Rappels de cours, exercices COURS et problèmes corrigés ...

1 SCIENCES SUP. Rappels de COURS , exercices et probl mes corrig s Licence PCEM CAPES. G N TIQUE. 3e dition Jean-Louis Serre G N TIQUE. G N TIQUE. Rappels de COURS , exercices et probl mes corrig s Jean-Louis Serre Professeur l'universit de Versailles-Saint-Quentin 3e dition Illustrations de couverture : Saccharomyces cerevisiae et Escherichia coli au Microscope lectronique balayage, Centre multi-image de Cambridge. Zea mays, Jean Weber, service photographique de l'INRA. Drosophila melanogaster m le, Bernadette Limbourg-Bouchon, Laboratoire de G n tique et Biologie Cellulaire, Universit de Versailles. Arabidopsis thaliana, Jean Weber, service photographique de l'INRA. Escherichia coli (x 15 000) Rocky Mountain Laboratories, NIAID, NIH. Dunod, Paris, 2001, 2004, 2006. ISBN 2 10 050524 6. Georges Pr vost 1927-1970. Professeur de g n tique la facult d'Orsay Dunod La photocopie non autoris e est un d lit. Table des mati res AVANT-PROPOS XI. INTRODUCTION L'OUVERTURE PROGRESSIVE DE LA BO TE NOIRE 1.

2 PARTIE 1 CONCEPTS DE BASE ET exercices CORRIG S 5. CHAPITRE 1 L'APPROCHE FACTORIELLE ET FORMELLE DU MEND LISME 7. Introduction 7. La loi de puret des gam tes 7. La combinatoire r gissant la transmission de plusieurs caract res 10. CHAPITRE 2 LA S GR GATION 2/2 ET LA TH ORIE CHROMOSOMIQUE DE L'H R DIT 17. Introduction : la th orie chromosomique de l'h r dit 17. Dunod La photocopie non autoris e est un d lit. La s gr gation 2/2 18. Quelques d finitions 20. Ambigu t du terme caract re 20. Le ph notype sauvage et la souche sauvage de r f rence 21. Quelle est la d finition du g ne ce stade ? 21. La dominance et la r cessivit 23. Le test de la s gr gation 2/2 par test cross 23. L'h r dit li e l'X 24. VIII Table des mati res CHAPITRE 3 LA RECOMBINAISON G N TIQUE, L'IND PENDANCE ET LA LIAISON G N TIQUE 47. Introduction 47. La recombinaison g n tique par brassage chromosomique 48. La recombinaison g n tique par crossing-over et ses cons quences 50. Mesure de la distance g n tique et cartographie des g nes 53.

3 Distances en unit s de recombinaison 53. Distance g n tique en centi-Morgan ou distance de Haldane 54. Recombinaison g n tique, ind pendance ou liaison g n tique, cartographie des g nes 56. Consid rations g n rales 56. Test de l'ind pendance g n tique l'issue d'un croisement F1 F1 57. Test de l'ind pendance g n tique l'issue d'un test cross F1 parent double r cessif 59. CHAPITRE 4 L'ANALYSE DE T TRADES 95. Introduction 95. La pr et la postr duction 96. La distance du locus d'un g ne son centrom re 102. L' tude de l'ind pendance et de la liaison g n tique par l'analyse de t trades 104. Analyse de t trades pour deux g nes physiquement ind pendants 104. Analyse de t trades pour deux g nes physiquement li s 108. Domaine de variation des trois types de t trades pour deux g nes physiquement li s 111. L'analyse de t trades et la correction de la distance g n tique 112. L'analyse de t trades et le test de l'ind pendance physique 114. La conversion g nique 116.

4 Mise en vidence du ph nom ne 116. Interpr tation mol culaire de la conversion g nique 118. CHAPITRE 5 L'ANALYSE G N TIQUE fonctionnelle : COMPL MENTATION fonctionnelle . ET DOMINANCE-R CESSIVIT 141. La d finition fonctionnelle du g ne : la d couverte de la relation un g ne/une enzyme 141. La compl mentation fonctionnelle et le test d'all lisme 142. Croisement des mutants par la souche sauvage SSR : test de dominance/r cessivit 143. Analyse g n tique de la m iose chez les diplo des issus du croisement mutant SSR 144. Croisements entre souches mutantes : test de compl mentation fonctionnelle et test d'all lisme 144. Les groupes de compl mentation et le d nombrement des g nes 147. Table des mati res IX. La compl mentation fonctionnelle est un outil de croisement 148. Interpr tation fonctionnelle et mol culaire de la dominance et la r cessivit 148. Approche formelle et factorielle de la dominance et de la r cessivit 148. Les diff rentes mutations possibles d'un g ne et leurs cons quences fonctionnelles 150.

5 Interpr tation fonctionnelle et mol culaire de la dominance et la r cessivit 154. CHAPITRE 6 LA CARTOGRAPHIE ET CARTE FINE DES G NES 171. Introduction 171. L'assignation ou localisation chromosomique 172. La cartographie par analyse de liaison g n tique 173. La cartographie par d l tion 174. Cartographie par d l tion des sites de mutation d'un g ne 174. Diff rences entre mutants par d l tion et mutants ponctuels multiples 175. La cartographie fine par test multipoint 176. CHAPITRE 7 ANALYSE G N TIQUE DES R VERTANTS ET DES SUPPRESSEURS 187. Introduction 187. Analyse g n tique formelle des r vertants 189. Taux de r version 189. Mise en vidence d'une mutation suppresseur chez un r vertant 189. Test de dominance-r cessivit d'un suppresseur 195. Test de compl mentation fonctionnelle entre suppresseurs r cessifs 195. Propri t s g n tiques formelles des suppresseurs 197. Analyse fonctionnelle et mol culaire des r vertants et des suppresseurs 201. Introduction 201.

6 Analyse et interpr tation mol culaire des r vertants de premi re classe ou de certains r vertants de seconde classe avec un suppresseur tr s li 202. Les suppresseurs informationnels 206. Les suppresseurs fonctionnels 208. Dunod La photocopie non autoris e est un d lit. Conclusions 212. CHAPITRE 8 LA S LECTION DE MUTANTS 233. Introduction 233. Mutants de perte et de gain de fonction ph notypique 234. Mutants spontan s et mutants induits 234. Mutants de gain de fonction 234. Mutants de perte de fonction 236. Mutants ind pendants 237. X Table des mati res Mutants l taux conditionnels 238. D finition et utilit des chromosomes balanceurs dans la g n tique de la drosophile 238. Mutagen se cibl e 240. CHAPITRE 9 LA G N TIQUE BACT RIENNE CONJUGAISON, TRANSDUCTION, TRANSFORMATION 251. Introduction 251. M canismes bact riens de substitution ou de compl ment de l'information g n tique endog ne 252. La conjugaison 252. La transduction 256. La transformation 257. PARTIE 2 PROBL MES CORRIG S 265.

7 CHAPITRE 10 PROBL MES DE G N TIQUE CHEZ LA LEVURE 267. CHAPITRE 11 PROBL MES DE G N TIQUE CHEZ LA DROSOPHILE 319. CHAPITRE 12 G N TIQUE BACT RIENNE 355. BIBLIOGRAPHIE 397. INDEX 399. Avant-propos La place de la g n tique dans la biologie rend son enseignement incontournable d s le secondaire. Cependant cet enseignement est confront de nombreuses difficult s p dagogiques, dont la simple d finition du g ne n'est pas la moindre ! Cependant, pour bien comprendre (et enseigner) la g n tique, il importe de bien faire la distinction entre la g n tique en tant que science et la g n tique en tant qu'outil d'investigation, ce que les g n ticiens appellent l'analyse g n tique. Comme toute science, la g n tique est un ensemble de repr sentations mentales d'objets et de ph nom nes de la Nature, repr sentations mentales qui r sultent de l'imagination de l'homme contrainte par la raison appliqu e l'analyse des observa- tions ou des r sultats exp rimentaux. Ces repr sentations mentales voluent avec le temps et l'accumulation des connaissances, se pr cisant ou tant parfois compl te- ment boulevers es.

8 Les objets qui concernent la g n tique, en tant que science sont, au centre, le g ne, sa structure, sa fonction, ses m canismes d'expression, de r gula- tion, d'action concert e ou en cascade, et permettent d'expliquer comment toutes les structures cellulaires et les organismes se construisent et fonctionnent. Pour tudier les objets et les ph nom nes qui l'int ressent, la g n tique a d velopp . Dunod La photocopie non autoris e est un d lit. un outil, l'analyse g n tique, c'est- -dire un ensemble de protocoles par lesquels elle se pose des questions simples, relatives aux g nes impliqu s dans un ph nom ne biologique quelqu'il soit, et par lesquels elle obtient des r ponses. L'analyse g n - tique qui a t fond e par Mendel (plus que la g n tique proprement dite) est l'analyse g n tique par croisements de toutes sortes qui seront d crits et mis en pratique dans cet ouvrage, dont c'est le but principal. Avec le d veloppement de la biologie mol culaire dans les ann es 1970 est apparue l'analyse g n tique par transformation ou construction.

9 Il s'agit l de protocoles visant tudier la fonction des g nes et leur fonctionnement plus directement, souvent l' chelle mol culaire, en les mettant, par construction, au sein d'un contexte adapt cette analyse, dans XII Avant-propos des organismes unicellulaires, ou des cellules, ou des organismes qui sont ainsi g n tiquement transform s ou modifi s. L'importance de la g n tique provient de sa capacit unifier des domaines de la biologie apparemment loign s comme l'embryologie et la canc rologie, ou de permettre une dissection causale, cellulaire, voire mol culaire, de ph nom nes globaux comme une pathologie ou tout autre ph nom ne biologique. Cette capacit . vient de la m thode m me de l'analyse g n tique qui permet d'isoler puis d' tudier des mutants chez lesquels un seul des g nes impliqu s dans ce ph nom ne est mut , ce qui conduit l'identification progressive de tous ces g nes, puis de leur fonction. De l'efficacit de la g n tique dans la recherche fondamentale, il r sulte obliga- toirement des applications dans l'agronomie, l'environnement, la m decine, bient t l'industrie, dont le retentissement conomique, culturel et thique est consid rable.

10 On comprend ais ment, dans ces conditions, la m diatisation qui entoure la g n - tique et ses r sultats. Apprendre la g n tique est, comme pour tout, une d marche qui associe la compr hension de concepts th oriques la pratique exp rimentale de leur mise en uvre, au moins travers des exercices . Le but de cet ouvrage n'est pas d'offrir un COURS complet de g n tique alors que d'autres ouvrages s'y sont parfois tr s bien employ s et que le COURS de l'enseignant s'av re toujours irrempla able, mais d'offrir aux tudiants d j l'aise avec les rudi- ments de la g n tique (pr pa, PCEM, licence, Capes, agr gation ) ou aux ensei- gnants de Sciences de la Vie et de la Terre du second degr , le moyen de parfaire leur compr hension. Le but de cet ouvrage est donc de proposer un v ritable outil d'apprentissage de l'analyse g n tique, celle qu'on apprend en TD, celle qu'on exige l'examen et qu'on pratique au laboratoire. Dans une premi re partie, un rappel des concepts fondamentaux est associ des exercices dont la solution tente d'illustrer les pi ges dans lesquels conduit l'applica- tion de recettes , et d'insister sur la rigueur n cessaire et les difficult s de la d marche analytique.