Blog SVT - Lycée Vauban 15 rue Bousy 08600 Givet

Cette méthode de Biologie Moléculaire a été mise au point en 1985 par Kary Mullis, qui obtint pour ces travaux le prix Nobel de Chimie en 1993. Aujourd’hui, ce procédé révolutionnaire couplé à l’utilisation d’une ADN polymerase thermorésistante permet d’obtenir, sans clonage, une amplification considérable d’un fragment donné d’ADN.

Rendez-vous sur : http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/PCR/index.htm


Voir aussi The PCR song...

1- Notion de cartographie génétique

La cartographie génétique est la construction d’une carte soit localisée autour d’un gène, soit à base large portant sur le génome entier. Plus généralement, c’est la détermination de la position d’un locus (gène ou marqueur génétique) sur un chromosome.

L'action de cartographier consiste à déterminer les positions relatives des loci (gènes ou séquences d’ADN) sur un chromosome. Les cartes de liaison sont obtenues à partir de la fréquence de recombinaison entre les loci. Les cartes physiques sont généralement obtenues par l’utilisation de l’hybridation in situ des fragments d’ADN clonés avec des chromosomes en métaphase, ou l’utilisation d’hybrides somatiques ou hybrides d’irradiation.

On distingue les types de cartes suivants :

Définition générale : Une carte génétique est un alignement linéaire des gènes sur un chromosome, basé sur les fréquences de recombinaison (carte de liaison) ou sur l’emplacement physique (carte physique ou chromosomique). Les termes de carte factorielle, ou de carte statistique, sont également fréquemment employés comme synonymes de carte génétique.

Une carte de liaison est un diagramme linéaire ou circulaire représentant les positions relatives des gènes sur un chromosome qui sont déterminées par la fraction de recombinaison.

Source
Carte génétique de liaison du bactériophage lambda



Une carte physique ou carte chromosomique porte l'indication de la séparation, en paires de bases (souvent abrégées en pb), entre les paires de loci liés.

Source


Une carte de restriction montre l'arrangement linéaire des sites de reconnaissance de l’endonucléase de restriction le long d’une molécule d’ADN.

Source
Carte de resrictiondu plasmide pGLO

ori : origine de réplication.
araC : gène codant la protéine araC, facteur de régulation, initialement de la transcription de l'opéron arabinose, et ici du gène GFP
PBAD : promoteur, initialement de l'opéron arabinose, et ici du gène GFP.
GFP : gène codant la Green Fluorescent Protein.
bla : gène codant l'enzyme b-lactamase responsable de la résistance à l'ampicilline.

PstI, Hind III, EcoR1 : lieux ou agissent les endonucléases de restriction (= enzymes de restrriction)

Il est à noter que des cartes cytologiques des gènes associés aux mutations peuvent être établies lorsque certaines mutations ont un support chromosomique qui peut être mis en évidence par les techniques de colorations de bandes des chromosomes (Source Wikipédia).

 Source
Un exemple très simplifié de correspondance entre la carte factorielle et la carte cytologique
établie à partir des bandes colorées sur le chromosome X géant de la drosophile (Nathan, TC, TD, 1983)



2- La cartographie physique du génome :

Cette page présente de façon très simplifiée quelques techniques de cartographie physique du génome utilisées actuellement.


3- Exercice d'application :

Chez une variété de plantes, on a effectué trois séries de croisements pour réaliser l'étude des gènes A, B, et C, et on a obtenu les résultats suivants:

Dressez la carte chromosomique (comment ces gènes sont-ils disposés sur leur chromosome ?).

Accéder au corrigé de cet exercice

1- Thomas Hunt Morgan : biographie

Source

Thomas Hunt Morgan (25 septembre 1866 — 4 décembre, 1945) était un généticien américain. Il étudia la zoologie et les variations phénotypiques chez la mouche du vinaigre Drosophile. Ses contributions à la génétique sont majeures et il reçoit le Prix Nobel de médecine en 1933 pour avoir démontré que les chromosomes sont les supports physiques de l'information génétique. Son travail contribua à l'adoption de la drosophile par les scientifiques comme l'un des principaux organismes modèle en génétique (voir par exemple http://flybase.net/). Il est également lauréat de la médaille Darwin en 1924 et de la médaille Copley en 1939.

Morgan né à Lexington (Kentucky) aux USA de Charlton Hunt Morgan et Ellen Key Howard, une nièce du général confédéré John Hunt Morgan. Il reçoit son bacchalauréat de l'Université du Kentucky en 1886, où il obtient son Master deux ans plus tard. Il obtient son Doctorat (PhD) à l'Université Johns Hopkins en 1891. En suivant l'exemple de William E. Castle, il commence à étudier à l'Université de Colombia l'embryogenèse de Drosophile, la mouche du vinaigre, et s'intéresse à l'hérédité. Les théories du moine Gregor Mendel sur la génétique des pois avaient été récemment redécouvertes au début du siècle et Morgan souhaitait tester ces théories chez l'animal. Il poursuit son travail sans succès pendant deux ans avant de remarquer fortuitement un mâle mutant aux yeux blancs parmi les individus sauvages aux yeux rouge-brique. Il note que la descendance d'un croisement de ce mâle aux yeux blancs avec une femelle aux yeux rouges, suggérant que le caractère "yeux blancs" est récessif par rapport au caractère yeux rouges. Morgan nomme "white" le gène gouvernant ces caractères, inaugurant ainsi une tradition des généticiens de la drosophile qui consiste à nommer les gènes d'après le phénotype de leurs allèles mutants. Morgan remarque également que parmi les descendants d'un croisement de femelles mutantes aux yeux blancs avec des mâles sauvages aux yeux rouges, seuls les mâles présentent des yeux blancs. À partir de ce résultat, il conclue que (i) des traits phénotypiques sont liés au sexe (ii) le trait "couleur de l'œil" est probablement porté par le chromosome sexuel (iii) que d'autres gènes sont probablement portés par d'autres chromosomes. Morgan et ses étudiants analysent les caractères de milliers de drosophiles et étudient leur transmission. En se basant sur la recombinaison chromosomique, il construit avec Alfred Sturtevant les premières cartes de localisation des gènes sur les chromosomes, les cartes génétiques. Morgan termine sa carrière à l'Institut de Technologie de Californie (CalTech) et meurt à Pasadena (Californie).

Il laisse derrière lui un testament considérable en génétique. Certains de ses étudiants recevront après lui le prix nobel, dont George W. Beadle, Edward B. Lewis et Hermann J. Muller. Le prix nobel Eric Kandel a écrit de Morgan, "Beaucoup des découvertes de Darwin sur l'évolution des espèces animales donnèrent d'abord une cohérence en tant que science descriptive à la biologie du XIXe siècle. Les découvertes de Morgan sur les gènes et leur localisation chromosomique contribuèrent à transformer la biologie en une science expérimentale.". L'unité de fréquence de recombinaison utilisée en cartographie génétique a été baptisée en son honneur le centiMorgan. (Source : Wikipédia)


2- Un croisement chez la Drosophile

Voir/ Télécharger un croisement similaire à celui découvert lors du TP :
2 croisements test : gènes liés, cas particulier des drosophiles mâles


3- Gènes liés ? Qu'est-ce donc ???

3-1 Exemple de type mendélien

Source
Cas 1 : Cas de dihybridisme mendélien avec deux caractères correspondants à des gènes indépendants  = portés par des chromosomes appartenant à des paires différentes

On obtient en F2 une répartition du type 9/16, 3/16, 3/16 et 1/16.

3-2 Exemple donnant des résultats inattendus

Source
Cas 2 : Croisement de Drosophiles différant par deux caractères dont les gènes sont portés par le chromosome X ces gènes sont dits liés car portés par la même paire de chromosomes

Bien que ce soit un exemple de dihybridisme, en F2 on des résultats différents des proportions mendéliennes 9/3/3/1.

Règle : quand on réalise le croisement entre un individu de la F1 et un individu double récessif :

* si en F2 les proportions obtenues sont équitables entre les types parentaux et recombinés (25/25/25/25), on affirmera que les gènes considérés sont indépendants (non liés) c'est à dire portés par deux paires de chromosomes différents.

* si en F2 les proportions obtenues sont inéquitables entre les types parentaux et recombinés (>25/>25/<25/<25), on affirmera que les gènes considérés sont liés c'est à dire portés par la même paire de chromosomes.


4- Quelques exercices...

3-1
Chez la tomate, la coloration rouge ( R ) domine la coloration jaune ( r ) et la taille géante ( G ) domine la taille naine ( g ). Les deux gènes sont situés sur la même paire de chromosomes et ne peuvent pas être séparés par un enjambement (dans un tel cas, on dit que le linkage est complet).
On croise deux plants géants à fruits rouges ( RG / rg ).
Quels rapports phénotypique et génotypique obtiendra-t-on à la F1 ?

Accéder au corrigé de cet exercice

3-2
Chez la drosophile, la couleur grise du corps ( G ) domine la couleur noire ( g ) et la couleur rouge de l'oeil ( R ) domine la couleur pourpre ( r ).
On a croisé une femelle hétérozygote au corps gris et aux yeux rouges avec un mâle au corps noir et aux yeux pourpres.

On a obtenu les résultats suivants:

Les gènes sont-ils liés (portés par le même chromosome) ?
Si oui, quels sont les génotypes des parents, des descendants ?
Quelle est la distance entre les gènes sur le chromosome?

Accéder au corrigé de cet exercice

Vocabulaire de base : 

En génétique, l'hybridation est le croisement de deux individus de deux variétés, sous-espèces (croisement interspécifique), espèces (croisement interspécifique) ou genres (croisement intergénérique) différents. L'hybride présente un mélange des caractéristiques génétiques des deux parents.

Chez les végétaux, on peut créer des hybrides en pratiquant une pollinisation contrôlée. Le botaniste tchèque Gregor Mendel puis l'américain Luther Burbank ou l'agronome russe Ivan Mitchourine furent des précurseurs en la matière à la fin du XIXe siècle et au début du XXe siècle.

L'hybridation s'obtient en retirant manuellement les anthères des fleurs du parent femelle désigné afin d'éviter une auto-fécondation parfois possible. Une fois les anthères "castrées", on dépose du pollen mûr (prélevé sur le parent mâle choisi) sur le pistil de la fleur du parent femelle. La graine hybride qui en résulte porte l'information génétique des caractères des deux parents.

Le monohybridisme est un type de croisement génétique qui permet de suivre l'hérédité d'un seul caractère.
Lorsque le croisement concerne deux caractères différents, on parle de dihybridisme, et ainsi de suite. 

P = Individus de la génération parentale
F1 = Hybride de première génération (obtenu par le croisement des deux parents P1 x P2)
F2 = Hybride de deuxième génération (obtenu par croisement F1 x F1)

(Source wikipédia)

Une expérience de monohybridisme

Source
Les proportions statistiques onbtenues en F1 sont de 100% pour l'un des caractères parentaux et 0% pour l'autre.
Si les deux parents sont de souche pure (homozygotes pour le caractère considéré), alors le caractère qui s'exprime en F1 est dit dominant (ici la couleur jaune) et celui qui n'apparait pas en F1 est dit récessif (ici la couleur verte)
Les proportions statistiques obtenues en F2 sont 3/4 (75%) et 1/4 (25%)



Une expérience de dihybridisme :

Source
Les proportions statistiques obtenues en F1 sont de  100% pour les deux caractères de l'un des parents et 0% pour ceux de l'autre parent.
Si les deux parents sont de souche pure (homozygotes pour les deux caractères considérés), alors les caractères qui s'exprime en F1 sont dit dominants (ici corps gris et ailes longues) et ceux qui n'apparaissent pas en F1 sont dit récessifs (ici corps ébène et ailes vestigiales)

Les proportions statistiques obtenues en F2 sont 9/16 (56.25%), 3/16 (18.75%), 3/16 (18.75%) et 1/16 (6.25%)


Les lois de Mendel  : 

Première loi de Mendel : loi d'uniformité des hybrides de première génération « la première génération d’hybrides est homogène »

Tous les hybrides de la génération F1 sont semblables les uns aux autres (même phénotype et même génotype)

Pour un caractère donné :
Si les hybrides présentent le phénotype de l’un des parents, on dit que le caractère de ce parent est dominant, celui de l’autre est récessif.
Si les hybrides présentent un phénotype intermédiaire entre ceux des deux parents, on dit qu’il y a codominance.   

Deuxième loi de Mendel : Loi de disjonction (ou ségrégation) des caractères en génération F2 : « les allèles d’un même couple se disjoignent lors de la formation des gamètes »

Les individus F2 sont différents les uns des autres. Cette différence s’explique par une disjonction des caractères allèles au moment de la formation des gamètes qui sont donc purs :

Chaque gamète ne contient que l’un ou l’autre des allèles (loi de pureté des gamètes)
Les deux catégories de gamètes sont équiprobables 

Troisième loi de Mendel : Loi d'indépendance des caractères

Les phénotypes observés montrent que la disjonction s’est faite de manière indépendante pour les divers couples d’allèles.

Remarque : cette loi s’est transformée dans les années 80 en loi de comportement des allèles soit de façon indépendante (phénotypes parentaux et originaux en même proportion), soit de façon liée (phénotypes parentaux en plus grand nombre que les phénotypes nouveaux).  



Source de cette partie consacrée aux lois de Mendel : Le site Planète gène

Le projet Planète Gène est porté par Benoît ARVEILER, Directeur du Laboratoire de Génétique Humaine, Développement et Cancer (EA3669) de l’Université Victor Segalen Bordeaux 2.   Note : une visite de ce site serait judicieuse...

Synthèse du TP :

Un cours de génétique de l'université de Liège , au format PowerPoint (c),  présentant explicitement les énoncés des trois lois de Mendel avec des illustrations concrètes.

Un cours de génétique au format PowerPoint (c) de l'université Paris sud.

1- Modélisation de la fonte de la glace de terre : 



La fonte de la glace de terre (calotte antarctique, groenlandaise, glaciers de montagne...) aboutit à une augmentation du niveau des océans

2- Modélisation de la fonte de la glace de mer :

Source

Le volume en pointillé est le volume d'eau liquide nécessaire pour égaler la masse du glaçon. Par conservation de la masse, la fonte du glaçon produit exactement ce volume d'eau, qui n'a qu'à « boucher le trou laissé par la disparition de la glace solide ». Le niveau du verre d'eau reste le même.
Le glaçon, dans le verre d'eau, surnage, et c'est son volume immergé que montre la première partie du schéma, tandis que la seconde partie montre le volume d'au issu de la fonte de la totalité du glaçon

Le volume reste le même, et ça se démontre très facilement en utilisant la poussée d'Archimède. Par exemple, si on considère un glaçon de 1 cm³ et de densité 0,917 g∙cm^-3 (ce glaçon contient donc 0,917 g d'eau), la théorie d'Archimède nous dit que le volume immergé sera de 0,917 cm³ (comme pour un iceberg, la majeure partie est sous l'eau). Lorsque le glaçon aura fondu, ses 0,917 g d'eau qui auront désomais une densité de 1 g∙cm^-3 occuperont exactement le volume occupé par la partie immergée du glaçon. quod erat demonstrandum !

3- Synthèse sur le thème la fonte des glaciers, des glaces de mer et des glaces continentales : 

Pour tous : Voir un TPE très démonstratif sur ce sujet

Pour aller un peu plus loin : 
Quelles sont les différences entre les icebergs et les glaces continentales ? 
Aurons-nous les pieds dans l'eau d'ici 100 ans ?
Toutes les réponses avec Frédérique REMY, glaciologue et membre du bureau des longitudes.
Faites le point sur vos idées reçues concernant la fonte des glaces. Voir l'article sur le site de Canal Académie : La fonte des glaciers, des glces de mer et des glaces continentales.

Lien direct pour Télécharger cette émission (28.7 Mo)
Sur le lien ci-dessus, faire un clic droit et "Enregistrer la cible sous..."


4- Modélisation de l'action de la température sur la dilatation de l'eau :

Source 

Exemple de calcul avec des chiffres imaginaires : 

Augmentation de volume lu sur la pipette pour une élévation de température de 2°C = 0.72 mL
Volume d'eau dans le montage : 375 mL

Augmentation de volume rapportée à 1L (1000mL) :
(1000 x 0.72) / 375 = 1.92 mL soit 1.92 10^-3 L

Multiplions ce résultat par le volume des océans (en litres) : 
1.92 10^-3 L x 1.35 10²¹ L = 2.592 10¹⁸ L

Convertissons en m³ : 2.592 10¹⁵ m³

Pour obtenir l'augmentation de niveau en mètres, divisons par la surface des océans :
2.592 10¹⁵ / 3.5 10¹⁴ = 7.40 m

Il ne vous reste plus qu'à refaire ce calcul avec vos données pour aboutir au résltat attendu !


Pour les spécialistes de Physique-Chimie :  aller plus loin sur les propriétés physiques de l'eau de mer...

Conclusion :

Le réchauffement des eaux superficielles provoque une dilatation thermique qui est responsable d'une élévation du niveau de la mer qui est rapide. Néanmoins, son amplitude reste faible (quelques centimètres à quelques dizaines de centimètres).

L'élévation du niveau de la mer observée aujourd'hui est en partie liée à ce phénomène.
Un consensus scientifique semble émerger pour dire que celle-ci serait liée pour 50% à la dilatation thermique et pour 50% à la fonte des glaces continentales contrairement à ce qui était présenté il y a quelques années.