Les cycles de vie

ème
2 Année
TCSM –
TD de GENETIQUE
T.D. n°2- Les Cycles de Vie
1.
2.
3.
Rappels de cours
Applications
Exercices
1
LES CYCLES DE VIE - GENERALITES
2
LES CYCLES DE VIE - GENERALITES
La reproduction sexuée d'un organisme implique l'alternance d'une
phase haploïde et d'une phase diploïde. Selon les organismes, la
longueur relative de ces 02 phases est très variable. Les passages
successifs, au cours des générations, d'un état à l'autre, sont
représentés par un cercle qui symbolise le cycle de vie de
l'organisme considéré (=cycle biologique ou cycle vital). La diversité
des Eucaryotes à reproduction sexuée se manifeste par l'état
prépondérant dans leur cycle de vie.
La phase diploïde est prépondérante chez les Animaux, dont
l‘Homme, certaines Algues brunes (Fucus) et certains Protistes
(Diatomées, Ciliés). Les cellules somatiques de ces organismes
sont toutes diploïdes. Elles résultent des divisions de l'oeuf et de
différenciations au cours du développement. Seuls les gamètes, qui
sont produits dans les cellules germinales des organes génitaux, sont
haploïdes. Ces organismes dits diplobiontiques ou diploïdes ont
un cycle diplophasique.
3
1.
LES CYCLES DE VIE - GENERALITES
2. Pour d'autres organismes au contraire, les cellules végétatives
sont à l'état haploïde, la phase diploïde est le plus souvent réduite au
zygote qui subit immédiatement la méiose. C'est le cas de certains
Champignons filamenteux (Moisissures), de certaines Algues vertes
(Spirogyra, Ulothrix) et de nombreux Protistes (Chlamydomonas,
Plasmodium). Ils ont un cycle haplophasique, ce sont des organismes
haplobiontiques ou haploïdes.
Un 3ème type de cycle de vie, également représenté dans la nature,
est le cycle haplodiplophasique, qui caractérise des organismes
capables de se multiplier activement aussi bien à l'état haploïde qu'à
l'état diploïde tel la levure de boulangerie (Saccharomyces cerevisiae),
très étudiée par les généticiens. C'est également le cas le plus fréquent
pour les Champignons ‘à chapeau’, et l'ensemble des Plantes, dont la
plupart des Algues.
3.
En réalité, il existe tous les intermédiaires quant à l'importance
relative des deux phases. Par exemple, chez les Angiospermes, la phase
haploïde est très réduite.
4
Exemple de Cycle de vie - 1
5
Exemple de Cycle de vie - 2
6
Cycle de vie du Champignon Ascomycète Neurospora crassa (2)
7
Exemple de Cycle de vie - 3
8
ème
2 Année
TCSM –
TD de GENETIQUE
T.D. n°2- Les Cycles de Vie
1.
2.
3.
Rappels de cours
Applications
Exercices
9
Applications : Organismes Haplobiontiques
Les produits de la méiose sont accessibles : Histoires de
spores et d’asques
Spore : cellule haploïde issue de la méiose.
Asque : organe microscopique en forme de sac contenant les 4
(spores) produits d’une même méiose.

Organismes produisant des spores en vrac : Analyse des Tétrades
10
LES CYCLES DE VIE - APPLICATIONS
Organismes à cycle Haplobiontique
EXEMPLE 1 : Neurospora crassa (& champignons Ascomycètes)
Chez les champignons du genre Neurospora, la structure de l'asque
donne directement accès aux phénomènes de ségrégation qui se
sont produits durant de la méiose car ces asques ont une mémoire
de l'orientation des fuseaux de division : on parle d'asques ordonnés.
Chez ce champignon, il est possible de faire trois types d'analyse :
- l'analyse de spores en vrac,
- l'analyse d'asques non ordonnés
- et l'analyse d'asques ordonnés.
Nous allons détailler uniquement ce qu'il se passe dans le cas de
l'analyse des asques ordonnés car nous verrons l'analyse de tétrades
désordonnées et les spores en vrac dans le cas de la levure.
Après la méiose chez ce champignon, il se produit une mitose qui
conduit à des asques contenant huit spores. Cela n'est pas gênant car
les 2 spores issues d'une mitose sont identiques et cote à cote :
11
LES CYCLES DE VIE - APPLICATIONS
Pour simplifier l'explication
et les dessins, nous ne
considérerons donc que les
produits avant la mitose
post-méiotique.
Exercice :
On voudrait connaitre le type de thalle (A ou a) de chaque spore dans un asque de
Neurospora. Pour cela, on isole les 8 ascospores contenues dans cet asque, et on
les numérote de 1 à 8, de haut en bas. Après germination, elle donnent 8
mycéliums individuels. Ces mycèles sont testés.
Le mycèle n°1 produit des périthèques lorsqu’il entre en contact le avec le mycèle
n°3. De même, mycèle n°2 en contact avec le mycèle n°6 forme des perithèques.
Dans un 3ème test, le mycèle n°8 est mis en contact avec un mycèle de référence
de type connu : a mais ne forme aucun périthèque. Indiquer le génotype de chaque
spore et expliquer comment l’asque étudié a été formé durant la méïose ?
12
LES CYCLES DE VIE - APPLICATIONS
Schématisons
avec 01 gène
sur un
chromosome
ce qui se
passe au cours
de la méiose :
13
LES CYCLES DE VIE - APPLICATIONS
- Les asques préréduits sont faciles à repérer car chaque demi
asque est homogène avec soit une spore a+ soit une spore a-, alors
que pour les asques postréduits, les demi asques contiennent une
spore avec un allèle et une spore avec l'autre allèle (hétérogène).
- Le premier renseignement que l'on tire est que s'il y a un seul
gène alors il ségrège 2:2 dans chacun des asques (c'est à dire que
quatre spores sont a- et quatre spores sont a+) !
Donc, si un caractère ne ségrége pas 2:2 dans chacun des asques
c'est qu'il n'est pas codé par un seul gène.
- Deuxièmement, les proportions d'asques pré réduits et post
réduits dépendent de la fréquence des COs (Crossing-over) qui se
produisent entre le centromère et le gène.
On peut calculer la distance entre le gène et le centromère :
D = (nb d'asques post réduits / (2 x le nb total d'asques)) x 100
exprimée en cM (car pour chaque asque post réduit, seulement la
moitié des chromatides est recombinée).
14
LES CYCLES DE VIE - APPLICATIONS
Question 1: Que se passe-t-il si le gène est très proche
du centromère ?
Question 2: Que se passe-t-il si le gène est très éloigné
de son centromère ?
SOLUTION :
R1 : Dans ce cas, on n'obtient que des asques pré-réduits, et la
distance est nulle.
R2 : Dans ce cas, on obtient un mélange d'asques pré-réduits et
post-réduits dans des proportions respectives de 1/3 et 2/3. En
effet,
si 0 CO : 100% d'asques pré-réduits,
si 1 CO : 100% d'asques post-réduits,
si 2 CO : 50% d'asques pré-réduits et 50% d'asques post-réduits:
15
LES CYCLES DE VIE - APPLICATIONS
On voit que :
- Un asque qui subit 01 CO aboutit à un asque post-réduit.
- Si on part d'un asque qui subit 02 COs, on obtient dans un cas
sur deux un asque post-réduit et dans un cas sur deux un asque
pré-réduit. On peut donc construire la suite suivante :
(% asques post-réduits)n = (% asques pré-réduits)n-1 + 1/2
(% asques post-réduits)n-1
comme (% asques pré-réduits)n-1 = 1- (% asques post-réduits) n-1 ,
on en déduit que :
(% asques post-réduits)n = 1-1/2 (% asques post-réduits)n-1
et donc lorsque n est très grand, la proportion d'asques postréduits converge vers 2/3 qui est la limite à l'infini de cette suite.
Donc si le % d'asques post-réduits est de 66%, cela veut dire que le
gène est éloigné de son centromère et qu'il ségrége indépendamment du centromère ! Attention dans ces conditions, on ne
peut pas calculer une distance !!!
16
LES CYCLES DE VIE - APPLICATIONS
En résumé : pour analyser ces asques, on recherche les
asques pré- et post-réduits. Puis on calcule le pourcentage
de post-réduction qui représente le double de la distance
du gène au centromère (après correction par 100 pour
avoir des cM !). Sauf si le pourcentage d'asques postréduits est égal à 66%, auquel cas le gène est considéré
indépendant de son centromère et la distance ne pourra
être calculée.
Lorsque plusieurs gènes sont en jeu (ce qui se voit par
l'obtention d'asques de type 3:1 ou 4:0), il est conseillé de
traiter les données pour chaque gène par rapport à son
centromère indépendamment des autres. Ensuite, il faut
traiter les gènes deux à deux sous forme d'asques nonordonnés comme dans le cas de la levure.
17
LES CYCLES DE VIE - APPLICATIONS

EXEMPLE 2 : Drosophila melanogaster
Chez les organismes diplobiontiques comme la Drosophile, l'accès
direct aux résultats de la méiose est le plus souvent impossible. On est
donc obligé de les inférer à partir des individus provenant des
fécondations des gamètes issus de la méiose. Nous ne verrons que
quelques-uns des cas qui sont représentatifs.
Ce qui se passe avec un gène porté par un autosome est identique à
l'expérience de Mendel (voir chapitre 2). Par contre, si le gène est
situé sur le chromosome X, alors dès la F1 des différences sont
observées : En particulier, les résultats dépendent des partenaires
mâles et femelles en présence.
Pour un couple d'allèle a1/a2 avec a1 récessif :
 Le croisement Femelle a1/a1 x Mâle a2/Y donne en F1 des F
a1/a2 de phénotype sauvage et des M de phénotype mutant.
 Le croisement réciproque, F a2/a2 x M a1/Y donne une descendance entièrement sauvage car les femelles ont le même génotype que
dans le croisement précédent et les M ont pour génotype a2/Y .
18
LES CYCLES DE VIE - APPLICATIONS
Pour 02 gènes Autosomaux, représentés par 02 couples d’allèles a1/a2
et b1/b2, (avec a1 et b1 récessifs et entraînant respectivement les
phénotypes a et b), pour un croisement de type :
a1 b1
a2 b2
x
a1 b1
a2 b2
Il est possible de construire le tableau suivant qui résume les résultats :

M / F
a1 b1
a2 b2
a1 b2
a2 b1
a1 b1
a2 b2
a1 b2
a2 b1
ab
sauvage
a
b
sauvage
sauvage
sauvage
sauvage
a
sauvage
a
sauvage
b
sauvage
sauvage
b
Si les gènes sont indépendants, on s'attend à obtenir pour chacune
des catégories les mêmes effectifs et donc on s'attend à observer :
• 9/16 de phénotype sauvage,
• 3/16 de mutant a,
• 3/16 de mutant b
• et 1/16 du double mutant (récessif) ab.
19
LES CYCLES DE VIE - APPLICATIONS
Dans le cas, où ces proportions ne sont pas observées, il est
possible que deux gènes liés soit en jeu. Il faut alors essayer de
déterminer les catégories parentales et les catégories
recombinées.
 Par exemple, dans le croisement ci-dessus, les catégories
parentales sont a1 b1 et a2 b2. Si les gènes sont liés, on
s'attend donc à un excès de la catégorie a b et un déficit
pour chacune des catégories a b+ et a+ b.
 En fonction, des associations des allèles récessifs en cis ou en
trans, il est des cas où le calcul de la distance est possible et
d'autres où cela ne l'est pas.(voir les exercices de TD chapitre 2
« Génétique mendélienne »).
 Dans le cas, où un des gènes au moins est sur le chromosome
sexuel X, les proportions seront différentes . En tout état de
cause, ceci est visible directement sur la F1 comme nous cela a
été vu dans le cas d'un seul gène.

20
LES CYCLES DE VIE - EXERCICES
Exercice 1- Neurospora crassa
Une souche de Neurospora qui nécessite de la Methionine (m) est croisée avec une
souche sauvage (m+) qui donne les résultats suivants : Quelle est la distance de ce
gène M à son centromère ?
Type
1
2
3
4
5
6
spores
3-4
5-6
m
+
+
+
+
m
m
m
m
+
+
m
1-2
+
m
m
+
m
+
7-8
m
m
+
+
+
m
Nb d'asques
observées
6
5
6
7
40
36
Exercice 2- Neurospora crassa
Deux souche de Neurospora, une mutante pour le gène a et une mutante pour le
gène b sont croisées. Les résultats sont présentés ci-dessous : Quelle est la relation
de liaison entre ces deux gènes A et B ?
spores
Type
%age
d'Asques
1-2
3-4
5-6
7-8
1
79
a +
a +
+ b
+ b
2
14
a +
+ +
a b
+ b
3
6
a +
a b
+ +
+ b
4
1
a +
+ b
a +
+ b
21
LES CYCLES DE VIE - EXERCICES
Exercice 3- Ascomycètes - asques non ordonnées
Le croisement (a b c) x (+ + +) est réalisé chez un Ascomycète qui présente des
Tétrades non ordonnées. A partir de l'analyse de 100 asques, déterminez les
relations de liaison entre ces 03 loci aussi précisément que les résultats le permettent
:
Type
Nb d'Asques
spore 1
spore 2
spore 3
spore 4
1
40
abc
abc
+++
+++
2
42
ab+
ab+
++c
++c
3
10
a+c
++c
ab+
+b+
4
8
a++
+++
abc
+bc
Exercice 4- Neurospora – asques ordonnées
On croise une souche de Neurospora auxotrophe pour la thiamine et l’arginine avec
une souche prototrophe. On obtient les résultats suivants pour les différents types
d’asques :
spore 1
spore 2
spore 3
Type
Nb d'Asques
spore 4
1
40
Thi + Arg + Thi + Arg -
Thi + Arg + Thi + Arg +
2
40
Thi + Arg + Thi + Arg -
Thi + Arg -
Thi - Arg +
3
14
Thi - Arg -
Thi - Arg +
Thi - Arg +
Thi + Arg +
4
6
Thi - Arg -
Thi - Arg +
Thi - Arg -
Thi - Arg -
Quel est le génotype des souches parentales ? Quelles informations pouvez vous
tirer des résultats de ce croisement concernant la position des gènes ?
22