Complémentation chez le phage

Analyse génétique Aurélien Chateigner Semestre 5
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TP d’étude de la complémentation et de
la recombinaison de la région rII chez le
bactériophage T4
I. Introduction
A. Phage T4
1. Structure
Ce TP a pour but d’étudier la complémentation et la recombinaison de la région rII chez le
bactériophage T4. Nous utilisons les bactériophages dans nos études pour 2 raisons principales. En
effet, ils parasitent et tuent les bactéries, et c’est cette propriété qui nous intéresse dans nos
expériences.
La première raison est que l’on peut croiser 2 génotypes de 2 phages distincts pour mesurer la
recombinaison, et ainsi cartographier le génome viral.
La deuxième raison est que l’on peut utiliser ces bactériophages pour rassembler des gènes
bactériens, afin de réaliser des études de liaison ou d’autres études génétiques.
On peut aussi les utiliser en technologie moléculaire comme porteur ou vecteur d’inserts d’ADN
étranger provenant de n’importe quel organisme, mais cette utilisation est plus spécifique, et donc
moins répandue.
Au cours de ce TP, nous étudierons principalement 2 techniques qui sont utilisées pour les 2 raisons
citées plus tôt. Ces 2 techniques sont la recombinaison et la complémentation.
Nous utiliserons au cours de ce TP des bactériophages T4, et plus particulièrement, nous allons nous
concentrer sur la région rII. Les bactériophages T4 font partie de la classe de bactériophages les mieux
étudiés. Leur structure se compose de 6 parties :
- La tête (contenant un acide nucléique)
- Le col et le collier
- La partie centrale
- La gaine
- La plaque basale
- Les fibres

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2. Cycle bactérien
Pour infecter une bactérie, un phage va aller se fixer à la bactérie pour lui injecter son matériel
génétique, qui va alors utiliser les différents outils utilisés par l’acide nucléique de la bactérie
habituellement.
La synthèse de composés ne fabrique plus alors que des composés du phage, et plus de la bactérie.
Le matériel alors formé servira à faire de nouveaux phages, qui seront libérés par la lyse de la
bactérie (rupture de la paroi).
Dans l’étude des caractères des phages, la seule manifestation visible à l’œil est amenée par les
bactéries dans lesquelles les phages sont entrés. On ne peut étudier que la morphologie des plages
de lyse, ou la gamme des hôtes, qui est la manifestation de la sélection d’infestation du phage.
Cellule non infectée
Lyse de la cellule hôte
Assemblage des
phages à l’intérieur de
l’hôte
Les protéines phagiques
sont synthétisées et le
matériel génétique est
répliqué : le chromosome
de l’hôte est ensuite
dégradé
Adsorption du
phage sur la
cellule hôte
Entrée de l’acide
nucléique du phage
Chromosome de
l’hôte dégradé
Acide nucléique
du phage
Protéine
du phage
Phages libres

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3. Région rII
La région rII étudiée permet la différenciation des croissances en fonction des bactéries. En effet,
avec le phénotype rII, le phage ne croit que sur des bactéries de type B, alors que le phénotype
sauvage permet de croitre sur les bactéries de type B et de type K. Cette différence de liaison est due
au fait que la région rII est responsable de la lyse des bactéries, et donc à la croissance des phages. Ce
phénotype est lié à 2 régions géniques distinctes : rIIa et rIIb. Une seule mutation sur l’une de ces
deux régions suffit à entrainer un phénotype rII. Le phénotype sauvage se rencontre quand les 2
régions sont sauvages, et la bactérie peut alors croitre sur les bactéries K, et ici, ce sont des bactéries
K12.
On fait alors la distinction entre les 2 types de bactéries, les bactéries B étant appelée permissives, et
les K12 étant appelées restrictives.
On présente donc les différents génotypes que l’on peut rencontrer :
rIIa+ rIIb- Phénotype rII : lyse sur
bactéries B seulement
rIIa- rIIb+ Phénotype rII : lyse sur
bactéries B seulement
rIIa- rIIb- Phénotype rII : lyse sur
bactéries B seulement
rIIa+ rIIb+ Phénotype sauvage : lyse sur
tous les types de bactéries
On a ici utilisé le code habituel pour signifier la mutation (-) et le type sauvage (+).
B. Complémentation chez le phage
La complémentation chez le phage se fait en infectant une bactérie par 2 phages distincts ou non. On
a donc affaire à un système de complémentation haploïde.
Zone de mutation rII
Infection par 2 phages
Suite à l’infection de la bactérie par les 2 phages, on a 2 types de réactions possibles, en fonction des
génotypes de 2 phages. On a vu précédemment les différents types de génotypes que les phages
Bactérie
Pas de
complémentation
Complémentation

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peuvent présenter, et donc transmettre à la bactérie. Dans le cas de mutations, on a 2 cas qui se
présentent alors :
- Les mutations sont sur le même gène, l’autre gène est sauvage dans les 2 cas : Pas de
complémentation, phénotype muté, il n’y a pas de lyse des bactéries.
- Les mutations ne sont pas sur le même gène, chaque bactérie présente un gène sauvage, et
un muté : complémentation, phénotype sauvage, lyse des bactéries.
Ce phénomène s’effectue de la manière suivante :
rIIa+ rIIb-
Gènes (phage 1)
Trajet (1) (2) lyse
Gènes (phage 2)
rIIa- rIIb+
Dans ce cas, chaque enzyme est apportée par un gène fonctionnel, l’enzyme A par le gène a du
phage 1, et l’enzyme B par le gène b du phage 2, et la lyse est effective. C’est le phénomène de
complémentation.
C. Recombinaison chez le phage
Il faut bien différencier la recombinaison de la complémentation dans l’étude des phages T4. La
recombinaison, c’est la formation de nouvelles combinaisons de gènes, par cassure et réunion de
chromosomes. Les génotypes des enfants de la recombinaison sont nouveaux, recombinés. C’est ici
que se fait la différence avec la complémentation, puisqu’il n’y a pas de mélange, dans le cas de la
complémentation, les génotypes restent les parentaux.
Ici, nous considérons que la région rIIa est composée de 6 sous-parties, que l’on nommera a1, a2, a3,
a4, a5 et a6 : rIIa rIIb
a1 a2 a3 a4 a5 a6
On a alors plusieurs souches de phages qui présentent des délétions différentes :
- La souche de phage X : délétion de toute la région rII
- La souche de phage Y : délétion de a4, a5 et a6 et rII
- La souche de phage Z : délétion de a6 et rII.
Représentons les phages de la façon suivante : partie délétée
Phage X :
Phage Y :
Phage Z :
Enzyme A
Enzyme B

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On peut alors supposer 2 choses :
- Soit la mutation est dans la région délétée
- Soit la mutation n’est pas dans la région délétée
On peut alors déduire le résultat de ces manipulations, en fonction du phage que l’on va étaler sur
les bactéries K12 :
- Phage X : Toute la région rII a été délétée, donc il n’y aura pas de plage de lyse
- Phage Y : Si les régions a1, a2 et a3 contiennent la mutation, il y aura des plages de lyse,
puisqu’elles ne seront pas délétées. Dans le cas contraire, il n’y aura pas de plages de lyses,
et donc la mutation sera dans les régions a4, a5 ou a6, qui seront délétées.
- Phage Z : Le cas est quasiment le même que le précédent, sauf que les régions qui pourraient
contenir la mutation en cas de lyse sont les régions a1, a2, a3, a4 et a5, et que celle qui
contiendrait la mutation en cas d’absence de lyse serait la région a6.
II. Manipulations
Nous avons 3 souches de phages dont nous ne connaissons pas le génotype. Nous allons tenter de
déterminer quel gène est muté, et ensuite en quelle partie il l’est.
A. Test de complémentation : détermination du gène muté
Le matériel dont nous disposons pour déterminer quel gène est muté est le suivant :
- Une bactérie d’E. coli de type B (permissive)
- Une bactérie d’E. coli de type K12 (restrictive)
- Un phage mutant de mutation connue, le mutant tester (rIIa-/rIIb+)
Phage connu incapable de lyser K12
Phage à tester incapable de lyser K12
Mutation
Les deux phages ne peuvent toujours
pas lyser la bactérie, l’un ayant été en
grande partie délété, l’autre ayant
toujours la mutation qui empêche la
lyse des bactéries K12. Cependant, la
lyse des bactéries B est possible. Cette
recombinaison est dite léthale.
Ici, en revanche, on a un phage qui est
muté et délété, et donc qui ne peut
lyse, mais on a aussi un phage qui a
récupéré le génotype sauvage, et donc
qui a gagné la capacité à lyser les
bactéries de type K12.
rII [a-b-]
rII [a-b+]
rII [a-b-]
rII [a+b+]