57275430 Cours de Genetique

Génétique Licence 1 D1Plan du cours

Philippe ROUSSEAUMaître de conférenceLaboratoire de Microbiologie et de Génétque MoléculaireLMGM (UMR5100, CNRS-UPS)Tel: 05 61 33 59 16Mail: [email protected]

Introduction à la Génétique

1) Histoire, définitions et notion de gène

2) La fonction et la mutation du gène

3) Ségrégation d’un gène au cours de la méiose

Génétique Licence 1 D2Cours 1





La génétique

Chaque individu contient un programme génétique (ses gènes).

femelle

mâle

Ce programme génétique lui vient de ses parents il le transmettra en partie à ses enfants: c’est la base de l’hérédité.

Génétique Licence 1 D3

La génétique, c’est l’analyse et la compréhension de ce programme génétique et de cette hérédité.

La génétique dans la société

Contrôle de l’hérédité

Compréhension philosophique

Au niveau des individus somatique

Thérapies géniques chez l’Homme

Compréhension des maladies génétiques chez l’Homme

Au niveau des espèces germinal

Sélection animale et végétale en Agriculture

Clonage animal, végétal ou microbien en agriculture et en médecine


Génétique Licence 1 D5Historique

Mendel (1865), De Vries (1900)

Sutton (1902)

Morgan (1914)

Griffith (1928)

Beadle, Ephrussi, Tatum (1941)

Avery,McArty, McLeod (1944)

Watson, Crick, (1953)

Biologie (1995), Campbell, DeBoeck univ.

Bases

phosphate

désoxyribose

5’

3’

L’acide désoxyribonucléique: l’ADN

T

G

A

C

A

C

T

G

S

P

S

P

S

P

S

P

P

S

P

S

P

S

P

S

3’

5’

5’

3’


Adénine (A)Thymine (T)

Cytosine (C)

Guanine (G)


Génétique Licence 1 D7Réplication de l’ADN

La structure de l’ADN reflète sa fonction: Assurer la transmission du matériel génétique d’une génération à l’autre.

La réplication de l’ADN:- utilise l’appariement spécifique des bases- est semi-conservatrice

5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’5’3’

3’ 5’3’5’3’ 5’3’ 5’

ADN néosynthétiséADN parental


Génétique Licence 1 D8Notion de gène

Gène: Unité fonctionnelle et physique élémentaire de l’héréditéqui transmet l’information d’une génération à la suivante.

Un fragment d’ADN, constitué constitué d’une région transcrite et de séquences régulatrices.

Promoteur StopProcaryote

Promoteur StopEucaryote Intron

Exon1 Exon2

Codant

Génétique Licence 1 D9Notion de génome

Génome : Ensemble du matériel génétique contenu dans un jeu de chromosomes

Toujours à base d’ADN les génomes ont des structures et des organisations qui diffèrent en fonction des organismes.

Escherichia coliHemophilus influenzae

Saccharomyces cerevisiaeHomo sapiens

4700 C1830 C

13500 L3000000 L

40001703

6000100000

11

17

11

1,616,6

11

1,62,2

Organisme Taille du génome (kb)

Nombre de gènes

longueur moyennedes gènes (kb)

Nombre moyend’exons

Longueur moyennedes ARNm (kb)

Kb = kilo base = 1000 bases L = linéaire C = circulaire

Génétique Licence 1 D10Ploïdie: nombre de copie du génome

Haploïde: Une seule copie du génomeUne seule copie de chaque gèneSi un gène est altéré, la fonction qu’il code est modifiée

Diploïde: Deux copies du génomeDeux copies de chaque gèneSi un gène est altéré, l’autre copie garde sa fonction et peut donc compenser la possible perte de fonctionRecombinaison (crossing-over) possible entre les deux copies du génome

A B C

A B C

Transcription

RNAPRNAP

-35 -10

+1

Promoteur: exemple E.coli

Fonction du gèneModèle simple bactérien

Promoteur Stop

Traduction

Codoninitiation

CodonStop

Unité fonctionnelle: gène

La structure du gènereflète sa fonction: Assurer l’expression du matériel génétique.

maturation

L’architecture d’une protéine est la clé de la fonction des gènes.


Un gène code une fonction: importance de l’architecture d’une protéine

++

enzymesubstrat

enzymeproduit

La structure tridimensionnelle de la protéine (enzyme) définit sa fonction biochimique.

Si la structure tridimensionnelle de la protéine est modifiée, sa fonction biochimique peut elle aussi être modifiée.

La mutation du gène peut induire ce type de modification.


Maladie génétique: enzymes déficientes et mutations

Beaucoup de maladies génétiques sont dues à la perte de fonction d’une enzyme métabolique.


La mucoviscidose est liée à la perte de fonction d’un pore à ions chlorure. Il en découle un épaississement du mucus entraînant des difficultés respiratoires.

Altération d’une base

Mutation: au niveau de l’ADN

Mutation: processus aléatoire par lequel des gènes passent d’une forme allélique à une autre

ACGTCTGCAG

ACGTCTGCAG

ACGTCTGTAG

ACGTCTGCAG

ACGTCTGTAG

ACATCTGTAG

ACGTCTGCAG

ACGTCTGCAG

réplication

réplication

Génération 1

Génération 2

Deux types de mutations ponctuelles:

Transition: changement d’une purine par une autre ou d’une pyrimidine par une autreTransversion: changement d’une purine par une pyrimidine ou inversement.

Altération d’une base.Etape facilitée par les agents mutagènes:

- rayons UV- rayons X- rayons beta et gamma- acide nitreux- nitrosoguanidine

*

*

*


Réparation: - processus par lequel la plupart des lésions ou des mutationsde l’ADN sont réparées

- ce processus est enzymatique

- la défaillance dans un des ces processus enzymatique est à la base de nombreuses maladies génétiques humaines:cancers de la peau ou du colon

Réparation

Altération d’une base

ACGTCTGCAG

ACGTCTGCAG

ACGTCTGTAG

ACGTCTGCAG

réplication

Générat° 1

*

*ACGTCTGCAG

ACGTCTGCAG

Générat° 1*

Réparation du mésappariement

Réparation de la lésion


Génétique Licence 1 D17Mutation: fréquence

Chez un procaryote ou un eucaryote unicellulaire

Mutation d’un gène : environ 10-8

L’obtention d’un mutant dépendra du nombre de gène qu’il faut muter pour observer le phénotype:

- mutation d’un gène en particulier: 10-8

- mutation d’un gènes parmi plusieurs: 10-6

- mutation d’un codon particulier d’un gène en particulier: 10-10

Chez un Eucaryote supérieur

Conséquences somatiques: fréquentes vu le grand nombre de cellules et donc de divisioMutation d’un gène

Conséquences germinales:Rares vu le grand nombre de cellules et donc de divisions

Mutation: conséquence au niveau protéique Génétique Licence 1 D18

Dans une mutation ponctuelle, le changement de base peut induire un changement de codon.

StopPromoteur

Les mutations ponctuelles peuvent être:

- faux-sens: changement de codon et d’acide aminé TGT(Cys) TCT(Ser)

- non-sens: changement de codon vers un codon stop TAC(Tyr) TAA(Stop)

- silencieuse: changement de codon sans changement d’acide aminé CCT(Pro) CCC(Pro)

Réversion

Réversion: c’est une mutation qui en annule une autre

mutation réversion

- réversion vraie AAA(Lys) GAA(Glu) AAA(lys)

- réversion équivalente TCC(Ser) TGC(Cys) AGC(Ser)


Promoteur Stop

Conséquence fonctionnelle des mutations: Perte de fonction chez les haploïdes

Enzymeinactive

+

Enzymeactive

substrat

mutanta-

[déficient]

Génotypes

Phénotypes

sauvagea+

[normal]


Conséquence fonctionnelle des mutations: Perte de fonction chez les diploïdes

Enzymeinactive

+

Enzymeactive

substrat Enzymeinactive

Homozygote mutanta-/a-

[déficient]

Génotypes

Phénotypes

Homozygote sauvagea+/a+

[normal]

Hétérozygotea+/a-

[normal] si haplo-suffisance[déficient] si haplo-insuffisance[intermédiaire] si co-dominance

Enzymeinactive+

Enzymeactive substrat

+

Enzymeactive substrat


Conséquence fonctionnelle des mutations:gain de fonction chez les haploïdes

+

Enzymeactive

substrat

mutantam

[mutant]

Génotypes

Phénotypes

sauvagea+

[normal]

Enzymed’activitédifférente


Conséquence fonctionnelle des mutations:gain de fonction chez les diploïdes

+

Enzymeactive

substrat

Homozygote mutantam /am

[mutant]

Génotypes

Phénotypes

Homozygote sauvagea+/a+

[normal]

Hétérozygotea+/am

[normal] et/ou [mutant]Suivant les cas

+

Enzymeactive

substrat

+

Enzymeactive

substratEnzyme

d’activité

différente

Enzyme

d’activité

différente

Enzyme

d’activité

différente


La reproduction sexuée: brassage génétique

Sordariamacrospora

Levuren 2nn 2n

n 2n

n 2n

fécondation

méïose


Humain

fécondation réplication méioseI méiose II

La méiose: lieu du brassage génétique

n 2n 2n (x 2) n (x 2) n

La méiose


Brassage interchromosomique

Pour 1 chromosome, il y a deuxarrangements possibles à la métaphase de la méiose ITous les gamétes sont équiprobables

fécondation

réplicationméioseI

méiose II

équiprobable


Brassage interchromosomique II

fécondation réplicationméioseI méiose II

équiprobable

P

R


Pour 2 chromosomes, il y a deux arrangements possiblesà la métaphase de la méioses I, et 22 = 4 gamétes differentsTous les gamétes (parentaux P et recombinés R) sont équiprobables

Brassage intrachromosomique

Le crossing-over a lieu au niveau d’un chiasmalors de l’appariement des chromosomes homologues en métaphase ILes gamétes (parentaux P et recombinés R) ne sont pas équiprobables

crossing-over

non équiprobable

P

R


Génétique Licence 1 D30Conséquences du brassage génétique

n2n

n

tétradeArg+ Arg-

1ére loi de Mendel

Ségrégation monogénique:1/2 Arg+1/2 Arg-

chez les gamètes de l ’hybride

Arg+

Arg-

Arg+

Arg-

1/2

1/2

Les brassages inter et intra n’y changent rien

Conséquences du brassage génétique

75% 3/4

25% 1/4

F1

F2 = F1 x F1

Graine verte

Graine jaune

100%

J/J x v/v

J/v

J 1/2 v 1/2

J 1/2 J/J J/v

V 1/2 v/J v/v


Croisement test

F1:

F2:

J/J x v/v

J/v

J 1/2 v 1/2

J 1/2 J/J J/v

v 1/2 v/J v/v

J 1/2 v 1/2

v 1 J/v v/v

Test crossF1 x v/vF1 x F1

3/4 1/4 1/2 1/2


Phénotype intermédiaire: codominance

25% 25% 50%

F1

F2 =

F1 x F1

x R/R x B/B

R/B

R 1/2 B1/2

R 1/2 R/R R/BB 1/2 B/R B/B


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