57275430 cours de genetique
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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
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
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 D4
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’
Biologie (1995), Campbell, DeBoeck univ.
Adénine (A)Thymine (T)
Cytosine (C)
Guanine (G)
Génétique Licence 1 D6
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
Biologie (1995), Campbell, DeBoeck univ.
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
Génétique Licence 1 D11Cours 2
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
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.
Génétique Licence 1 D12
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.
Génétique Licence 1 D13
Maladie génétique: enzymes déficientes et mutations
Beaucoup de maladies génétiques sont dues à la perte de fonction d’une enzyme métabolique.
Génétique Licence 1 D14
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
*
*
*
Génétique Licence 1 D15
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 D16
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)
Génétique Licence 1 D19
Promoteur Stop
Conséquence fonctionnelle des mutations: Perte de fonction chez les haploïdes
Enzymeinactive
+
Enzymeactive
substrat
mutanta-
[déficient]
Génotypes
Phénotypes
sauvagea+
[normal]
Génétique Licence 1 D20
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
Génétique Licence 1 D21
Conséquence fonctionnelle des mutations:gain de fonction chez les haploïdes
+
Enzymeactive
substrat
mutantam
[mutant]
Génotypes
Phénotypes
sauvagea+
[normal]
Enzymed’activitédifférente
Génétique Licence 1 D22
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
Génétique Licence 1 D23
Génétique Licence 1 D24Cours 4
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
La reproduction sexuée: brassage génétique
Sordariamacrospora
Levuren 2nn 2n
n 2n
n 2n
fécondation
méïose
Génétique Licence 1 D25
Humain
fécondation réplication méioseI méiose II
La méiose: lieu du brassage génétique
n 2n 2n (x 2) n (x 2) n
La méiose
Génétique Licence 1 D26
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
Génétique Licence 1 D27
Brassage interchromosomique II
fécondation réplicationméioseI méiose II
équiprobable
P
R
Génétique Licence 1 D28
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 D29
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
Génétique Licence 1 D31
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
Génétique Licence 1 D32
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
Génétique Licence 1 D33