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MEIOSE et RECOMBINAISON GENETIQUE

BRASSAGES INTER ET INTRA CHROMOSOMIQUES

MISE EN EVIDENCE CHEZ LA DROSOPHILE

D ’après prépabac

modifié par D.Siffray

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Femelle Mâle

Les drosophiles adultes mesurent environ 3 mm de long ce qui nécessite de les observer sous une loupe binoculaire.Il existe un dimorphisme sexuel. Pour différencier les mâles et les femelles, plusieurs caractères peuvent être considérés.Taille Les femelles sont plus grandes que les mâles.AbdomenL'abdomen de la femelle est de forme pointue, avec des segments terminaux de couleur claire. L'abdomen du mâle est plus arrondi, avec des segments terminaux très foncés.

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Le cycle de développement de la drosophile

• Œuf 1 jL1 1 jL2 2 j

• L3 5 j Pupe 2 jAdulte 18 à 28 j

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Le matériel génétique de la drosophile

•

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Problème à résoudre

Si dans un croisement entre lignées différentes, nousconsidérons la transmission de 2 couples d’allèles,2 hypothèses peuvent être envisagées :

hypothèse 1 : les 2 couples sont portés par 2 paires différentesde chromosomes homologues :on parle de gènesindépendants

hypothèse 2 : les 2 couples sont portés par la même paire dechromosomes homologues en 2 locus différents :on parle degènes liés

Comment peut-on déterminer par un croisementapproprié, la localisation chromosomique de cescouples d’allèles ?

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Rappel des définitions

Dihybridisme : croisement de 2 variétés différant par 2 caractères héréditaires

Lignée pure : être de lignée pure pour un caractère signifie que les deux chromosomes homologues possèdent au même locus les deux mêmes allèles pour le gène considéré.

Homozygote : individu qui possède deux allèles identiques d’un même gène.

.

Hétérozygote : individu qui possède deux allèles différents pour le même gène.

Phénotype : ensemble des caractères morphologiques et physiologiques qui définissent un individu .Ces caractères peuvent s’exprimer à différentes échelles ( organisme,cellulaire, moléculaire).

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Quelques rappels importants

1) Un organisme diploïde possède deux allèles d’un gène dans toutes ses cellules somatiques

2) Ces deux allèles sont identiques si l’organisme est de lignée pure (= homozygote) différents s’il est hétérozygote.

3) Un gamète ne renferme

qu’un seul allèle de

chaque gène

4) Un individu récessif pour un caractère déterminé est obligatoirement homozygote pour ce caractère et ne fabrique qu’un seul type de gamètes

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Comment se réalise la transmission simultanée de deux caractères héréditaires?

Chez les organismes diploïdes, la méiose donne des gamètes non rangés,non classés, qui ne permettent pas de déduire directement comment s’effectue la transmission chromosomique des caractères.

Les croisements test consistent à croiser un individu dont on veut tester l ’hétérozygotie avec un autre individu porteur des caractères récessifs.

Les allèles récessifs ne s’exprimeront pas dans la descendance et donc les phénotypes des individus nés du test-cross seront déterminés par les génotypes des gamètes de l’individu à tester. Les croisements test permettent de déduire le génotype des gamètes issus de la méiose et donc son déroulement.

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ETUDE DU PREMIER CAS:LA TRANSMISSION DES GENES NON LIES

CHOIX DU COUPLE DE DROSOPHILES: On croise deux races pures de drosophiles .

Les croisements sont réalisés entre des drosophiles homozygotes

pour les deux gènes étudiés.

Exemple :

-l’un des parents est de type sauvage (ailes longues, corps gris) -L’autre parent est de type muté (ailes vestigiales, corps ebony)

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Croisement de drosophiles présentant deux

« différences » héréditaires

Premier gène :

longueur des ailes

Couple d’allèles :

1° allèle : longues

2° allèle : vestigiales

Second gène :

couleur du corps

Couple d’allèles

1° allèle : gris

2° allèle : ebony (noir)

RAPPEL: Allèles = différentes formes possibles d’un gène occupant la même position (locus) sur des chromosomes homologues.

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Résultat du premier croisement:

On obtient 100 % de mouches identiques entre elles.

Cette génération est appelée génération F1.

Les drosophiles sont toutes de phénotype sauvage;

elles sont hétérozygotes car elles ont reçus un allèle différent de chacun des parents

On dit que l’on a 100% d’hybrides F1

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Interprétation des résultats du premier

croisement

• Dans le 1er croisement, les individus F1 sont HETEROZYGOTES à cause de la méiose et de la fécondation. La méiose a séparé

les allèles , il y a un seul allèle pour chaque gène dans les

gamètes.

La fécondation a réuni les allèles des gènes. Le caractère qui s’exprime chez les drosophiles de la F1 résulte de l’expression d’ 1 seul allèle, cet allèle est dit dominant. L’autre est dit

récessif.

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écriture conventionnelle

• Phénotype :c’est entre crochets [ ]• Génotype : c’est entre parenthèses ( )

• Caractère dominant : première lettre du caractère mise en majuscule, ex: L , G .

Il s’exprime dans le phénotype quand il est présent en une seule version.

• Caractère récessif : première lettre du caractère mise en minuscule, ex : vg , e .

Il s’exprime dans le phénotype quand il est présent en deux versions.

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Quels sont les types et les proportions des gamètes produits par les hybrides de la F1 ?

Pour le déterminer il faut réaliser un croisement appelé

TEST- CROSS

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Second croisement: on réalise un croisement –test ou test -cross :

C’est le croisement d’un individu HYBRIDE F1 avec un individu HOMOZYGOTE récessif ( mutant pour les deux caractères ).

Individu hybride: phénotype sauvage: ailes longues, corps gris [ L, G ]

Individu mutant double récessif : ailes vestigiales , corps ebony [ vg, e]

Dans la descendance il y a ?

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Dans la descendance il y a: - deux phénotypes identiques à ceux des parents que l’on dit de type parental - deux nouveaux phénotypes que l’on dit de type recombiné

• 248 drosophiles mutantes

aux ailes vestigiales et au corps ebony :

soit 25%

• 251 drosophiles aux ailes longues et au corps ebony:

soit 25%

• 249 drosophiles aux ailes vestigiales et au corps gris:

soit 25%

• 253 drosophiles sauvages :ailes longues et corps gris:

soit 25%

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Interprétation des résultats du test- cross

• La nature et la fréquence des phénotypes fournis par un croisement test traduisent la nature et la fréquence des gamètes produits par les hybrides de la génération 1.

• Les hybrides ont donc produits 4 types de gamètes en proportions égales.

• Cela signifie que lors de la méiose, l’allèle G se retrouve indifféremment avec l’allèle v ou avec l’allèle L.

• La disjonction du couple G , e est indépendante du couple L,v

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Formation des gamètes lors de la méiose

L G

vg e

Gamètes formés lors de la méiose :

L,G : 25%

vg ,e :25%

L,e : 25%

vg, G :25%

soit

4 fois 25%

quantités équiprobables

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échiquier du croisement – test

F’2 = croisement test = test-cross

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Lorsque les résultats du test - cross donnent quatre phénotype avec des proportions de 4 fois 25% : les gènes

sont indépendants c’est-à-dire portés par deux paires de chromosomes

différents ;

il y a eu brassage interchramosomique soit une répartition

aléatoire et indépendante des paires de chromosomesà l’anaphase de première division de méiose .

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Représentation chromosomique

Seconde convention d’écriture :première lettre de l’allèle récessif puis on ajoute un + quand l’allèle est dominant .

Exemple : v+ = ailes longues , v = ailes vestigiales

e+ = corps gris , e = corps ebony

ATTENTION Rappel important :

sur les 2 chromatides d’un même chromosome, les locus sont occupés par les mêmes allèles

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BILAN DU BRASSAGE INTERCHROMOSOMIQUE

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Dans l’espèce humaine :

23 paires de chromosomes.

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ETUDE DU SECOND CAS :

LA TRANSMISSION DES GENES LIES

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Choix du premier gène :

longueur des ailes

le couple d’allèles étudié est donc:

1° allèle: longues

2° allèle : échancrées

Choix du second gène :

couleur des yeux

Le couple d’allèles étudié est donc:

1° allèle: rouges

2° allèle: marrons

De l ’énoncé on déduit que les allèles qui codent pour

les caractères « ailes longues et yeux rouges sont

dominants

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Test - cross :

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Résultats de ce croisement

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Calcul des pourcentages

• 410 drosophiles aux ailes longues et yeux rouges

soit: 39,80 %

Phénotype parental [ L,R ]

• 400 drosophiles aux ailes échancrées et yeux

marrons soit: 38,83 %

Phénotype parental [ é,m ]

• 111 drosophiles aux ailes échancrées et yeux rouges soit: 10,77 %

Phénotype recombiné [ é,R ]

• 109 drosophiles aux ailes longues et yeux marrons soit: 10,58 %

Phénotype recombiné [ L, m ]

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Analyse des résultats

- 78,63% de phénotypes parentaux [ L,R ] et [ é,m]

- 21,35% de phénotypes recombinés [ L,m] et [ é, R]

Les résultats ne sont donc pas ceux du premier cas : 4 fois 25%

MAIS - une majorité de phénotype « parental » ex ici : 78,63% - une minorité de phénotype «  recombiné » ex ici : 21,35%

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Formation des gamètes

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Le croisement-test montre que les 4 types de gamètes produits par les hybrides F1 ne sont pas équiprobables.- 2 combinaisons géniques sont prédominantes : elles sont dites de type parental car ici chaque gène reste associé au gène de l ’autre couple comme il l ’était chez les parents de lignée pureon dit que les 2 couples d ’allèles sont liés- 2 combinaisons géniques sont minoritaires: elles sont dites de type recombiné car un gène provient d ’une souche parentale, l ’autre provenant de l ’autre souche

Ceci ne peut s’expliquer que par l’existence des enjambements ou crossing-over lors de la prophase 1

de la méiose

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Crossing-over: échanges de segments de chromatides internes donc

échanges d’allèles entre les chromosomes parentaux

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Représentation schématique

du crossing-over

Les génotypes parentaux sont BRASSES avant la fécondation

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Interprétation chromosomique : un exemple de schématisation

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Lorsque les résultats du test - cross donnent quatre phénotypes avec des pourcentages différents de 25%

et avec:

- majorité de phénotypes parentaux : toujours supérieur à 50%

- minorité de phénotypes recombinés : toujours inférieur à 50%

les gènes sont liés

( portés par une seule paire et même paire de chromosomes )

Il y a eu brassage intrachromosomique soit une répartition

nouvelle des allèles sur les chromosomes, à la suite d’un

crossing –over

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La fécondation

• Les brassages interchromosomiques et intrachromosomiques sont enfin suivis par la fécondation.

La rencontre aléatoire de deux gamètes amplifie la diversité en créant des individus génétiquement originaux .

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Résultat d’une fécondation croisant deux hybrides F1 soit F1 x F1 = F2

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BIBLIOGRAPHIE

Les documents de ce diaporama sont tirés des manuels scolaires suivants:

- BORDAS collection TAVERNIER TD 1983, TD 1989 TS enseignement obligatoire 1994 - HATIER TS obligatoire 2002 - DIDIER TS obligatoire 2002 - NATHAN TS obligatoire 2002 - BELIN TS obligatoire 2002