Cours 1 Arabidopsis thaliana

Cours 1 Arabidopsis thaliana
GFMOM 07/03/2012 Partie 2
Ce cours correspond au parties suivantes du cours 1 sur Arabidopsis Thaliana:
II- Le séquençage du génome d'Arabidopsis thaliana
3- Les propriétés du génome d’A. thaliana
III- Génétique classique d’Arabidopsis thaliana
1- Mutagenèse
2- Utilisation de la génétique pour comprendre le développement et la
physiologie de la plante
Modèle ABC et construction de la fleur
Triple réponse et perception de l’éthylène
3- De la mutation au gène muté: une longue marche
IV- Les stratégies d’étude de la fonction d’un gène
1- Génération des plantes transgéniques
La transgénèse par Agrobacterium tumefaciens
Les possibilités offertes par l’insertion d’ADN-T

II - Le séquençage du génome d' Arabidopsis thaliana
3- Les propriétés du génome d’A. thaliana
Grâce au séquençage de Arabidopsis on a pu déterminer la taille totale de son génome. Il
est d'environ 125 MB réparti en 5 chromosome. Cela correspond aux gènes nucléaires et ça
comprend donc les organisateurs nucléolaires et les centromères entre autres
Les gènes de A.Thaliana sont des gènes de petites tailles qui contiennent presque tous des introns.
Des introns sont présents dans près de 80% des gènes.
Le chromosome mitochondriale et chloroplastique ont également été séquencé. Ils contiennent
environ 200 gènes au total.
En résumé:
Génome nucléaire A. Thaliana:
125MB
5 chromosomes
80% des gènes ont des introns.
Génome mitochondrial et chloroplastique:
200 gènes au total
Pour être utile, la séquence du génome doit être annoté. Pour cela, on a besoin de repérer
la position des gènes dans le génome. On réalise cela grâce à des méthodes de bioinformatique en
repérant notamment: les codons start et stop, les sites d'épissage et les régions promotrices
( tatabox etc.. )
Une fois cette annotation réalisée on a divisé les gènes selon leur catégories fonctionnelles.
On a pu effectuer ce tri car la fonction de certains gènes étaient connu et certains gènes étaient
homologues de gènes identifié chez d'autres espèces.
Chez Arabidopsis 22% des protéines sont impliquées dans le métabolisme. C'est un pourcentage
important par rapport a l'homme. C'est caractéristique des plantes, autotrophes, car il est
nécessaire de posséder toute une machinerie spécifique pour réaliser la photosynthèse par
exemple et le métabolisme est donc très développé.
Fort pourcentage de gènes impliqué dans la régulation de la transcription et la transduction des
signaux. Cela est courant chez les êtres multicellulaires.
Une bonne partie des gènes de A.Thalina sont homologues de gène animal. 50% des gènes
responsable de pathologie chez l'homme se retrouvent chez arabidopsis. Dès gènes responsable
du cancer notamment, BRCA ( cancer du sein ) possède des homologues chez la plante. Ces gènes
sont impliqués dans des processus différents mais ont des similitudes moléculaires. C'est donc un
modèle pour l'étude de tout les organismes, y compris l'homme.

III- Génétique classique d’ Arabidopsis thaliana
1- Mutagenèse
Dans une approche de génétique traditionnelle, on caractérise un phénotype particulier et
on recherche le gène responsable de ce phénotype.
Pour faire ça, on commence par générer des mutants.
Comme pour d'autres organismes des mutations chimiques sont possibles. ( mutations à l'aide de
EMS: Ethane méthyl sulfonate)
L'EMS s'insère dans l'ADN et lors de la duplication induit des erreurs: AT-> GC
Dès lors il y a des mutations gains de fonctions ou pertes de fonctions qui ont lieu..
On peut également réaliser des mutagénèses par irradiation. De nos jours elles sont très peu
utilisées, car elles présentent certains risques lors de la manipulation. Toutefois, on peut utiliser:
–Des rayons gamma qui créent des délétions, au niveau de l'ADN, de petite tailles
–Neutrons rapides qui créent des délétions de petites tailles ( décallage de cadre de
lecture etc.. )
Comment en pratique réaliser une mutagénèse chimique d'Arabidopsis ?
Graines M1: chimeriques, certaines cellules portent une mutation d’autres non
Graines M2 = graines descendant des graines M1 par autofecondation
Pour faire cette mutagénèse on met la plante en contact avec l'agent mutagène au niveau
de la graine. La graine renferme l'embryon donnant la plante,la plantule et des réserves pour la
croissance.
On met les graines à incuber avec de l'EMS pendant quelques minutes et on rince ensuite.
Si les mutations ont lieu dans les cellules du méristème, ( cellules souches chez la plante ) la plante
en grandissant deviendra une plante chimère. En effet la cellule mutagénéisé donnera de
nombreuses cellules porteuses de la mutations. Donc ces plantes ont des parties au génotype
parentale et d'autres au génotype mutée. On a ensuite autofécondation chez cette plante et on

obtiendra alors plusieurs types de graines. Des graines aux génotype parental et des graines avec
un allèle portant la mutation. Les graines sont diploides, dès lors les mutations peuvent être à
l'état homozygote ou hétérozygote au sein de celle ci.
Pour sélectionner les mutants on sème les graines dans un milieu in vitro et on sélectionne
celle qui ont un phénotype différent par rapport aux plantes sauvages.
2- Utilisation de la génétique pour comprendre le développement et la physiologie
de la plante
Mutations dans le développement de la fleur:
La fleur normale est organisée en 4 cercles concentriques (également appelé verticilles)
chacun de ces cercles symbolisant un organe différent.
Le cercle le plus extérieur correspond aux sépales.
On trouve ensuite les pétales
puis les étamines ( qui porte le pollen )
et enfin le plus au centre les carpelles (qui porte les ovules. )
Il existe des mutants qui présentent des mutations dans le développement de la fleur. On
peut remarquer chez ceux ci que certains de leurs cercles sont absents.
On va alors essayer de reconstituer ce qui se passe chez ces mutants.
On isole des mutants présentant:
–soit des sépales carpelles uniquement
–soit des pétales uniquement
–soit des étamines seulement
On va alors essayer de reconstituer ce qui se passe pour obtenir un tel développement de la fleur.
Cette étude est une étude que l'on réalise également en TD.
On verra que ce développement suit le Modèle ABC: Chaque mutant de développement de
la fleur est affecté alors dans un de ces groupes de gène A B ou C.
L'agencement de ces groupes de gènes donne la formation de ces différents organes.
Les combinaisons de ces groupes de gène donne les phénotypes suivants:
Expression de A seul entraine la mise en place de sépale
Expression de AB seul entraine la mise en place de pétales
Expression de BC seul entraine la mise en place de étamines
Expression de C seul entraine la mise en place de carpelles
Chez nos mutants alors, si par exemple si on a un mutant dans la fonction B (B non
fonctionnel ) seul les gènes A et C seront fonctionnels et on aura formation de sépale et de
carpelle.

NB: Les gènes impliqués dans ces mises en place particulière sont des facteurs de transcriptions
codés par des gènes homéotiques.
Autre exemple de mutants:
Mutants de biosynthèse ou de réponse a certaines hormones.
Cas de l'éthylène.
Lorsque une plante germe a l'obscurité la tige s'allonge énormément par rapport a des plantes qui
poussent a la lumière.
Avec de l'éthylène on a une absence de croissance longue et la tige est en forme de crosse petite.
Cette caractéristique est utilisé pour effectuer des cribles de sensibilité a l'éthylène.
On fait alors pousser les plantes a l'obscurité sans éthylène et on
va voir que certaines plantes répondent de façon constitutive a
l'éthylène c'est a dire que la plante pousse comme si il y avait de
l'éthylène dans le milieu alors qu'il n'y en a pas. On va isoler
ces plantes pour rechercher alors le gène responsable de ce phénotype.
Un autre crible possible consiste a faire pousser les plantes a l'obscurité
avec de l'éthylène. Certaines plantes pousseront alors comme a
la lumière.
Elles sont donc affectée pour la réponse a l'éthylène.
De la même façon de nombreux cribles existent pour voir les mutations sur de nombreuses
fonctions de la plante:
–Mutants affectant le métabolisme de base
–Mutants affectant le processus de photosynthèse
–Mutants de perception à la lumière
–Mutants affectant des processus de développement
–Mutants de réponse aux hormones
–Mutants de perception de stress abiotiques et biotiques
NB: Les différents type de stress
Biotique = biologique: Stress liés aux autres organismes comme les champignons bactéries ou
virus.
Abiotique: Non lié a la présence d'organisme, lié aux changement de l'environnement. ( Froid, etc..)
3- De la mutation au gène muté: une longue marche
Méthode de la marche chromosomique.
Comme chez les autres espèces, on veut relier la carte génétique a la carte physique.
Carte physique: Carte nucléotidique en nombre de paire de base.
Carte génétique: Nombre de recombinaison entre plusieurs loci ( en cM )