Cartographie génétique des génomes eucaryotes

Cartographie génétique
des génomes eucaryotes
Marie-Christine Quillet
SN2 3ème étage
[email protected]
Ouvrages
Références bibliographiques
• An introduction to genetic analysis, 6th ed. A.F. Griffiths et al., 1998.
Editeur: W.H. Freeman and Company, New York
• Genetics the continuity of life. D.J. Faibanks and W.R. Andersen, 1999.
Editeur: Brooks/Cole Publishing Company, Pacific Grove, CA
• Gene V. B. Lewin, 1995
Editeur: Oxford University Press Inc, New York
• Biologie moléculaire et médecine, 2ème ed. J.C. Kaplan et M. Delpech, 1998
Editeur: Flamarion Médecine-sciences, Paris
• Génétique; gènes et génomes. J.L. Rossignol et al., 2000
Editeur: Dunod, Paris
• Génétique. A. Oulmouden et al., 1999
Editeur: Dunod, Paris
• Analyse de génomes, transcriptomes et protéomes, 3ème ed.. A. Bernot,
2001. Editeur: Dunod (collection Biotech. Info), Paris
Cartographie génétique des génomes eucaryotes
Construction de cartes génétique
1. Marqueurs génétiques
2. Types de descendances
3. Méthodes d'établissement des cartes génétiques
4. Caractéristiques des cartes génétiques
Exemple de pénétrance et d'expressivité incomplète :
• pigmentation des graines chez le pois, sous le contrôle d'un gène
majeur avec A dominant/a
En cas de pénétrance et d'expressivité totale:
Génotype A• → phénotype
, Génotype aa → phénotype
Phénotype des individus A•
Fond génétique (milieu) 1
Pénétrance incomplète (56%)
Fond génétique (milieu) 2
Expressivité incomplète
Fond génétique (milieu) 3
Pénétrance et expressivité incomplète
Pénétrance incomplète: impossible d'associer le phénotype
génotype sans risque de se tromper
à un
Structure d'un gène d'eucaryotes et de son promoteur
Substitution Site d'initiation
nucléotidique de la traduction Site donneur
délétion
promoteur
Site d'initiation
de la transcription
exon 1
intron 1
Insertion
courte/E.T.
exon 2
Site
donneur
Site de
polyadénylation
Site d'arrêt de la
traduction (stop)
intron 2
exon 3
Site de terminaison
Site
Substitution
Site
accepteur nucléotidique accepteur de la transcription
En absence de mutation dans le gène:
TRANSCRIPTION → ARN pré-messager → maturation
D
AUG
5'7-me-GTP
(coiffe)
E2
I1
E1
D
I2
E3
Poly A
stop
3'
clivage
A
A
5'7-me-GTP
AAAAAn 3'
Epissage
→ ARNm 5'7-me-GTP
AUG
TRADUCTION
→ Polypeptide
(structure primaire)
Met
stop
AAAAAn3'
COOH
NH2
Maturation
- Modifications post-traductionnelles
- Structure II, III, voire IV (multimère)
PHENOTYPE (sauvage)
Protéine active
Exemple d'activation de la transcription d'un gène après
l'insertion d'un élément mobile à proximité du promoteur
→ Gène impliqué dans la pigmentation des grains du maïs
Cellule d'anthère ou de feuille
P
gène
Insertion
élément mobile
Pas d'expression du gène
Pas de pigmentation des
anthères et des feuilles
E.T.
P
gène
Expression ectopique du gène
Pigmentation des
anthères et des feuilles
GAA GGA AGA GTA CCC AAA ← Séquence nucléotidique allèle A
Glu Gly Arg Val Pro Lys ← Séquence protéique
0
+
0
0
+
← Charge: Charge globale = +1
GAA GGA AGG GTA CCC AAA ← allèle B: mutation silencieuse:
Arg → Arg
Glu Gly Arg Val Pro Lys
Charge globale = +1
0
+
0
0
+
mobilité Eφ identique allèles A, C
GAA GGA AGA TTA CCC AAA
Glu Gly Arg Leu Pro Lys
-
0
+
0
0
+
← allèle C: mutation non silencieuse
(faux sens): Val → Leu
Charge globale = +1
mobilité Eφ identique allèles A, B
GAA AGA AGG GTA CCC AAA ← allèle D: mutation non silencieuse
(faux sens): Gly → Arg
Glu Arg Arg Val Pro Lys
Charge globale = +2
+
+
0
0
+
mobilité Eφ différente allèles A, B, C
Détection du polymorphisme de site de restriction par RFLP
Paire de chromosomes
homologues
Mutation ponctuelle
disparition du site
Sites de restriction de l'enzyme
Sonde marquée (radioactivité,
cheminuminescence)
Digestion de l'ADN des
différents individus par l'enzyme
de restriction (quelques µg)
Miration sur gel d'agarose
-
Lignée A
Lignée B
Lignée A
F1
Lignée B
Ségrégation 1:2:1 parmi
les descendants F2
Transfert sur une
menbrane de nylon
(Southern blot)
Hybridation de la sonde
+
Détection des signaux (autoradiographie)
Détection du polymorphisme d'insertion/délétion par RFLP
Paire de chromosomes
homologues
Insertion
Sites de restriction de l'enzyme
Sonde marquée (radioactivité,
cheminumilescence)
Digestion de l'ADN des
différents individus par l'enzyme
de restriction (quelques µg)
Miration sur gel d'agarose
-
Lignée A
Lignée B
Lignée A
F1
Lignée B
Ségrégation 1:2:1 parmi
les descendants F2
Transfert sur une
menbrane de nylon
(Southern blot)
Hybridation de la sonde
+
Détection des signaux (autoradiographie)
4.1.b. Marqueurs spécifiques de locus obtenus par PCR
• PCR: Polymerase Chain Reaction (Mullis et al. 1986)
3'
5'
Amorces
20-25 pb
5'
3'
ADN matrice (quelques ng)
3'
5'
5' dATP, dCTP, dGTP, dTTP
3' Taq polymérase
Amplification exponentielle de
la séquence cible (≤ 2 kpb)
Après n cycles de PCR:
2n copies de la séquence cible
(× 10 ng)
Détection du produit de PCR
après séparation par
électrophorèse
1 cycle de PCR: 3 étapes
- Dénaturation de l'ADN matrice
- Hybridation des amorces
- Elongation
• Critère de sélection d'un "bon" marqueur spécifique de locus
obtenu par PCR
Séquences flanquantes
polymorphisme
Portion d'une paire de
chromosomes homologues
(individu hétérozygote)
Site d'hybridation des amorces PCR
1. Le site d'hybridation des amorces PCR est une séquence
unique, non polymorphe → ☺
1.
AB AA BB
+
2. Le site d'hybridation des amorces PCR est une séquence
unique, polymorphe →
A• A • aa
2.
+
A• = AA ou Aa
a: allèle nul
3. Le site d'hybridation des amorces PCR est une séquence
répétée, non polymorphe (ou polymorphe) →
Ind 1 Ind 2 Ind 3
-
+
4.1.b.1. Marqueurs CAPS (Cleaved Amplified Polymorphic Sequence):
amorces PCR
Site de restriction reconnu par l'enzyme
Portion d'une paire de
chromosomes homologues
Génotype AB
Allèle A
Allèle B
Pas de reconnaissance du site
• Amplification de l'ADN des individus dont on désire
connaître le génotype (1 couple d'amorces spécifiques/locus)
• Dépôt des produits d'amplification sur un gel d'agarose
P1 P2
F1
BC1: F1 × P1
Homoplasie de taille
+
• Digestion des produits d'amplification par un enzyme de
restriction et électrophorèse
P1 P2
F1 BC1: F1 × P1 (ségrégation 1:1)
-
AA BB
AB
Hors type
+
Résolution des gels
d'agarose: ≥ 20 pb
4.1.b.2. Polymorphisme de conformation de l'ADN
(SSCP: Single Strand Conformation Polymorphism)
amorces PCR
Allèle A
Allèle B
Polymorphisme de séquence non détectable
par un enzyme de restriction
Portion d'une paire de
chromosomes homologues
Génotype AB
Détection du polymorphisme de séquences par SSCP
Amplification PCR à partir d’amorces spécifiques de locus; les allèles
A et B diffèrent par une mutation ponctuelles (substitution de base)
Homozygote AA
a+
aa+
a-
Hétérozygote AB
a+
ab+
b-
Homozygote BB
b+
bb+
b-
Dénaturation des produits d'amplification : chaleur, formamide
a+
a-
a+ a-
b+
b-
b+
b-
Migration sur gel de polyacrylamide en conditions non dénaturantes
Révélation après coloration du gel au nitrate d’argent
a+
aAA
-
a+
b+
baAB
b+
bBB
+
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
a+, b+
ab-
Locus 1
a+
b+
Locus 2
ab-
L1
F1
L2
F2
Exemple de profils SSCP; co-migration des produits d'amplification
obtenus pour 2 locus (carte génétique de la chicorée, LPDV)
L1
L2
F1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Locus 1 BB AA AB AA AB AB BB AA AB AB BB AA AB AA
Locus 2 AA BB AB AB AB AA AA AB BB AB AA AB AB AA
• Structure d'un locus microsatellite
Séquences flanquantes
Amorce PCR
Portion d'une paire de
chromosomes homologues
Génotype: (CA)14 /(CA)10
Nombre variable de répétitions du motif CA
Détection du polymorphisme des microsatellites
Paire de chromosomes
homologues
11 répétitions du motif microsatellite
16 répétitions du motif microsatellite
Lignée
A
Lignée
B
Sites d'hybridation
des amorces PCR
Sites d'hybridation
des amorces PCR
Miration sur gel de séquence
(Séquenceur automatique)
Visualisation du
polymorphisme
-
+
Lignée A
Lignée B
Amplification de l'ADN des individus par PCR
→ Amorces marquées (radioactivité,
fluorescence)
F1
Ségrégation 1:2:1 parmi
les descendants F2
Découverte dans l'intron 1 du gène de myoglobine humain
E1
Intron 1
E2
4 Répétitions de 33 pb
CTAAAGCTGGAGGTGGGCAGGAAGGACCGAGGT Répétition de 33 pb
Sonde
moléculaire
Hybridation ADN génomique de différents
individus digéré par un enzyme de restriction
(technique de Southern)
Chaque sonde (motif minisatellite) permet la
détection de quelques dizaines de locus maximum
3 chromosomes du génome de l'espèce X qui contiennent un motif VNTR
identique (i.e. reconnu par la même sonde)
VNTR 1
VNTR 2
VNTR 3
VNTR 4
Digestion de l'ADN de différents individus par un enzyme de restriction
Ind 1
Ind 2
Ind 3
Migration des l'ADN dans un gel d'agarose
Transfert sur une membrane de nylon
Hybridation avec la sonde correspondant au motif VNTR
Ind 1
Ind 2
VNTR 1
4
3
VNTR 2
VNTR 3
VNTR 4
6
4
4
M: marqueur de masse
moléculaire
7
6
6
6
6
6
4
4
4
8
8
6
M
Profils obtenus après
autoradographie
Ind 3
I1
I2
b
b
3
8
6
I3
a
4
a
VNTR 3
I1: bb
I2: ab
I3: ac
c
+
8
7
8
Ind 1
Ind 2
VNTR 1
4
3
VNTR 2
VNTR 3
VNTR 4
6
4
Ind 3
4
7
6
6
6
6
6
4
4
4
8
8
6
M
I1
I2
I3
4
3
8
6
7
8
8
⇒ Impossibilité de
déterminer les relations
d'allélisme entre les
différents niveaux de
bandes
Malheureusement les
profils obtenus sont en
noir et blanc !
+
Ind 1
Ind 2
VNTR 1
4
3
VNTR 2
VNTR 3
VNTR 4
6
4
Ind 3
4
7
6
6
6
6
6
4
4
4
8
8
6
4
3
8
6
I1 I2 I3
Interprétation du résultat
système binaire
permettant une notation
de chaque niveau de bande
→ marqueurs dominants
1 = présence du signal
0 = absence du signal
M
I1
I2
I3
1
2
0
1
1
1
1
1
3
4
5
6
7
8
9
10
11
1
1
0
1
0
1
1
0
1
1
1
1
0
0
0
1
1
0
1
0
1
1
1
0
0
1
0
8
7
8
Utilisation des marqueurs minisatellites
• Peu utilisés pour la construction de cartes génétiques
• Souvent utilisés pour établir des empreintes génétiques (DNA
fingerprints) chez de nombreux organismes
ADN extrait de sang humain prélevé sur
les lieux d'un crime
ADN extrait du sang de plusieurs
suspects
Identification variétale chez le maïs
4.2.b. Marqueurs d'empreintes génétiques obtenus par PCR
4.2.b.1. RAPD (Random Amplified Polymorphic DNA)
• PCR dans l'objectif d'amplifier une région unique du génome
→marqueur spécifique de locus
3'
5'
Amorces 20-25 pb
5'
3'
3'
ADN matrice = cible
5'
5'
3'
PCR :
+ dATP, dCTP, dGTP, dTTP
+ Taq polymérase
+ 1 amorce 10 pb 5'
ADN matrice
(quelques ng)
3'
Cas 1: ☺
Distance < 2 kpb
3'
5'
5'
3'
Amplification exponentielle
-
Visualisation des produits de
PCR après migration sur un gel
d'agarose
+
PCR :
+ dATP, dCTP, dGTP, dTTP
+ Taq polymérase
+ 1 amorce 10 pb 5'
ADN matrice
(quelques ng)
3'
Cas 2:
Distance > 2 kpb
3'
5'
3'
5'
3'
5'
5'
3'
Cas 3:
Cas 4:
5'
3'
5'
3'
Pas d'amplification
exponentielle
Aucun produit de PCR
détectable après
migration sur un gel
d'agarose
Nature du polymorphisme des RAPD
Mutations ponctuelles, insertions/délétions qui modifient les
possibilités d'amplification de la séquence cible
Locus X
-
Distance < 2 kpb
3'
5'
5'
3'
Allèle A
Amplification
exponentielle
Mutation ponctuelle
3'
5'
5'
Allèle B
3'
Hybridation instable de l'amorce
Distance > 2 kpb
3'
5'
Insertion
5'
Allèle C
3'
+
-
Pas
d'amplification
+
Nature du polymorphisme des RAPD
Mutations ponctuelles, insertions/délétions qui modifient les
possibilités d'amplification de la séquence cible
Génotype (2n)
Locus X
Individus AA, AB ou AC
Distance < 2 kpb
3'
5'
5'
3'
-
Allèle A
Mutation ponctuelle
3'
5'
5'
Allèle B
3'
"génotype" A•
+
Individus BB, CC ou BC
-
Hybridation instable de l'amorce
Distance > 2 kpb
3'
5'
Insertion
"génotype" aa
+
5'
Allèle C
3'
Marqueurs
dominants
Exemple de profil obtenu pour une amorce RAPD
→ 5-15 fragments / amplification
L1
L2
F2
F1
Fragment
polymorphe
=marqueur
Génotypes: AA
Fragments
monomorphes
aa
Aa A •
aa
aa
aa
A•
4.2.b.2. AFLP (Amplified Fragment Lenght Polymorphism) (1995)
Site de
reconnaissance à
6 pb: EcoR1
Site de
reconnaissance à
4 pb: Mse1
Digestion de l'ADN
génomique par 2 enzymes de
restriction
5'
Extémité
compatible EcoR1
Extrémité
compatible Mse1
5'
5' Adaptateur 1
5'
Ligation d'adaptateurs
Adaptateur 2
Amplifications PCR
Adaptateurs; fragments d'ADN de synthèse bicaténaires (≈ 25 pb)
1ère Amplification PCR avec des amorces dont l'extrémité 3'
comporte une base de sélection
5'
3'
5'
G
N
N
3'
5'
C
G
N
N
T
5'
3'
5'
T
A
Structure générale des produits de 1ère PCR
5'
3'
Produits de 1ère PCR
3'
5'
C
G
T
A
5'
3'
2ème Amplification PCR avec des amorces dont l'extrémité 3' comporte
2 bases de sélection supplémentaires
5'
GGA
3'
5'
CNN
GNN
3'
5'
CCT
GGA
NNT
NNA
5'
3'
GTT
5'
GTT
CAA
5'
3'
Structure générale des produits de 2ème PCR
Migration des produits de la seconde PCR dans un gel de séquence
Vue d'ensemble des profils d'une série d'individus obtenus à l'issue de la
seconde PCR
-
Résolution de bonne qualité entre
50 et 500 pb
Plusieurs dizaines de fragments
révélés par individu/couple
d'amorces utilisé pour réaliser la
seconde PCR
+
Nombre de marqueurs potentiels
≈ illimité
Interprétation en tant que marqueurs dominants
Détail d'une portion d'un gel AFLP
(carte génétique chicorée, LPDV)
F1
M1
M2
M3
M4
F2
Aa A• A• A• aa aa aa aa A• A•
25 pb
2 marqueurs , L et M, présents sur des chromosomes différents
Cellule avant
la méïose
2n = 4, 2C
L1
L1
M2
M1
L2
M2
M1
L1
M2
M1
L2
L2
Génotype: L1L2 M1M2
Phase S: réplication
de l'ADN; 2n = 4, 4C
2 chromatides
sœurs/ chromosomes
Echanges de segments d'ADN entre
chromatides non sœurs = crossing-over =
Brassages génétiques intra-chromosomiques
(pas de conséquences sur la ségrégation des
allèles dans ce cas)
Prophase I méiose:
appariement des
chromosomes homologues
2n = 4, 2C
ou
Plaque
équatoriale
L2
M2
L2
M1
L1
M1
L1
L1
M1
L1
M2
L2
M2
L2
P = 1/2
P = 1/2
M2
M1
Métaphase I méiose:
ségrégation aléatoire des
chromosomes
Brassages génétiques
inter-chromosomiques
n, 2C
L2
M2
L1
M1
L1
M1
L2
M2
L2
M2
L1
M1
n, 2C
Métaphase I
méiose (2n, 4C)
M1
L2
M2
n, 2C
M1
L1
M2
L1
Division I: séparation des
chromosomes homologues
(réductionnelle)
L1
L2
L2
M2
M1
L2
M1
L1
M2
L1
M2 n, 2C
L2
M1
Division II: séparation des centromères (équationnelle)
n, C
L2
M2
n, C
L1
M1
n, C
L2
M1
n, C
L1
M2
n, C
L1
M1
n, C
L2
M2
n, C
L1
M2
n, C
L2
M1
L1M1 freq. = 1/4
L2M2 freq. = 1/4
L1M2 freq. = 1/4
L2M1 freq. = 1/4
2 marqueurs, L et M, présents sur le même chromosome
Prophase I
méiose
Génotype:
L1L2 M1M2
2n =2, 2C
L1
Pas de C-O
entre chromatides
non sœurs
M1
Phase S
L1
M1
L1
M1
L2
L1M1
L1M1
L2M2
L2M2
P
P
P
P
1-4
2-3
2-4
L1M1
L1M2
L2M2
L2M1
P
R
P
R
1-3
1-4
2-4
L1M1
L1M2
L2M1
L2M2
P
R
R
P
Aucune
M2
L2
L2
Autres
Génotype des Association des
possibilités
gamètes
allèles
1 C-O impliquant
2 chromatides
1
2
M2
M2
1
3
3
4
2n = 2, 4C
2 chromatides
sœurs/
chromosomes
2 C-O impliquant
2 chromatides
2
3
2 marqueurs, L et M, présents sur le même chromosome
Prophase I
méiose
Génotype:
L1L2 M1M2
2n =2, 2C
L1
2 C-O impliquant
3 chromatides
M1
1
2
3
M2
L2
Phase S
L1
M1
L1
M1
L2
L2
1
2
M2
M2
3
4
2n = 2, 4C
2 chromatides
sœurs/
chromosomes
2 C-O
impliquant les 4
chromatides
Autres
Génotype des Association des
possibilités
gamètes
allèles
1-2-4
2-3-4
1-3-4
L1M1
L1M2
L2M1
L2M2
P
R
R
P
Aucune
L1M2
L1M2
L2M1
L2M1
R
R
R
R
Exemple: cycle de vie de la levure (Saccharomyces cerevisiae)
Spores n MATα
Reproduction
végétative
MITOSES
Spores n MATa
Plasmogamie
Conjugaison
Caryogamie
Zygote 2n
MITOSES
MEIOSE
½ MATα
Tétrade de 4 spores n
½ MATa
Matériel de
départ pour
des analyses
génétiques
Depuis les
années 1960:
plus de 1200
marqueurs
localisés sur
le génome de
la levure
Analyse directe des produits de méiose chez la levure
souche 1 × souche 2
L MATa × • MATα
Génotype des
souches haploïdes
L MATa
Génotype du zygote
Génotype des spores
Effectifs observés
• MATα
L MATa
• MATα
L MATα
145
161
35
• MATa
43
MAT: locus de compatibilité sexuel
L: marqueur RAPD; L: présence du fragment, •: absence du fragment
• Les locus L et MAT sont-ils liés ou indépendants ? (démonstration)
• Si ces 2 locus sont liés, estimer la fréquence de recombinaison
• Si le locus L est un marqueur de type microsatellite, polymorphe
entre les souches 1 et 2, cela change t'il le génotype des spores et
les effectifs observés ?
Plantes: mégagamétophyte femelle des gymnospermes
Cellule œuf (n)
ovule
MEIOSE
Cellule mère des
mégasopres (2n)
=mégasporocyte
… A maturité de
la graine
MITOSES
Mégasopre
fonctionnelle (n)
Mégagamétophyte (n)
Aile membraneuse
Mégagamétophyte (n)
Embryon (2n)
Extraction de l'ADN
ou des protéines
MEIOSE
Individu hétérozygote
à de nombreux locus
Échantillon des
produits de méiose
Androgenèse / Gynogenèse
Individus
haploïdes
Pérennisation de la
descendance par
autofécondation des
lignées
Doublement chromosomique
Individus
diploïdes
homozygotes
Collection de lignées HD
• 2 locus, marqueurs codominants
P1:
L1 M1
L1 M1
× P2:
L2 M2
F1:
L2 M2
γ F1: L1 M1 (γP)
L1 M1
L2 M2
× P2:
L2 M2
BC1
L2 M2
L2 M2 (γP)
L1 M2 (γR)
L2 M1 (γR)
L1 M1
L2 M2
L1 M2
L2 M1
Effectifs
attendus
(1-r) N
(1-r) N
rN
rN
2
2
2
2
Effectifs
observés
a
b
c
d
γ P2:
A 2 B2
r=
L2 M2
L2 M2
Nb. individus issus de γR
Nb. individus total
=
L2 M2
L2 M2
c+d
1 génotype γF1
N
1 génotype BC1
Rem. : résultat identique si on utilise P1 comme parent récurrent
• 2 locus, marqueurs dominants, phase de couplage (1)
P1:
LM
× P2:
LM
γ F1:
γ P2:
lm
lm
lm
F1:
LM
lm
× P2:
Homozygote
récessif ☺
lm
lm
L M (γP)
l m (γP)
L m (γR)
l M (γR)
LM
lm
Lm
lM
lm
lm
lm
lm
Effectifs
attendus
(1-r) N
(1-r) N
rN
rN
2
2
2
2
Effectifs
observés
a
b
c
d
r=
Nb. individus issus de γR
Nb. individus total
=
c+d
1 génotype γF1
N
1 génotype BC1
• 2 locus, marqueurs dominants, phase de couplage (2)
P1:
LM
LM
× P2:
γ F1:
γ P2:
LM
Phénotypes
lm
lm
F1:
LM
lm
× P1:
LM
LM
L M (γP)
l m (γP)
LM
lm
Lm
lM
LM
LM
LM
LM
100% [L M]
⇒ Impossible d'estimer r
L m (γR)
Homozygote
dominant
l M (γR)
• 2 locus, marqueurs dominants, phase de répulsion
P1:
Lm
Lm
× P2:
γ F1:
γ P2:
Lm
Phénotypes
lM
lM
F1:
Lm
lM
× P1:
Lm
Lm
L m (γP)
l M (γP)
L M (γR)
l m (γR)
Lm
lM
LM
lm
Lm
Lm
Lm
Lm
[L m]
[L M]
[L M]
[L m]
⇒ Impossible d'estimer r
Rem. : résultat identique si on utilise P2 comme parent récurrent
3.2. Descendances dérivées de F2 chez les plantes: lignées
recombinantes (LR)
P1 × P2
(P1, P2 = lignées)
Autofécondation 8
F1 × F1
Individus F2
Générations
F2
8
8
8
8
8
8
F3
8
8
8
8
8
8
8
8
8
8
8
8
8
8
8
8
8
8
F4
F5
F8-F10
Lignées
recombinantes
→ Chaque lignée = descendance monograine ou SSD (Single seed Descent)
→ Pérennisation de la collection de lignées par autofécondation
Probabilité qu'un individu soit hétérozygote à un locus donné après n
générations d'autofécondation: p = 1/2n
AA × aa
8
8
8
8
8
8
p = 1/27
8
F1:
100% Aa
F2:
25% AA
50% Aa
25% aa
F3:
37,5% AA
25% Aa
37,5% aa
F4:
43,75% AA
12,5% Aa
43,75% aa
F5:
46,88% AA
6,25% Aa
46,88% aa
F6:
48,44% AA
3,12% Aa
48,44% aa
F7:
49,22% AA
1,56% Aa
49,22% aa
F8:
49,61% AA
0,78% Aa
49,61% aa
Structure chromosomique des lignées recombinantes
MEIOSE
Individu F1
hétérozygote
à de nombreux
locus
n méioses
n méioses
γ
γ
F2
n8
F8-F10
→ Probabilité de détecter une liaison entre 2 locus plus élevée
que dans le cas des autres types de descendances
Estimation de la fréquence de recombinaison entre 2 locus (LR)
→ Estimation indépendante du type de marqueur
P1:
Lm
Lm
× P2:
lM
lM
type:
Génotype
des lignées
F1:
P
Lm
[L m]
Lm
Lm
× F1:
lM
Lm
lM
P
lM
8
R
[l M]
lM
F2
LM
R
[L M]
LM
F8, F10 …
lm
[l m]
lm
Effectifs
attendus
(1-R) N
(1-R) N
RN
RN
2
2
2
2
Eff. obs.
a
b
c
d
R=
Nb. lignées recombinantes
Nb. lignées total
=
c+d
N
R = fréquence de lignées
recombinantes
0,5
0,4
0,3
0,2
R=
0,1
0
0,1
0,2
2r
(1 + 2r)
0,3
0,4
0,5
r = fréquence de recombinaison
On peut montrer que:
R=
2r
(1 + 2r)
, d'où r =
R
2 (1 –R)
• Tests 2 points: tests de liaison génétiques en considérant tous
les couples de locus possibles
Ex: 100 marqueurs → 4900 combinaisons
Assigner chacun des marqueurs à un groupe de liaison
Groupe 1
Groupe 2
Tests multipoint: ordres relatifs de 4, 5, 6, … locus
Les logiciels de cartographie utilisent le principe suivant afin de
réduire le nombre de calculs à réaliser:
Test 3 points
?
?
?
• Estimation de la distance génétique entre marqueurs
Les fréquences de recombinaison (r) entre marqueurs adjacents ne
sont pas additives
100
A B
rAB = 0,13
rBC = 0,30
C
rAC = 0,38
⇒ rAC < (rAB + rBC)
Distance génétique (cM)
90
Relation entre r
et la distance
génétique
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
r = fréquence de recombinaison
100
Fonction de Haldane
Distance génétique (cM)
90
Fonction de Kosambi
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
r = fréquence de recombinaison
Carte génétique du
chromosome 12 humain
Femme: 168 cM
Homme: 78 cM
Cartes génétiques d'Arabidopsis thaliana (Alonso-Blanco et al., 1998)
A
B
A
A: Ler × Col
B: Ler × Cvi
A
B
A
B
A
B
B
Densité moyenne: 1 marqueur/cM
Relation entre cartes génétiques et physiques: génome complet: 1 cM = 280 kb
Chr. 1: 1 cM = 240 kb
Chr. 2: 1 cM = 280 kb
Chr. 3: 1 cM = 310 kb
Chr. 4: 1 cM = 215 kb
Chr. 5: 1 cM = 250 kb
4.3. Relation entre distance physique et distance génétique
Le paradoxe de la valeur C: la quantité d'ADN par génome haploïde
n'est pas toujours corrélée au degré d'évolution des espèces
Espèce
Longueur du
génome
Distance de carte
(cM)
Longueur ADN
(Mbp)
Génome
Chromosome
(kbp)/cM
Phage T4 *
0.16
800
-
0.2
E. Coli *
4.6
1750
-
2.6
Levure *
12
4200
260
2.8
Nématode *
100
320
A. Thaliana *
125
480-630
100-130
200-260
Drosophile *
165
280
70
600
Riz *
430
1575
130
270
haricot
650
830
75
780
Tomate
950
1270
105
750
Colza
1200
1020
55
1180
Soja
1200
2700
135
440
Maïs
2500
1860
190
1340
Souris *
3000
1700
100
1760
Homme *
3300
2800(H)–4780(F)
120(H)-210(F)
690(H)-1180(F)
Blé
16 000
3500
170
4570
Pin maritime
24 000
1800
150
13 000
310