1,3/ Variations du patrimoine génétique

Bilan/ Mutations de l’ADN et variabilité génétique

Connaissances

• Des erreurs peuvent se produire aléatoirement lors de la réplication de l'ADN. Leur fréquence est augmentée par l’action d’agents mutagènes. L’ADN peut également être endommagé en dehors de sa réplication.

• Les mutations sont à l’origine de la diversité des allèles au cours du temps. Selon leur nature elles ont des effets variés sur le phénotype.

• Les erreurs réplicatives et les altérations de l’ADN peuvent être réparées par des mécanismes spécialisés impliquant des enzymes. Si les réparations ne sont pas conformes, la mutation persiste à l’issue de la réplication et est transmise au moment de la division cellulaire.

• Chez les animaux dont l’être humain, une mutation survient soit dans une cellule somatique (elle sera présente dans le clone issu de cette cellule) soit dans une cellule germinale (elle devient potentiellement héréditaire).

• Notions fondamentales : allèles, mutations, nature et fréquence des mutations, mutations spontanées et induites, systèmes de réparation, ADN polymérase.

• Objectifs : la formation des mutations. La notion d’allèles s’applique à tout segment d’ADN codant ou non.

Capacités

- Concevoir et réaliser un protocole pour étudier l'action d'un agent mutagène (par exemple les UV) sur la survie des cellules et sur l'apparition de mutants. Quantifier.

- Recenser et exploiter des informations permettant de montrer l'influence d'agents mutagènes physiques (rayonnements) ou chimiques (molécules).

- Recenser et exploiter des informations permettant de caractériser des mutations.

- Recenser et exploiter des informations sur la diversité allélique au sein des populations (par exemple humaine).

- Recenser et exploiter des informations de recherche sur les génomes des trios (père, mère, enfant) afin de se faire une idée sur la fréquence et la nature des mutations spontanées chez l’être humain.

- Exploiter des bases de données pour mettre en relation des mutations et leurs effets.

Précisions : on distinguera les mutations spontanées de l’ADN des modifications introduites volontairement par génie génétique conduisant par exemple à la création d’OGM, aux thérapies géniques, etc.

L’action des agents mutagènes est étudiée à titre d’exemple mais le mécanisme n’est pas attendu. Aucune exhaustivité n’est attendue pour la présentation de ces agents. La liste des mutations possibles n’est pas attendue. Les mécanismes de réparation de l’ADN ne doivent pas être détaillés. Pour des expériences impliquant des micro-organismes, on respecte des protocoles stricts concernant à la fois la culture de micro-organismes et leur destruction systématique en fin de manipulation.

En observant les mutations on devrait donc pouvoir reconstituer l’histoire d’un génôme...

1,3,2/ L’histoire humaine lue dans son génome

1/ Histoire du séquençage du génôme humain

Video INSERM 3’54 : https://youtu.be/TCnG7R50IlU

- Mener une démarche historique ou une étude documentaire sur le séquençage des macromolécules (protéines, ARN et ADN).

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

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

https://loverde.pagesperso-orange.fr/GENOME-OGM/Sequencage-Historique.htm

- Rechercher et exploiter des documents montrant comment a été déterminée la première séquence du génome humain.

- Explorer quelques stratégies et outils informatiques de comparaisons de séquences entre génomes individuels.

Histoire	Équipe	Pays	matériel	methode	Taille	Nb de gènes
1953	Watson, Crick, Franklin, Wilkins			Découverte de la structure de la molécule d’ADN
1971	Arber, Smith, Nathans	Suisse, USA	Haemophilus influenzae, virus SV40	Enzymes de restriction
1977	Sanger	UK	Virus ΦX174	synthèse enzymatique sélective	5 kb
1977	Gilbert	USA	Bactérie	dégradation chimique sélective
1976 ?			Phage MS2 RNA		3,6 kb
1980	Messing		phage M13	vecteurs de séquençage
1984	Jeffreys	USA	Homo sapiens	Empreinte génétique
1995			Bactérie Haemophilus influenzae		1,8 kb
1996			Levure Saccharomyces cerevisiae		12 Mb	6 200
1996			Caenorhadbitis elegans		100 Mb	19 100
2000			Arabidopsis thaliana		125 Mb	25 500
2001			Homo sapiens		3,3 Gb	20 à 30 000
2002			Oryza sativa		289 Mb

Sanger	Gilbert
synthèse enzymatique sélective	dégradation chimique sélective
Extraction ADN
Amplification de l’échantillon
Séparation des deux brins par la chaleur
Amorçage	Marquage*/Isolement/électrophorèse/Séparation
Incubation +ADNpol +dNTP +amorces +ddNTP*	Coupures chimiques spécifiques des 4 bases
Analyse par électrophorèse

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

Au cours des 25 dernières années, la méthode de Sanger a été largement développée grâce à plusieurs avancées technologiques importantes :

• la mise au point de vecteurs de séquençage adaptés, comme le phage M13 développé par Joachim Messing au début des années 19802 ;

• le développement de la synthèse chimique automatisée des oligonucléotides qui sont utilisés comme amorces dans la synthèse ;

• l'introduction de traceurs fluorescents à la place des marqueurs radioactifs utilisés initialement. Ce progrès a permis de sortir le séquençage des pièces confinées nécessaires à l'usage de radio-isotopes ;

• l'adaptation de la technique PCR pour le séquençage ;

• l'utilisation de séquenceurs automatiques de gènes ;

• l'utilisation de l'électrophorèse capillaire pour la séparation et l'analyse.

La méthode de Maxam et Gilbert nécessite des réactifs chimiques toxiques et reste limitée quant à la taille des fragments d'ADN qu'elle permet d'analyser (< 250 nucléotides). Moins facile à robotiser, son usage est devenu aujourd'hui confidentiel.

16 janvier

2/ Calculs généalogiques

- Calculer le nombre de générations humaines successives en mille, dix mille et cent mille ans et en déduire le nombre théorique d’ancêtres de chacun d’entre nous à ces dates. Conclure.¹

11000/3=33,3333 ; 2³³=8 589 934 592