N. crassa
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L’ADN et sa réplication L’ ADN (Acide DésoxyriboNucléique) est connu depuis longtemps…. Identifié en 1869 par Friedrich Miescher Molécule riche en phosphore extraite des globules blancs trouvés dans le pus de blessures infectées. Abondant dans le noyau des cellules Nucléine Un sucre acide (désoxyribose) Acide desoxyribonucléique 4 composés de nature identique : les bases Reliés entre eux par un lien phosphodiester MORGAN démontre que le support génétique se trouve dans les chromosomes Quelle est la nature chimique du support génétique? Les chromosomes sont constitués principalement de protéines mais également d’ADN ADN -Seulement 4 types de sous-unités (les 4 nucléotides) -En quantité réduite dans les chromosomes Protéines -20 sous-unités différentes (les acides aminés) donc, une plus grande variabilité que l’ADN -En quantité importante dans les chromosomes Des travaux sur la transformation bactérienne vont démontrer que c’est l’ADN (et non pas les protéines) qui constitue le matériel génétique! Travaux de Griffith (1926) sur la transformation des pneumocoques (Streptococcus pneumoniae) Travaux repris par AVERY, McLEOD et McCARTY (1944) Les expériences de Alfred HERSHEY et Martha CHASE démontrent définitivement que l’ADN est le matériel génétique Le modèle de WATSON et CRICK Si l’ADN est le matériel génétique, sa structure chimique doit être en accord avec les caractéristiques spécifiques du matériel génétique……. - La structure doit porter une information complexe!!!! -La structure doit permettre sa réplication (duplication) à l’identique d’une cellule mère vers 2 cellules filles! Résultats de CHARGAFF sur la composition de l’ADN en bases Apport de la cristallographie (Sir Lawrence BRAGG) Maurice WILKINS Rosalind FRANKLIN Cristaux d’ADN (forme A) James WATSON et Francis CRICK Leur modèle!!! LINUS PAULING Hélice alpha chez les protéines Un résultat essentiel! Autre résultat essentiel Cristaux d’ADN hydraté (forme B) Et si les bases étaient à l’intérieur de l’hélice? Image beaucoup plus simple C’est une hélice! Ce qui a fait la différence? La modélisation de la structure avec des modèles atomiques Un G en face d’un C Un A et face d’un T En accord avec CHARGAFF Forme méthylée Forme hydratée Forme déshydratée Quelles sont les 4 caractéristiques indispensable du matériel génétique? Il doit être capable de se répliquer La réplication Il doit porter une information complexe et être décodé afin de produire des protéines Code génétique Il doit être capable d ’évoluer Mutations génétiques Il doit gouverner le phénotype des individus Définition du gène et de sa fonction Anatomie et définition des gènes Jusque dans les années 50, la vision que l’on a de la structure d’un génome contenant des gènes est celle d’un « collier de perles » (« bead theory ») Les chromosomes sont comme des colliers de perle ouverts (linéaires) Chaque perle constitue un gène Chaque perle est indivisible (les recombinaisons se produisent entre les gènes mais jamais dans les gènes) Le gène est donc la plus petite unité génétique possible Une partie de gène (si cela existe!!!!) ne peut être fonctionnelle Cette vision des choses est complètement incompatible avec la structure de l’ADN, dont les plus petites unités sont les nucléotides Quelle est la véritable structure d’un gène? Utilisation du test de complémentation! Femelle ggRR X Mâle GGrr Phénotype sauvage m1 et m2 sont dans des gènes différents Femelle ggRR X Mâle ggRR Phénotype mutant (ici pour G) m1 et m2 sont dans le même gène Expériences de Seymour BENZER Un gène est constitué d’une séquence linéaire de nucléotides Si un gène est une séquence linéaire de nucléotides, des recombinaisons doivent pouvoir se produire au sein d’un même gène! Utilisation d’un système expérimental qui puisse détecter des recombinaisons entre deux mutations très proches (idéalement entre deux nucléotides qui sont côte à côte! Bactériophage T4 Benzer a générer une banque de mutants du phage T4 1612 mutants (mutations ponctuelles et quelques délétions) ayant un phénotype rII - E. Coli B Principe du test de recombinaison utilisé par Benzer Cartographie de la région rII du phage T4 Premièrement, cartographie des mutants de délétion par recombinaison Carte de délétion de la région rII du phage T4 Premièrement, cartographie des mutants de délétion par recombinaison Ensuite, cartographie des mutants ponctuels par rapport aux délétions Cartographie des mutations sur l’ensemble de la région rII La plus petite distance estimée à 5 nucléotides!!!!!! La plus petite unité génétique (de recombinaison) est le nucléotide! Enfin, test de complémentation entre les mutants ponctuels Permet d’identifier les gènes fonctionnels dirigeant le phénotype rII !!!! Conclusions finales des résultats de Benzer CISTRON A Hot Spot Hot Spot CISTRON B Limite entre 2 groupes de complémentation Conclusions La plus petite unité génétique de recombinaison est le nucléotide Les groupes de complémentation définissent des gènes fonctionnels Le phénotype rII + ou – dépend de 2 gènes (appelés cistrons par Benzer) définis par les mutations appartenant au même groupe de complémentation! Les mutations des gènes sont définies au niveau nucléotidiques et ne se produisent pas à des fréquences identiques selon la position dans la séquence nucléotidique « HOT SPOTS » Hypothèse Un gène code une protéine Démontré par une expérience célèbre de BEADLE et TATUM (1941) Production de mutants (par mutagenèse aux rayons X) chez N. crassa Isolement de nombreux mutants auxotrophes pour l’arginine Une cartographie des mutants par recombinaison a démontré que l’ensemble des mutations se retrouvent dans 4 régions distinctes des chromosomes de N. crassa Des tests de complémentation ont démontré que chacune de ces 4 régions défini un seul gène (un même groupe de complémentation) 4 gènes impliqués dans la production d’arginine (Arg E; Arg G; Arg F; Arg H) En complémentant le milieu minimum avec des composés de structure proche de l’arginine (précurseurs potentiels), on peut restaurer la croissance de mutants spécifiques de ces 4 gènes Et ainsi déduire la voie de biosynthèse de l’arginine chez N. crassa
