déterminant du sexe. SEANCE 3 SEANCE 4 Pour aller plus loin : sexe et hérédité Le chromosome X et Y, vraiment une paire de chromosomes homologues ? Région pseudo-autosomale PAR 1 Région pseudo-autosomale PAR 1 sry Région transposée Région homologue à X et Y A la méiose, les chromosomes X et Y s’apparient par les régions PAR. Processus de recombinaison non observable. Quelques dizaines de gènes qui lui sont propres, parmi lesquels le gène sry, véritable déterminant du sexe masculin. Problèmes de disjonctions rares mais possibles. (syndrome de Down, Klinefelter) 1 𝛍m Hétérochromatine Région pseudo-autosomale PAR 2 Y X Région pseudo-autosomale PAR 2 Microphotographie au MEB Source : Nature (2003) 423 : 810-812. SEANCE 3 SEANCE 4 L’indispensable Les notions à retenir La théorie chromosomique de l’hérédité Les savoir-faire à retenir Le comportement des gènes liés La cartographie génétique de liaison Les mécanismes cellulaire de recombinaison Le révision des lois de Mendel Le vocabulaire ! Distinguer des résultats de croisement pour des gènes liés et indépendants Calculer des distances probabilistes et réaliser des cartes de liaisons Reconnaître des caractères liés au sexe
