GEMM Les principaux modèles en génétique

LES PRINCIPAUX MODELES EN GENETIQUE
Un organisme modèle est une espèce qui est étudiée de manière approfondie pour comprendre un phénomène
biologique particulier, en supposant que les résultats de ces expériences seront partiellement valables pour la
connaissance d'autres organismes (souvent les humains). Cela est possible parce que les principes biologiques
fondamentaux comme les voies métaboliques, régulatoires, et développementales, et les gènes qui déterminent ces
processus, sont proches de ceux observés dans des cellules humaines, qui sont souvent plus difficiles à manipuler.
Cette conservation des fonctions et des gènes apparentés est offerte par l'évolution biologique.
Qu’est-ce qu’un bon organisme modèle en génétique ?
-Facile à élever
-Temps de génération court
-Génome compact
-Progéniture abondante
-Facile à mutagéniser et à croiser
Utilisation pour leur :
- cycle vital
- niveau de ploïdie
- taille, forme, structure
- présence de transposons, plasmides …
- existence de propriétés particulières
Le premier modèle : les « pois » et la « chance » de Mendel
Quelques caractéristiques génétiques d'organismes modèles
Nombre de
Position
Taille du génome
Organisme
chromosomes par
Nombre de gènes
systématique
(en Mb)
jeu haploïde
4 288
Escherichia coli
Bactérie
circulaire unique
4,7
Saccharomyces
cerevisiae
Caenorhabditis
Elegans
Ascomycète
16
14
Nématode
6
100
Angiosperme
5
130
Insecte
4
170
Mus musculus
Mammifère
20
3 000
Homo sapiens
sapiens
Mammifère
23
3 000
Arabidopsis thaliana
Drosophila
melanogaster
6 200
19100
25 000
15 000
30 000
30 000
1. VIRUS
• Exemple : bactériophages
• Etude des structures chimiques et physiques de l’ADN et des mécanismes de la réplication et de
la mutation.
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2. ESCHERICHIA COLI
• Taille, temps de réplication, haploïde
• 4000 gènes, 8% homologie génome humain
• Plasmides, phages, transposons
• Etude des mécanismes moléculaires informationnels
• Etude des voies de biosynthèse
• «Ce qui est vrai pour Escherichia coli est vrai pour l’éléphant» est devenu «ce qui est vrai
pour Pyrococcus est (presque) vrai pour l’éléphant».
Mutagénèse : cartographie de mutations.
Transgénèse : libre ou intégré.
Inactivation ciblée de gènes: remplacement par recombinaison, mutagénèse dirigée par remplacement de gène.
3. SACCHAROMYCES CEREVISIAE
• 6000 gènes, 25% homologie avec le génome humain
• Levure (ucaryote unicellulaire), taille, temps de réplication, présence de cellules haploïdes et
diploïdes.
Mutagénèse
Transgénèse : plasmide intégratif ou réplicatif, chromosome artificiel YAC, vecteur navette
Inactivation ciblée de gènes : remplacement par recombinaison homologue
Utilisation « criblage double hybride », Expression de protéines.
4. NEUROSPORA CRASSA ( CHAMPIGNONS FILAMENTEUX)
• 10 000 gènes, 6% homologie avec le génome humain
• Eucaryote, cycle haplo-biontique, taille, croissance rapide
• Permet le suivi de méioses individuelles, permet le calcul de la distance gènecentromère.
Mutagénèse : chimique
Transgénèse : plasmide intégratif, insertion aléatoire
Inactivation ciblée de gènes: Système RIP (mutations ponctuelles induites par des répétitions – CG transformés en
AT)
5. ARABIDOPSIS THALIANA
• 25 000 gènes, 18% homologie avec le génome humain
• taille, taille génome, durée cycle cellulaire
• autofécondation ou allofécondation manuelle
Mutagénèse: chimiques, ADN-T, transposons
Transgénèse: ADN-T (aléatoire)
Inactivation ciblée de gènes: insertion aléatoire et sélection (ADN-T, transposon) ARN interférence.
Le modèle végétal
6. CAENORHABDITIS ELEGANS
• 19 000 gènes, 25% homologie avec le génome humain
• Taille, simplicité (959 – 1031 cellules), transparent.
• Autofécondation (XX et XO)
Mutagénèse : chimique et par transposons.
Transgénèse: injection de transgènes dans gonades, assemblage et expression extrachromosomique, intégration
occasionnelle.
Inactivation ciblées de gènes: insertion aléatoire et sélection, ARNi, ablation par laser
(inactivation d’une cellule).
Développement, neurogénèse.
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7. DROSOPHILA MELANOGASTER
• 13000 gènes, 50% homologie avec le génome humain.
• Cycle court, taille, chromosomes polytènes, équivalents de 60% gènes responsables de maladies et
70% des gènes impliqués dans des cancers chez l’homme.
Mutagénèse: chimique. Elément transposable P
Transgénèse: élément P, aléatoire.
Inactivation ciblée: remplacement de gène induit – ARNi.
Etude du développement, maladies humaines, génétique des populations, structure et évolution du génome etc …
8. POISSON ZÈBRE
• 30 000 gènes 85 % gènes homologues avec le génome humain.
• Taille (4 cm adulte), temps de génération court. Oeufs pondus et fécondés de manière
externe. Embryons sont totalement transparents
Mutagénèse
Gènes de développement, embryogénèse
9. MUS MUSCULUS
• 30 000 gènes, 99% homologie avec le génome humain, forte synténie (décrit la conservation de l’ordre des gènes
entre espèces apparentées)
• Taille, durée du cycle.
Mutagénèse: chimique et radiation
Transgénèse: injection du transgène (vecteur) dans le zygote, intégration dans des cellules souches ES. Aléatoire et
ciblée. Animaux transgéniques MT-ratGH.
Inactivation ciblée: injection du transgène dans des cellules souches et sélection des inactivations ciblées.
Génétique des systèmes antigènes-anticorps, interactions materno-fœtales, génétique du cancer, développement
des vertébrés …
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