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Génétique
Problèmes de génétique chez la drosophile
Cours de Génétique
 

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Problème 11.5 Chez Drosophila melanogaster, une mutation létale récessive, notée l, localisée sur le chromosome II, est maintenue en stock face au balanceur SM1.

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Le balanceur SM1 est porteur de la mutation curly (notée cy), létale récessive et responsable chez l’hétérozygote cy//cy+ d’un phénotype dominant dit « curly » à ailes relevées, noté [cy].

La même mutation l est aussi maintenue en stock face à un autre balanceur Gla, où Gla est une mutation létale récessive et responsable chez l’hétérozygote Gla+//Gla d’un phénotype dominant « oeil réduit », noté [Gla].

Les diploïdes SM1//Gla sont viables, de phénotype double mutant [cy; Gla] et s’autoentretiennent.

1. On croise des mâles SM1//l par des femelles Gla//l. Quelles sont les observations attendues et leurs fréquences respectives ? Justifiez votre réponse.

2. On recommence le même croisement après avoir irradié les mâles et on observe, parmi la F1, deux mâles de phénotype sauvage ?

Quel type d’événement peut permettre d’interpréter cette observation ?

Pourquoi seulement deux mâles ? Quel est leur génotype ?

Discutez de la dominance et de la récessivité. Justifiez votre réponse, sachant qu’on n’observe jamais de descendants [cy+, Gla+] ou [cy, Gla+] ou [cy+, Gla] dans un croisement entre des mâles SM1//Gla irradiés et des femelles SM1//Gla.

3. On croise l’un des mâles de phénotype sauvage avec une femelle SM1// Gla, ce qui donne 50 % de descendants [cy] et 50 % de descendants [Gla].

Puis on forme au hasard des couples mâle [cy] × femelle [cy] dans des tubes isolés, afin d’observer les descendances individuelles de chaque couple.

Quels seront les résultats observés (génotypes, phénotypes, fréquences) selon les génotypes accouplés et selon que l’événement considéré est survenu sur le chromosome 2 ou sur un autre autosome ?

4. D’où provient l’impossibilité d’interpréter certains résultats ? Peut-on imaginer des croisements susceptibles de lever cette ambiguïté ?

Solution

1. Le croisement SM1//l × Gla//l donnera, à la conception, quatre types de génotypes équifréquents (équifréquence des deux types de gamètes parentaux et fécondation croisées aléatoires) :

– SM1//Gla, viable de phénotype [cy; Gla];

– SM1//l, viable de phénotype [cy, Gla+];

– Gla//l, viable de phénotype [cy+, Gla];

– l//l, non viable.

On n’observera donc que les trois premiers phénotypes de fréquences égales à 1/3.

2. L’irradiation est mutagène et peut faire apparaître de nouveaux mutants, parmi lesquels d’éventuels révertants repérables s’ils ont un phénotype sauvage, soit par retour à une séquence sauvage (révertants vrais) soit par apparition d’un suppresseur actif.

Le fait de n’avoir jamais de révertant double [cy+, Gla+] ou simple [cy+, Gla] ou [cy, Gla+] dans les croisements entre des mâles SM1//Gla irradiés et des femelles SM1//Gla montre qu’il n’est pas possible d’obtenir de suppresseur actif des mutations responsables des deux phénotypes [cy] et [Gla].

Les deux mâles sauvages obtenus sont donc deux révertants pour la mutation l, soit vrais, soit par suppresseur, et ne sont porteurs d’aucun des deux balanceurs.

On n’obtient que deux mâles parce que le retour à une séquence l+, ou l’apparition d’un suppresseur sua, sont des mutations de novo, n’affectant qu’un très petit nombre des gamètes issues des cellules germinales irradiées.

Le génotype des révertants est soit l+//l, si c’est un révertant vrai, soit (l; sua)//(l; sui) si c’est un révertant par action d’un suppresseur actif.

Bien évidemment, le fait que ces révertants apparaissent dès cette génération prouve qu’un éventuel suppresseur, s’il existe, a un effet dominant.

3. Le but de ces croisements est de pouvoir mettre en évidence l’existence d’un suppresseur et, en même temps, de l’assigner à un chromosome.

On peut se mettre dans les différents cas possibles concernant un révertant.

• Cas d’un révertant vrai On effectue alors le croisement l+//l × SM1//Gla.

On attend :

SM1//l+ phénotype [cy] fréquence 1/4;

SM1//l phénotype [cy] fréquence 1/4;

Gla//l+ phénotype [Gla] fréquence 1/4;

Gla//l phénotype [Gla] fréquence 1/4.

Ce qui est cohérent avec les observations.

Si on croise entre eux des individus [cy], on peut faire plusieurs types de couples différents selon le génotype sous-jacent de chacun des conjoints qui peut être, avec une même probabilité SM1//l+ ou SM1//l, ce qui nécessite d’isoler les couples dans des tubes afin de caractériser leurs descendances individuelles.

Comme on forme des couples au hasard, on aura :

– SM1//l+ × SM1//l+ (une fois sur quatre) qui donne 2/3 de [cy] + 1/3 [+], puisque les homozygotes SM1//SM1 sont létaux;

– SM1//l+ × SM1//l (deux fois sur quatre) qui donne 2/3 de [cy] + 1/3 [+];

– SM1//l × SM1//l (une fois sur quatre) qui ne donne que des [cy].

• Cas d’un suppresseur actif localisé sur le chromosome 2

On obtient les mêmes résultats que pour un révertant vrai, car, avec un protocole utilisant des balanceurs, on n’est jamais en mesure de séparer par crossing-over la mutation l de son suppresseur.

• Cas d’un suppresseur actif localisé sur un autre autosome que le chromosome 2 On effectue alors le croisement (l//l, sua//sui) × (SM1//Gla, sui//sui).

On attend :

(SM1//l, sua//sui) phénotype [cy] fréquence 1/4;

(SM1//l, sui//sui) phénotype [cy] fréquence 1/4;

(Gla//l, sua//sui) phénotype [Gla] fréquence 1/4;

(Gla//l, sui//sui) phénotype [Gla] fréquence 1/4.

Ce qui est cohérent avec les observations.

Si on croise entre eux des individus [cy], on peut faire plusieurs types de couples différents selon le génotype sous-jacent de chacun des conjoints qui peut être, avec une même probabilité (SM1//l, sua//sui) ou (SM1//l, sui//sui).

Comme on forme des couples au hasard, on aura :

– (SM1//l, sua//sui) × (SM1//l, sua//sui), une fois sur quatre, qui donne, en fonction du tableau de croisement des gamètes à 16 cases, et de la létalité des homozygotes SM1//SM1 ou l//l, des [cy] avec une fréquence de 8/11 et des [+] avec une fréquence de 3/11.

Ce résultat permet donc de faire la différence d’avec un révertant vrai ou par suppresseur sur le chromosome 2.

– (SM1//l, sua//sui) × (SM1//l, sui//sui), une fois sur deux qui donne, en fonction du tableau de croisement des gamètes à 8 cases, et de la létalité des homozygotes SM1//SM1 ou l//l, des [cy] avec une fréquence de 4/5 et des [+] avec une fréquence de 1/5.

Ce résultat permet aussi de faire la différence d’avec un révertant vrai ou par suppresseur sur le chromosome 2 (à condition que l’écart 4/5, 1/5 soit statistiquement significatif par rapport à l’écart 2/3, 1/3).

– (SM1//l, sui//sui) × (SM1//l, sui//sui), une fois sur quatre, qui ne donne que des [cy].

4. On peut montrer l’existence d’un suppresseur physiquement indépendant de la mutation directe mais on ne peut différencier un révertant vrai (ou avec un suppresseur très lié) d’un révertant avec un suppresseur sur le chromosome 2, peu ou pas lié, car le protocole utilise exclusivement des balanceurs.

Pour pouvoir faire la distinction entre un révertant vrai ou un révertant avec sua sur le chromosome 2, il faut construire un génotype diploïde formé d’un chromosome 2 sauvage et d’un chromosome 2 issu du révertant. Si le révertant est vrai, le génotype de ce diploïde sera l+//l+, et la méiose ne donnera que des gamètes l+.

S le révertant est porteur d’un sua, le génotype construit sera (l, sua)//(l+, sui), et la méiose, chez une femelle sera susceptible de former des gamètes recombinés (l, sui) qui pourront être mis en évidence par un test cross adéquat.

Le chromosome (l+, sui) peut aisément être fourni par un adulte SSR, et le chromosome (l, sua), s’il existe, peut être fourni par un individu [cy] de génotype SM1//(l, sua), à condition de pouvoir le distinguer d’un individu [cy] de génotype SM1//(l, sui), ce qui n’est pas directement possible dans les conditions présentes.

Il faut donc isoler des SM1//(l, sua).

En effet le matériel génétique à notre disposition est constitué des individus issus des premiers croisements (voir question précédente), soit :

– des adultes [cy] de génotype SM1//(l, sua) ou SM1//(l, sui) dans le cas où le révertant porte un suppresseur sua sur le chromosome 2 (mais SM1//l+ ou SM1//l dans le cas où c’était un révertant vrai);

– des adultes [cy+] de génotype (l, sua)//(l, sua) ou (l, sua)//(l, sui) dans le cas où le révertant porte un suppresseur sua sur le chromosome 2 (mais l+//l+ ou l+//l dans le cas où c’était un révertant vrai).

Pour isoler des SM1//(l, sua), on part des individus [cy+] obtenus précédemment, dont le génotype est (l, sua)//(l, sua) ou (l, sua)//(l, sui) si le révertant porte un suppresseur (l+//+ ou l+//l dans le cas d’un révertant vrai).

Chaque individu [cy+] est croisé, individuellement dans un tube, avec un adulte SM1//(l, sui), issu du stock, on obtient alors des diploïdes qui permettront de génotyper sans ambiguïté (tabl. 11.10) le parent [cy+] ainsi que ces descendants, ce qui permettra d’isoler le génotype SM1//(l, sua) recherché.

Il convient donc maintenant de récupérer les individus [cy] dans les tubes où leur proportion est égale à 50 %, car on sait alors que leur génotype est soit SM1//(l, sua), en cas de suppresseur, soit SM1//l+, en cas de révertant vrai.

À présent on peut, toujours individuellement dans un tube, croiser ces individus [cy] par des sauvages qui donneront 50 % de diploïdes [cy+] dont le génotype sera soit (l, sua)//(l+, sui), en cas de suppresseur, soit l+//l+, en cas de révertant vrai.

Le génotype (l, sua)//(l+, sui) est le génotype qu’on se proposait de construire pour pouvoir, si le suppresseur existe, en démontrer l’existence par sa séparation d’avec la mutation directe l, par crossing-over.

Il faut donc récupérer tous les chromosomes 2 formés par des méioses femelles afin de mettre éventuellement en évidence des gamètes recombinés (l, sui).

Pour ce faire, on croise des femelles [cy+] obtenues précédemment avec des mâles SM1//Gla et on recueille alors, à la génération suivante, tous les chromosomes 2 recherchés en face d’un balanceur, SM1, une fois sur deux, Gla, une fois sur deux (tabl. 11.11).

On peut alors tester chacun de ces chromosomes 2 en croisant, individuellement dans un tube, les individus [cy] avec des SM1//(l, sui), issu du stock, et les individus [Gla] avec des Gla//(l, sui), issu du stock. Les résultats de ces croisements (tabl. 11.11) permettront de statuer sur l’existence d’un éventuel suppresseur sur le chromosome 2 ou sur le fait que le révertant était un révertant vrai (ou avec un suppresseur très lié) en fonction des proportions trouvées de phénotype [cy] ou [Gla] ou [+].

S’il existe, chez le révertant, un suppresseur sur le chromosome 2, assez éloigné de la mutation directe pour en être séparé par crossing-over, alors certains tubes doivent montrer une descendance sans phénotypes sauvages (tabl. 11.11, colonne 4); si de telles descendances ne sont jamais observées, on doit conclure que le révertant est vrai, ou qu’un suppresseur existe mais est très lié, de sorte que la probabilité de crossing-over est trop faible pour observer des gamètes recombinés.

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