Introduction
L'étude de la transmission des caractères héréditaires a fasciné les scientifiques pendant des siècles. Gregor Mendel, avec ses travaux pionniers, a jeté les bases de la génétique moderne en étudiant la transmission de caractères chez les plantes. L'une de ses découvertes majeures est la loi d'indépendance de la transmission des caractères, qui stipule que la ségrégation d'un couple d'allèles est indépendante de celle d'un autre couple d'allèles. Bien que Mendel n'ait pas eu connaissance des chromosomes et des gènes, ses lois sont toujours d'actualité aujourd'hui. Cet article explorera les concepts de croisement, de fécondation et de chromosomes, en mettant l'accent sur leur rôle dans la création de la diversité génétique.
Les Gènes Liés et le Brassage Chromosomique
Aujourd'hui, nous connaissons la structure des chromosomes et la répartition des gènes sur ceux-ci pour bon nombre d’espèces. Quand deux gènes sont liés c’est qu’ils sont présents sur le même chromosome comme par exemple les gènes alpha et bêta sur le document précédent. Dans le cas où les gènes d’intérêt sont des gènes liés c’est-à-dire dont les loci sont proches sur un même chromosome, ces derniers sont normalement transmis systématiquement ensemble et l’on ne devrait pas observer de phénotypes recombinés dans la descendance. Il ne faut cependant pas oublier le brassage intra-chromosomique qui permet de produire des gamètes recombinés à l’origine de phénotypes recombinés.
La Drosophile : Un Modèle d'Étude
La drosophile est une petite mouche facile à élever en laboratoire et dont le caryotype n’est constitué que de quatre paires de chromosomes. Cette caractéristique en fait un organisme modèle idéal pour les études génétiques.
Codage des Allèles et Gènes
Précision : Le codage des allèles peut se faire sans utiliser des lettres majuscules et minuscules. Parfois un gène porte le nom de l’anomalie observée en cas d’allèle récessif (souvent muté). Ici pour le gène longueur des ailes, on utilise un code qui indique le caractère vestigial de l’aile (vg). Si l’allèle dont on parle est l’allèle sauvage (c'est-à-dire celui qu’on trouve majoritairement dans la nature car il permet la survie de l’individu et qui est donc généralement dominant) on rajoute un « + ». Si l’allèle dont on parle est l’allèle récessif, on ne met rien.
Exemples de Croisements chez la Drosophile
Prenons un parent P1 possédant des ailes longues et des yeux. C’est une souche « pure » c'est-à-dire qu’il est homozygote double dominant et son génotype est (vg+//vg+ , ey+//ey+). Prenons un parent P2 possédant des ailes vestigiales et des yeux absents. C’est une souche pure, il est donc homozygote double récessif et son génotype est (vg//vg , ey//ey).
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Le gène black est situé sur le chromosome numéro 2 et existe en deux versions : l’allèle sauvage « b+ » responsable d’une couleur claire du corps et l’allèle « b » responsable de la couleur noire du corps. D’après E. Altenburg repris dans Génétique de G. Prenons un parent P1 possédant des ailes longues et un corps clair. C’est une souche pure, il est donc homozygote double dominant et son génotype est (vg+ b+ // vg+ b+). Prenons un parent P2 possédant des ailes vestigiales et un corps noir. C’est une souche pure, il est donc homozygote double récessif et son génotype est (vg b//vg b).
Analyse des Générations F2bc
F2bc signifie « génération issue d’une deuxième fécondation réalisée lors d’un back cross ». À l’origine de cette génération, un individu F1 hétérozygote aux caractères dominants est croisé avec un parent P2 homozygote récessif d’où le terme de croisement « back-cross » car on revient « en arrière » en croisant avec un individu de la génération précédente. Si l’on observe 25 % de chaque sorte de phénotype de type parental (P1 ou P2), 25 % de phénotype recombiné de type R1 et 25 % de phénotype recombinés de type R2, alors les deux gènes n’étaient pas liés et les résultats obtenus correspondent à une distribution équiprobable des chromosomes de part et d’autre de l’équateur de la cellule en méiose, c'est-à-dire à un simple brassage inter-chromosomique. Si l’on observe 10 % de représentativité pour chacun des phénotypes recombinés (et donc 40% de représentativité pour chacun des phénotypes parentaux), alors il y a eu un évènement de crossing-over, c'est-à-dire un brassage intra-chromosomique entre les gènes d’intérêt, les séparant, ce qui créé des gamètes recombinés à l’origine des phénotypes recombinés. Les gènes sont donc liés.
Détermination du Génotype et Liaison des Gènes
Retrouver le génotype d’un individu présentant des caractères dominants c’est à dire l’identifier comme un P1 ou un F1. En effet, s’il possède des allèles récessifs, couplés à ceux du parent P2, on observera une descendance avec des caractères récessifs. Ainsi si la descendance F2bc possède uniquement des individus identiques à l’individu dont on recherche génotype alors ce dernier était un parent de type P1 homozygote dominant. Retrouver le caractère lié ou indépendant des gènes étudiés chez l’individu F1 afin d’identifier l’origine d’un caractère exprimé.
La Fécondation : Une Source de Diversité Génétique
Au cours de la fécondation, un gamète mâle et un gamète femelle s’unissent : leur fusion conduit à un zygote. La diversité génétique potentielle des zygotes est immense et nouvelle d’allèles. Selon François Jacob (prix Nobel de médecine, 1965), la sexualité peut être considérée comme une « machine à faire du différent ». Dans cette citation, on ne perçoit pas les parts respectives de la méiose et de la fécondation dans la diversification génétique.
Exemple d'Étude de Deux Gènes Indépendants
Chez la drosophile, le gène SE (pour sepia), porté par la paire de chromosomes n°3, régit la couleur de l’œil. L’allèle sauvage de ce gène détermine la couleur rouge brique, un allèle muté de ce gène détermine la couleur sepia (marron foncé). Un autre gène, noté AP (pour apterous), porté par la paire de chromosomes n°2, intervient dans le développement de l’aile. L’allèle sauvage de ce gène assure le développement d’ailes de longueur normale, un allèle muté de ce gène conduit à l’absence d’ailes.
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Croisements et Analyse Statistique
- Premier croisement : on croise deux drosophiles de race pure : une drosophile à ailes longues et à œil rouge brique (P1) avec une drosophile sans ailes et à œil sépia (P2). - Deuxième croisement : on croise des drosophiles femelles de la génération F1 avec des drosophiles mâles de la génération F1. À partir de l’analyse statistique des représentants vivants de la génération F2 que vous devrez restituer vivants au terme de votre investigation, démontrez que la fécondation réunit au hasard les gamètes et qu’elle crée de la diversité génétique.
Le Brassage Interchromosomique
- D’après le document-ressource, on sait que les gènes AP et SE sont indépendants. Les connaissances sur le brassage interchromosomique pour deux gènes indépendants conduisent aux génotypes et fréquences des différents gamètes produits par chaque parent hétérozygote F1 impliqué dans le deuxième croisement. Par "rencontre au hasard " des gamètes, on entend que chaque type de gamète mâle est susceptible de s’unir à chacun des différents types de gamètes femelles. En posant cette hypothèse d’une rencontre aléatoire de gamètes, la probabilité d’obtention de tel ou tel zygote s’obtient en multipliant la fréquence des gamètes correspondants. - bien entendu, l’apparition de nouveaux phénotypes en F2 permettra de montrer que la fécondation crée de la diversité génétique. Si les prédictions de l’échiquier sont corroborées par le réel, on pourra s’appuyer sur l’échiquier pour mettre en valeur les nouveaux génotypes.
Matériel et Méthodes
- - Le KIT 5 de drosophiles vivantes "2 gènes sur 2 chromosomes différents : apterous [ap] et sepia [se]" (réference 101/K5) commercialisé par Sordalab permet de réaliser ce TP. Il contient 2 tubes F1, 5 tubes F2 et 3 tubes BC (croisement-test). Des tubes supplémentaires F2 peuvent être achetés. Pour un groupe de TP (9 binômes), prévoir deux tubes et deux postes d’anesthésie. - Le liquide anesthésiant utilisé pour l’endormissement des mouches peut être du Flynap (fournisseur : Sordalab), avec des conditions de sécurité à respecter (Facilement inflammable. Nocif par inhalation, contact avec la peau et par ingestion. Provoque de graves brûlures). - > Afin de limiter les vapeurs de liquide anesthésiant, l’endormissement doit se faire sous une hotte aspirante ou près d’une fenêtre grande ouverte. - > Il arrive que des mouches montrent les premiers signes du réveil alors que le comptage n’est pas terminé ! Il peut être très intéressant d’utiliser un google document en ligne pour mutualiser les résultats du comptage (avantage immédiat : affichage en direct au tableau avec un vidéoprojecteur).
Résultats et Analyse
- On obtient par cette construction théorique 9/16 soit 56% de drosophiles [ap+, se+] ; 3/16 soit 19% de drosophiles [ap, se+] ; 3/16 soit 19% de drosophiles [ap+, se] ; 1/16 soit 6% de drosophiles [ap, se]. On voit que les résultats théoriques (prédictions de l’échiquier de croisement simulant une rencontre aléatoire des gamètes) sont très semblables aux résultats effectifs (inventaire statistique de la génération F2). Dans l’échiquier de croisement qui vient d’être validé, on peut mettre en relief les génotypes nouveaux. Nous mettons en évidence pléthore de génotypes nouveaux. Notre étude illustre donc bien la citation de François Jacob : "la sexualité peut être considérée comme une machine à faire du différent". Pour mettre en valeur les conséquences génétiques de la fécondation, on peut remarquer que le nombre de génotypes possibles pour le zygote (neuf génotypes différents dont huit génotypes nouveaux) est supérieur au nombre de génotypes possibles pour les gamètes (quatre génotypes différents).
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