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Génétique
Problèmes de génétique chez la drosophile
Cours de Génétique
 

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Problème 11.3

FM6 est un chromosome balanceur de l’X (chap. 8).

Il porte la mutation Bar à effet semi-dominant, donnant un oeil étroit, noté phénotype [B], chez les femelles homozygotes B/B et les mâles B/Y, et un oeil encoché, noté phénotype [B/2], chez les femelles hétérozygotes B/B+.

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Le phénotype sauvage oeil normal est noté [B+].

Les mâles FM6/Y sont fertiles et les femelles FM6/FM6 sont viables mais stériles. Dans le but d’isoler chez Drosophila melanogaster de nouveaux mutants du chromosome X, on traite quelques mâles sauvages aux rayons X. Ceux-ci sont ensuite croisés avec des femelles FM6/X+ (X+ désigne le chromosome X sauvage).

On obtient, en F1, des descendants mâles de phénotype [B] ou [B+] et des femelles de phénotype [B/2] et [B+].

On croise individuellement (dans des tubes indépendants) 100 femelles F1 de phénotype [B/2] par des mâles FM6/Y.

On observe les résultats suivants :

– dans 95 tubes la descendance est :

1/4 femelles [B] 1/4 femelles [B/2]

1/4 mâles [B] 1/4 mâles [B+]

– dans 1 tube la descendance est :

1/4 femelles [B] 1/4 femelles [B/2]

1/4 mâles [B] 1/4 mâles [B+; ailes courtes]

– dans 4 tubes la descendance est :

1/3 femelles [B]        1/3 femelles [B/2]

1/3 mâles [B]

1. Expliquez et justifiez chaque étape du protocole de sélection des mutants, notamment le choix de mutagéniser des mâles plutôt que des femelles.

On notera X*, les chromosomes X issus des mâles mutagénisés.

2. Caractérisez les mutants ainsi obtenus.

3. On se propose d’analyser en détail la (les) mutation(s) criblée(s) dans l’un des quatre tubes présentant une ségrégation 1/3-1/3-1/3.

On croise quelques femelles [B/2] par des mâles sauvages et on observe les chromosomes géants des glandes salivaires des larves obtenues.

On observe les résultats suivants :

– 1/4 ont un chromosome Y et un chromosome FM6;

– 1/4 ont un chromosome Y et un chromosome X non balanceur (fig. 11.5, ligne 2);

– 1/4 ont un chromosome X+ et un chromosome FM6;

– 1/4 ont un chromosome sauvage X+ apparié avec le chromosome X non balanceur (fig. 11.5, ligne 1).

Concluez sur la nature de la mutation, son effet, et le stade d’expression du (des) gène(s) impliqué(s).

4. Pour préciser l’analyse, on croise d’autres femelles [B/2] du tube par des mâles porteurs d’un chromosome X sauvage et d’un chromosome Y porteur d’une insertion d’un fragment de l’X :

– mâles A : porteur sur l’Y de la région 7C9-7E5 de l’X;

– mâles B : porteur sur l’Y de la région 7C1-7D5 de l’X;

– mâles C : porteur sur l’Y de la région 7C4-7D4 de l’X. On observe les résultats suivants :

– croisement femelles [B/2] × mâles A : 1/4 femelles [B/2] 1/4 femelles [B+] 1/4 mâles [B] 1/4 mâles [B+]

– croisement femelles [B/2] × mâles B : 1/4 femelles [B/2] 1/4 femelles [B+] 1/4 mâles [B] 1/4 mâles [B+, oeil rugueux]

– croisement femelles [B/2] × mâles C : 1/3 femelles [B/2] 1/3 femelles [B+] 1/3 mâles [B]

Tirez toutes les conclusions cartographiques et fonctionnelles de ces observations.

5. Suite de l’analyse de la mutation étudiée aux questions 3 et 4.

a. Quelle observation peut permettre d’affirmer que cette mutation a un effet récessif vis-à-vis de celui de l’allèle sauvage ? Quel est le génotype qu’il faudrait construire pour en être vraiment sûr ?

b. On souhaite construire des femelles homozygotes pour le chromosome étudié. Expliquez pourquoi et comment ce qui est théoriquement impossible est pratiquement réalisable dans les conditions décrites par l’énoncé du problème.

c. Le croisement réalisé permet d’obtenir des femelles adultes homozygotes pour cette mutation; elles sont stériles et présentent un oeil rugueux.

Quelles sont vos conclusions ?

1. On se propose d’obtenir des mutants du chromosome X de drosophile. U

ne mutagenèse aux rayons X augmentera le taux de mutation, en provoquant notamment des coupures simple ou double brin dans l’ADN, ce qui conduira souvent à des délétions, ou à des inversions. Comme les mutations affectent les cellules somatiques comme les cellules germinales, les doses utilisées de X ne permettent pas une survie très grande.

De ce fait, il est préférable de mutagéniser des mâles (dont la spermiogenèse est continue) afin de pouvoir recueillir assez vite leurs spermatozoïdes (récupérés et conservés dans la spermathèque d’une femelle), et non des femelles chez qui un délai plus long existera entre l’ovogenèse et la ponte d’un nombre important d’oeufs.

Le croisement avec FM6, un balanceur de l’X, va permettre d’isoler et de « cloner » des chromosomes X*, issus de cette mutagenèse de mâles, puis de tester, en même temps, l’existence d’éventuelles mutations sur chacun des X*.

En effet, le croisement avec des femelles FM6/X+ donnera des femelles de génotype FM6/X* et X+/X*, de phénotype [B/2] et [B+], si le X* n’est porteur d’aucune mutation conférant un phénotype dominant.

Les mâles seront de génotype FM6/Y et X+/Y et sont sans intérêt puisque le but du jeu est d’isoler des X*.

On reprendra donc, isolément dans un tube, un certain nombre de femelles [B/2], dont on sait, grâce à la mutation semi-dominante, qu’elles possèdent FM6, ce qui exclura tout crossing-over pouvant désunir un éventuel bloc de mutations sur le X* et aussi de pister, dans la descendance, ce bloc ou toute mutation présente sur le X* d’origine.

Dans chaque tube, la femelle isolée FM6/X* est croisée avec un mâle FM6/Y; on aura donc :

– génotypes FM6/X* × FM6/Y FM6/FM6 + FM6/X* + FM6/Y + X*/Y;

– phénotypes [B/2] × [B] [B] + [B/2] + [B] + [B+].

Chacun des génotypes présents est phénotypiquement identifiable grâce à la mutation semidominante « Bar ». On sait par conséquent que les femelles [B/2] sont porteuses de X*, ce chromosome est donc « pisté ».

• Si X* est porteur d’une mutation à effet récessif, le phénotype mutant associé apparaîtra chez la moitié des mâles; ceux-ci ayant, par ailleurs, le phénotype [B+], n’ayant pas reçu FM6 mais le X*.

• Si X* est porteur d’une mutation létale, cela se traduira par l’absence de mâles [B+] et des proportions de 2/3 de femelles pour 1/3 de mâles FM6/Y de phénotype [B].

2. Compte tenu de ce qui vient d’être précisé, on peut déduire que :

– dans 95 tubes, le chromosome X* isolé ne semble pas porter de mutation(s), du moins dans les conditions de culture où s’exprime le génome;

– dans 1 tube le chromosome X* isolé est porteur d’une mutation (ou plusieurs) conférant un phénotype récessif [ailes courtes];

– dans quatre tubes, chacun des X* isolés est porteur d’une (ou plusieurs) mutations létales récessives (proportions 1/3-1/3-1/3).

3. Analyse des caryotypes larvaires pour le chromosome Xl, où l signifie que le chromosome X étudié est porteur d’une mutation létale récessive.

On peut distinguer les deux caryotypes larvaires mâles (FM6/Y et X1/Y) et les deux caryotypes larvaires femelles (FM6/FM6 et FM6/X1) dans les proportions 1/4-1/4-1/4-1/4, ce qui signifie, qu’à ce stade de développement, le génotype mâle Xl/Y est encore viable.

La (ou les) mutation(s) létale(s) touchent donc un (des) gène(s) dont la (les) fonction(s) sont requises postérieurement à ce stade de développement (par exemple pendant la pupaison).

L’analyse du pattern de bandes (fig. 11.5, lignes 2 et 3) fait clairement apparaître sur le chromosome X1 (celui qui n’est pas FM6 chez les mâles étudiés) une délétion couvrant les bandes [7D1 à 7D6]; délétion cohérente avec la boucle de délétion observable, chez les femelles, dans l’appariemment entre les chromosomes X+ et les chromosomes Xl (fig. 11.5, ligne 1).

L’observation d’une délétion est cohérente, à la fois avec l’agent mutagène utilisé (rayons X) et avec le phénotype associé (létalité homozygote, car, sur une telle étendue délétée, la probabilité de toucher une fonction vitale du cycle cellulaire ou de la différenciation est assez élevée).

4. En croisant des femelles [B/2], de génotype FM6/Xl avec des mâles X+/Y(x), où Y(x) est un chromosome Y porteur d’une insertion de quelques bandes de l’X, on va produire des mâles de génotype FM6/Y(x) de phénotype [B] et des mâles de génotype Xl/Y(x) qui seront létaux si l’insertion de X apportée par Y(x) ne recouvre pas la partie de la délétion concernant les gènes de fonction vitale, et qui seront viables dans le cas contraire (dans ce cas, le phénotype sera [B+]).

En d’autres termes, il s’agit de voir laquelle des insertions sauve le génotype de la délétion et il s’agit d’une cartographie fonctionnelle par délétion (fig. 11.6).

5. a La délétion du chromosome Xl est considérée comme récessive parce que les femelles hétérozygotes FM6/Xl sont viables.

Le fait que les mâles soient létaux ne peut entrer en ligne de compte puisque, de toute façon, ils sont hémizygotes et que le phénotype sera mutant que l’effet de la mutation soit récessif ou non chez l’hétérozygote.

En toute rigueur, il faudrait vérifier que la femelle homozygote Xl/Xl a, elle aussi, le même phénotype mutant létal que le mâle hémizygote; ce qui semble impossible à réaliser puisque de telles femelles supposent un père Xl/Y qui n’existe pas, ce génotype étant létal.

Remarque. On se trouve confronté à la même question dans les maladies dominantes chez l’homme, définies ainsi parce qu’il suffit d’un exemplaire muté du gène impliqué dans la maladie pour que celle-ci survienne (absence d’effet compensateur de l’allèle sauvage).

Mais très souvent le phénotype des homozygotes (ou porteurs de deux exemplaires mutés du même gène) n’a pas été observé car ces individus sont très rares, de sorte qu’on ne peut affirmer en toute rigueur que la maladie est « dominante ».

En outre, dans quelques maladies dominantes où il a été possible d’observer de tels doubles porteurs, on a constaté que la pathologie était plus grave et/ou plus précoce et/ou plus rapidement évolutive, voire parfois différente, ce qui correspondrait alors à la définition d’un trait codominant puisque le phénotype de l’hétérozygote se distingue de celui des deux homozygotes.

5. b Bien sûr le croisement de femelles FM6/Xl par des mâles A ou B de la question 4 permet la conception d’homozygotes Xl/Xl puis de tester ainsi leur létalité éventuelle.

5. c Or il se trouve que ces zygotes se développent jusqu’à l’état adulte (femelles de phénotype [B+]), ce qui signifie que le génotype Xl/Xl est viable chez les femelles, celles-ci étant stériles et ayant l’oeil rugueux. Ce dernier phénotype est une conséquence logique de la double absence du gène en 7D6.

La viabilité de ces femelles est la conséquence obligatoire du fait que le gène présent en 7D5 est absolument nécessaire à l’embryogenèse terminale mâle, et nullement nécessaire à celle de la femelle !

Que des gènes s’expriment exclusivement dans un seul des sexes ne doit pas surprendre, c’est par exemple le cas de l’hormone de maintien de la grossesse (βHCG).

Remarque 1. La stérilité peut être une conséquence de l’absence du gène en 7D5, auquel cas ce gène s’exprime aussi chez la femelle mais sa perte de fonction n’a pas tout à fait la même conséquence.

La stérilité peut aussi être due à la perte d’un autre gène entre 7D1 et 7D4.

Remarque 2. Dans ce dernier cas, le gène en 7D5 pourrait n’avoir aucune fonction dans le sexe femelle, alors la discussion sur l’effet récessif de sa mutation n’aurait aucun sens puisque l’allèle sauvage lui-même n’aurait, dans le sexe femelle, aucun effet !

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