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Philippe ROUSSEAU, Maître de conférence Laboratoire de Microbiologie et de Géné

Philippe ROUSSEAU, Maître de conférence Laboratoire de Microbiologie et de Génétique Moléculaire Tel: 05 61 33 59 16 - Mail: philippe.rousseau@ibcg.biotoul.fr Site: www.iefg.biotoul.fr - liens eseignements Première partie: Génétique Fondamentale (cours 1 et 2) Rappels Notion de gène, expression, mutation, réparation La fonction du gène Relation un gène/une fonction: Beadle et Tatum La fonction dominante ou récessive La complémentation de deux gènes Analyse Génétique Cours 1 Deuxième partie: Génétique Mendélienne (cours 3 à 6) Ségrégation indépendante Un gène, deux gènes Liaison génétique Un gène lié à son centromére, deux gènes Interaction génique Epistasie et synergie Troisième partie: Génétique moléculaire (procaryote, cours 7 à 9) Transformation bactérienne Transformation, recombinaison, Echanges génétiques Transductions localisées et généralisées Echanges génétiques Conjugaison: facteur F Régulation génétique Opérons Quatrième partie: Génétique des populations (cours 10) Hardy-Weinberg Notion de gène Licence2: Génétique - T2 Gène: Unité fonctionnelle et physique élémentaire de l’hérédité qui transmet l’information d’une génération à la suivante. Un fragment d’ADN, constitué d’une région transcrite et de séquences régulatrices. Promoteur Stop Procaryote Promoteur Stop Eucaryote Intron Exon1 Exon2 Codant Transcription RNAP RNAP -35 -10 +1 Promoteur: exemple E.coli Fonction du gène Modèle simple bactérien Promoteur Stop Traduction Codon initiation Codon Stop Unité fonctionnelle: gène La structure du gène reflète sa fonction: Assurer l’expression du matériel génétique. maturation L’architecture d’une protéine est la clé de la fonction des gènes. Licence2: Génétique - T3 Importance de l’architecture d’une protéine: Notion de site actif Licence2: Génétique - T4 + + enzyme substrat enzyme produit 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. Altération d’une base Mutation: au niveau de l’ADN Mutation: processus par lequel des gènes passent d’une forme allélique à une autre. ACGTC TGCAG ACGTC TGCAG ACGTC TGTAG ACGTC TGCAG ACGTC TGTAG ACATC TGTAG ACGTC TGCAG ACGTC TGCAG réplication réplication Génération 1 Génération 2 Altération d’une base. Etape facilitée par les agents mutagènes: - rayons UV - rayons X - rayons beta et gamma - acide nitreux - nitrosoguanidine * * * Licence2: Génétique - T5 Exemple d’une mutation ponctuelle: Réparation: - processus par lequel la plupart des lésions ou des mutations de l’ADN sont réparées - ce processus est enzymatique - la défaillance dans un des ces processus enzymatique est à la base d’un phénotype hypermutateur ex: cancers de la peau ou du colon chez l’homme Réparation Altération d’une base ACGTC TGCAG ACGTC TGCAG ACGTC TGTAG ACGTC TGCAG réplication Générat° 1 * * ACGTC TGCAG ACGTC TGCAG Générat° 1 * Réparation du mésappariement Réparation de la lésion Licence2: Génétique - T6 Mutation: au niveau protéique Licence2: Génétique - T7 Dans une mutation ponctuelle, le changement de base peut induire un changement de codon. Stop Promoteur 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) Autres exemples de mutations Licence2: Génétique - T8 Délétion Insertion Stop Promoteur inversion Le plus souvent ce type de mutation amène à une destruction de la phase codante du gène et donc à une perte de fonction. Réversion et supression On parle de réversion ou de supression lorsqu’une mutation en annule une autre Reversion: annulation de la mutation - reversion vraie AAA(Lys) GAA(Glu) AAA(lys) - reversion équivalente TCC(Ser) TGC(Cys) AGC(Ser) Supression: annulation des conséquences d’une mutation - supression intragénique une autre mutation dans le gène qui restaure l’intégrité de la fonction codée. ex: si la mutation 1 induit une déformation du site actif, la mutation suppressive induit une autre déformation qui compense celle induite par la mutation1. - supression extragénique la mutation d’un autre gène qui annule les effets de la première. ex: si une mutation 1, dans un gène codant une sous-unité d’une enzyme bipartite, une mutation suppressive dans le gène codant l’autre sous-unité peut compenser la première mutation. mutation reversion Licence2: Génétique - T9 Test de fluctuation: Luria & Delbrück culture1 culture2 culture3 N° culture nb. Colonie T1R 1 mutant 4 mutants 0 mutant 1 1 2 4 3 0 4 0 5 12 6 0 7 0 8 9 9 120 10 0 Moyenne 14,6 Analyse sur 108 bactérie par cultures de 1 ml inoculées par 103 bactéries. Il existe une grande fluctuation entre les expériences: les mutations arrivent par hasard. Licence2: Génétique - T10 Fréquence de mutation: loi de Poisson Licence2: Génétique - T11 loi de Poisson donne ici la fréquence d’apparition au hasard d’une mutation : si i = nombre de cellules au début de la culture = 103 si n = nombre de cellules à la fin de la culture = 108 alors, d = nombre de divisions pour passer de i à n cellules d = n-i = 108 - 103 d~= n Alors, si T = le taux de mutation par division On a: f(la classe 0) = e -Td Donc ln(f o) = -Td soit T = - (ln(f o)/d) = -(ln(5/10)/ 108) = 0,7 x 10-8 f(la classe 0) = fréquence des cultures sans colonie T1R Cf. Diapo n°:10 Isolement de mutants résistants chez la E.coli Licence2: Génétique - T12 Levure [drogueS] Cette expérience est répétée autant de fois que l’on veut de mutants indépendants 30°C MC T Étalement de 1 ml soit ~108 E.coli 103/ml 108/ml MC MC + drogue [drogue S] + - [drogue R] + + 30°C, T F(drogueR) ~ 108 MC + drogue Isolement de mutants arg- chez E. coli Licence2: Génétique - T13 Cette expérience est répétée autant de fois que l’on veut de mutants indépendants. Agent mutagène Dilution 106 fois Étalement de 1 ml Soit ~100 E.coli 30°C MM + arg T 103/ml 108/ml MM + arg MM réplique 30°C, T 30°C, T MM MM + arginine [arg-] - + [arg+] + + Analyse Génétique Cours 2 Philippe ROUSSEAU, Maître de conférence Laboratoire de Microbiologie et de Génétique Moléculaire Tel: 05 61 33 59 16 - Mail: rousseau@ibcg.biotoul.fr Site: www.iefg.biotoul.fr - liens eseignements Rappels Notion de gène, expression, mutation, féparation, Fréquence La fonction du gène Relation un gène, une fonction: Beadle et Tatum La fonction dominante ou récessive La complémentation de deux gènes Première partie: Génétique Fondamentale Deuxième partie: Génétique Mendellienne Ségrégation indépendante Un gène, deux gènes Liaison génétique Un gène lié à son centromére, deux gènes Interaction génique Epistasie, synergie de phénotype Troisième partie: Génétique moléculaire (procaryote) Transformation bactérienne Transformation, recombinaison, aquisition de resistances Echanges génétiques Transductions localisées et généralisées Echanges génétiques Conjugaison: facteur F Régulation génétique Opérons Quatrième partie: Génétique des populations Hardy-Weinberg Enzymes déficientes: dominance et récessivité chez les diploïdes Homozygote mutant a-/a- [déficient] Enzyme inactive Enzyme inactive Génotypes Phénotypes Homozygote sauvage a+/a+ [normal] + Enzyme active substrat + Enzyme active substrat Hétérozygote a+/a- [normal] si haplo-suffisance [déficient] si haplo-insuffisance [intermédiaire] si co-dominance Enzyme inactive + Enzyme active substrat Licence2: Génétique - T15 Conséquence fonctionnelle des mutations: 1 Licence2: Génétique - T16 perte de fonction: mutation qui inactive l’enzyme. Enzyme active +/+ [actif] +/m [?] m/m [inactif] Enzyme inactive Enzyme active Enzyme inactive Enzyme inactive Enzyme active Conséquence fonctionnelle des mutations: 2 Licence2: Génétique - T17 gain de fonction: mutation donnant une enzyme plus active ou ayant une activité différente. Enzyme active +/+ [actif] +/m [actif et ?] m/m [actif et ?] Enzyme active Enzyme active Enzyme active Enzyme active Enzyme active +/+ [actif] +/m [?] m/m [inactif] Enzyme inactive Enzyme active conditionnelle: mutation dont les effets ne se voient que dans certaines conditions physiologiques. Enzyme active Enzyme inactive Enzyme active Conséquence fonctionnelle des mutations: 3 Enzyme inactive Enzyme active Changement de conditions [actif] Enzyme active Changement de conditions Enzyme active Changement de conditions [actif] Licence2: Génétique - T18 Croisement de mutants: la complémentation Licence2: Génétique - T19 Enzyme 1 inactive Enzyme 2 active Enzyme 1 active Enzyme 2 inactive Enzyme 1 active Enzyme 2 inactive Enzyme 1 inactive Enzyme 2 active Diploïde (2n) [actif] Il y a complémentation, les parents n’ont pas de gène mutant en commun croisement Haploïde (n) mutant 1 récessif: [inactif] Haploïde (n) mutant 2 récessif: [inactif] Croisement de mutants: la non-complémentation Licence2: Génétique - T20 Enzyme inactive Enzyme inactive Haploïde (n) mutant 1 récessif: [inactif] Haploïde (n) mutant 2 récessif: [inactif] Enzyme inactive Enzyme inactive Diploïde (2n): [inactif] Il n’y a pas complémentation, les parents ont au moins un gène mutant en commun croisement Un gène <-> une enzyme milieux MM MM + Ornithine MM + Citruline MM + Arginine Sauvage prototrophe + Mutants auxotrophes groupe 1 - + + + - - + + + Mutants auxotrophes Groupe 2 - + + Mutants Auxotrophes Groupes 3 - - + Arginine Ornithine Citruline Biosynthèse de l’arginine Précurseur gène b Enzyme B gène c Enzyme C gène a Enzyme A Licence2: Génétique - T21 Beadle & Tatum: Chez Neurospora, isolement de trois groupes de mutants incapables de synthétiser l’arginine en conditions naturelles. Analyse Génétique Philippe ROUSSEAU, Maître de conférence Laboratoire de uploads/Ingenierie_Lourd/ cours-de-genetique-licence-2-rousseau.pdf