4,1/ L’ORIGINE DU GÉNOTYPE DES INDIVIDUS

Comment notre patrimoine héréditaire individuel évlolue-t-il ?

4,1,3/ Evolution du patrimoine génétique

1/ La mitose engendre des clones

Comprendre la notion de clone à partir de divers exemples tirés de l’agriculture ou du domaine de la santé (cellules cancéreuses, lymphocytes B producteurs d’un seul anticorps, clones bactériens).

rappel TP sur la mitose / extrémités racinaires de Jacinthe : http://svtotriolo.free.fr/photos/mitose/lame_mitose.htm

• Réalisez un schéma de mitose

• à 2n=6

• différencier les pairs par la forme (taille et position du centromère)

• différencier les homologues (chromosomes paternel & maternels) par la couleur,

• marquer deux gènes sur 2 chs différents, ex : groupe sg (A//B) et (+//-)

• Rappel sur le microbiote et le nombre de cellules humaines : prendre des notes !

• Rappel sur le cancer : dessinez !

la succession de mitoses produit un clone, c’est-à-dire un ensemble de cellules, toutes génétiquement identiques, aux mutations près. Ces clones sont constitués de cellules séparées (cas des nombreuses bactéries ou de nos cellules sanguines) ou associées de façon stable (cas des tissus solides).

2/ Les mutations transforment le génôme

En fonction du nombre de cellules de l’organisme humain, estimer le nombre théorique de mutations (connaissant le nombre moyen de mutations à chaque division cellulaire) qui surviennent dans l’organisme humain, lors de son développement.

Extraire et organiser des informations sur les mutations et leurs effets phénotypiques, notamment sur un site régulateur de l’expression d’un gène.

Recenser et comparer des séquences d’ADN sur des trios père / mère / enfant permettant d’analyser la présence de mutations nouvelles.

• Manuel p.20-21, répondre aux 3 questionsⁱ:

1. pourquoi le phénomène de mutation bien que peu fréquent n'a rien d'exceptionnel ?

2. estimez le nombre théorique de mutations chez un humain au cours d'une vie

3. montrez que certains clones résultent de mutations tardives, d'autres précoces, envisagez les conséquences

l’étude des génômes de trios (un enfant et ses deux parents) met en évidence des variations de séquences nucléotidiques chez l’enfant. Elles sont le résultat de mutation dites « de novo » apparues le plus souvent dans l’une des cellules à l’origine des gamètes des parents. Les résultats ci dessous ont été obtenus grâce à l’étude de 10 trios.

Types de mutations	Nombre / génôme	Fréquence estimée
Substitutions	8 370 000	1,27.10-8 / nucléotide / génération
Insertions ou délétions	1 240 000	1,5.10-9 / nucléotide / génération
Mutations d’un grand nombre de nucléotides	232 000	Non calculée

• Sachant qu’une cellule humaine comporte 3 Gpb par lot de chromosomes, calculez le nombre de mutations « de novo » attendues chez un nouveau né comparé à ses parentsⁱⁱ

En l’absence d’échanges génétiques avec l’extérieur, la diversité génétique dans un clone résulte de l’accumulation de mutations successives dans les différentes cellules.

Tout accident génétique irréversible (perte de gène par exemple) devient pérenne pour toute la lignée (sous-clone) qui dérive du mutant.

3/ Trois mécanismes modifient les génômes

Quand le flamenco fait danser les éléments transposables : lecture d’un article vraiment scientifique

• recopier les mots à expliquer

• faites un schéma avec les gènes et les différents liens entre eux

phylogenese globines

• prendre des notes

transposition + duplication + mutation

familles multigéniques

Sitographie

Manuel : https://fr.calameo.com/read/0049569798519072fbf59 ; https://biblio.editions-bordas.fr/demo/9782047390696/?openBook=9782047390696_extrait%3fdXNlck5hbWU9RTgzZStMS3dXMXpXVGhqK2dBTUxldz09JnVzZXJQYXNzd29yZD1XalB3YkZzdmZ2RmNDSHNXUmgyemt3PT0mZGVtbz10cnVlJndhdGVybWFyaz0=

cours Unisciel : http://uel.unisciel.fr/index.html

Netographie

http://campus.cerimes.fr/genetique-medicale/enseignement/genetique_3/site/html/cours.pdf

https://www.inserm.fr/information-en-sante/dossiers-information/tests-genetiques

Histoire du séquençage : http://www.dnaftb.org/39/animation.html

Historique du séquençage du génome humain (INRA) : https://loverde.pagesperso-orange.fr/GENOME-OGM/Sequencage-Historique.htm

DNA sequencing: bench to bedside and beyond : https://academic.oup.com/nar/article/35/18/6227/2402812

le séquençage des génomes ENS : https://planet-vie.ens.fr/thematiques/le-sequencage-des-genomes#chap6

genoscope : http://www.genoscope.cns.fr/externe/Francais/Sequencage/#tableau1

DNA Sequencing Techniques : https://binf.snipcademy.com/lessons/dna-sequencing-techniques/maxam-gilbert

rappels sur l’ADN /CEA : http://www.cea.fr/comprendre/Pages/sante-sciences-du-vivant/essentiel-sur-adn-et-medecine-genomique-personnalisee.aspx

Sanger method in video : https://youtu.be/-QIMkQ4E_wE

Bilan : L’origine du génotype des individus

Notions :

clone ; brassage génétique (combinaison d’allèles) inter- et intrachromosomique (crossing-over) au cours de la méiose ; diversité́ des gamètes ; stabilité des caryotypes ; distinction reproduction et sexualité ; diversification génomique.

Connaissances :

La conservation des génomes : stabilité génétique et évolution clonale

La succession de mitoses produit un clone, c’est-à-dire un ensemble de cellules, toutes génétiquement identiques, aux mutations près. Ces clones sont constitués de cellules séparées (cas des nombreuses bactéries ou de nos cellules sanguines) ou associées de façon stable (cas des tissus solides). En l’absence d’échanges génétiques avec l’extérieur, la diversité génétique dans un clone résulte de l’accumulation de mutations successives dans les différentes cellules. Tout accident génétique irréversible (perte de gène par exemple) devient pérenne pour toute la lignée (sous-clone) qui dérive du mutant.

Le brassage des génomes à chaque génération : la reproduction sexuée des eucaryotes

La fécondation entre gamètes haploïdes rassemble, dans une même cellule diploïde, deux génomes d’origine indépendante apportant chacun un lot d’allèles. Chaque paire d’allèles résultant est constituée de deux allèles identiques (homozygotie) ou de deux allèles différents (hétérozygotie). En fin de méiose, chaque cellule produite reçoit un seul des deux allèles de chaque paire avec une probabilité équivalente. Pour deux paires d’allèles, quatre combinaisons d’allèles sont possibles, équiprobables ou non en cas de gènes liés. Le nombre de combinaisons génétiques possibles dans les gamètes est d’autant plus élevé que le nombre de gènes à l’état hétérozygote est plus grand chez les parents.

Comprendre les résultats de la reproduction sexuée : principes de base de la génétique

L’analyse génétique peut se fonder sur l’étude de la transmission héréditaire des caractères observables (phénotype) dans des croisements issus le plus souvent de lignées pures (homozygotes) et ne différant que par un nombre limité de caractères. Dans le cas de l’espèce humaine, l’identification des allèles portés par un individu s’appuie d’abord sur une étude au sein de la famille, en appliquant les principes de transmission héréditaire des caractères. Le développement des techniques de séquençage de l’ADN et les progrès de la bioinformatique donnent directement accès au génotype de chaque individu comme à ceux de ces ascendants et descendants. L’utilisation de bases de données informatisées permet d’identifier des associations entre certains gènes mutés et certains phénotypes.

Les accidents génétiques de la méiose

Des anomalies peuvent survenir au cours de la méiose : crossing-over inégal ; migrations anormales de chromatides au cours des divisions de méiose… Ces accidents, souvent létaux, engendrent parfois une diversification importante des génomes et jouent un rôle essentiel dans l’évolution biologique (familles multigéniques, barrières entre populations…).

Précisions : on s’appuie sur l’exemple de l’être humain ou sur ceux d’organismes eucaryotes modèles en génétique parmi les animaux, les plantes ou les ascomycètes. On ne traite pas d’exemples de croisement génétique pour plus de deux paires d’allèles.

Capacités

• Comprendre la notion de clone à partir de divers exemples tirés de l’agriculture ou du domaine de la santé (cellules cancéreuses, lymphocytes B producteurs d’un seul anticorps, clones bactériens).

• En fonction du nombre de cellules de l’organisme humain, estimer le nombre théorique de mutations (connaissant le nombre moyen de mutations à chaque division cellulaire) qui surviennent dans l’organisme humain, lors de son développement.

• Extraire et organiser des informations sur les mutations et leurs effets phénotypiques, notamment sur un site régulateur de l’expression d’un gène.

• Extraire et organiser des informations sur l’élaboration des lois de Mendel.

• Comprendre les relations de dominance / récessivité en fonction de l’équipement chromosomique chez les diploïdes (par exemple sur le système ABO, et/ou les gènes de la globine).

• Schématiser les conséquences de la méiose pour deux paires d’allèles portés par deux chromosomes différents ou par un même chromosome.

• Interpréter des résultats de croisements avec transmission de deux paires d’allèles (liés ou non entre eux), portés ou pas par les chromosomes sexuels.

• Recenser et comparer des séquences d’ADN sur des trios père / mère / enfant permettant d’analyser la présence de mutations nouvelles.

• Recenser des informations sur les nombreux mutants du gène de la mucoviscidose et les analyses prédictives qui peuvent être conduites.

• Schématiser les mécanismes expliquant certaines anomalies chromosomiques après méiose et fécondation.

Évaluation

Q1p33 : heredité sex yeux https://fr.calameo.com/read/0049569798519072fbf59

p50-51 : amylase et chiasma https://fr.calameo.com/read/0049569798519072fbf59

q3p55 : phylogénèse hormones https://fr.calameo.com/read/0049569798519072fbf59

i Réponses aux 3 questions du manuel p.21:

1. les mutations sont peu fréquentes : 1/1 000 000 000 = 10-9 nucléotides copiés environ sans tenir compte du système de réparation ; mais pas exceptionnelles vu la taille du génôme humain : 6 000 000 000 b (bases) x 10¹⁷ divisions cellulaires dans une vie humaine. Les mutations sont effectivement peu fréquentes : le taux d’erreur de réplication de l’ADN (source principale de mutation) est estimé à 1 pour 1 milliard de nucléotides copiés environ. Il s’agit d’un ordre de grandeur : ce taux, qui tient compte des systèmes de correction des erreurs, est très variable suivant les organismes (différences de fiabilité des ADN polymérases). Cependant, les mutations ne sont pas exceptionnelles car la taille d’un génome est en général importante (environ six milliards de paires de nucléotides pour le génome humain). De plus, le nombre de divisions cellulaires, et donc le nombre de réplications préalables, est énorme (1017 dans une vie humaine).

2. nb théorique de mutations (doc,2) proba de modif d'un nucléot x nd de divisions x nb de nuclotides : 10^-9 x 10¹⁷ x 6.10⁹ = 6.10¹⁷

3. les mutations précoces sont conservées dans de nombreuses cellules qui leur sont issues alors que les mutations tardives sont répandues dans un moins gd nb de clones / les mutations des gamètes apportent une diversité. Ces mutations se produisant tout au long d’une vie et restant présentes chez les cellules issues de la cellule initialement mutée, les mutations précoces (survenues pendant les premières divisions de la cellule-oeuf) sont présentes dans une grande proportion des cellules composant l’individu, alors que les mutations tardives ne sont présentes que dans de petits sous-clones cellulaires.

ii 3.10⁹ x 1,27.10^-8 = 3 x 12,7 = 38,1 substitutions /+ 3.10⁹ x 1,5.10^-9 = 3 x 1,5 = 4,5 addition ou délétion