partie 2: Des biotechnologies gntiques survaluesLes techniques de ce qu'il convient d'appeler le gnie gntique permettent de manipuler les gnes et dans une certaine mesure le vivant. Les succs obtenus sur les Procaryotes et sur quelques organismes-modles eucaryotes ont pu faire penser certains qu'ils dtenaient les cls du vivant. On est loin du compte.

1. Les outils des biotechnologies gntiquesOn dsigne par "technologie de l'ADN recombinant" les techniques de manipulation de l'ADN mises au point partir des annes 1970 et l'on rserve habituellement le terme de gnie gntique aux manipulations gnomiques appliques. (On notera que le terme "gnie gntique" est nettement moins pjoratif que "manipulation gntique" qui ft le premier terme employ). Le gnie gntique est un ensemble de techniques permettant de former de nouvelles combinaisons d'ADN susceptibles d'tre insres dans une cellule vivante et y tre exprimes. Maintenant on parle souvent de gnomique, qui dsigne la science des gnes et des techniques de la gnomique pour dsigner la technologie. Voici un aperu trs simplifi des principales techniques regroupes sous le terme de technologie de l'ADN recombinant : Technologie de l'ADN recombinant... quelques techniques couper l'ADN les endonuclases ou endonuclases de restriction ou enzymes de restriction peuvent in vitro couper spcifiquement une squence d'ADN (double brin) Les enzymes de restriction ou endonuclases de restriction : on nomme ainsi toute molcule capable de dgrader de faon spcifique tout ADN tranger. Elles ont t isoles chez les bactries qui dgradaient rapidement les ADN des virus (bactriophages) qui leur injectaient leur ADN : ces bactries rsistantes aux virus, restreignant la croissance de ceux-ci, furent isoles et cultives. On pu alors extraire de leur cytoplasme des enzymes dites de restriction (qui provoquaient une restriction de croissance du virus). Il semblerait que les cellules bactriennes se protgent contre leur propres enzymes de restriction en modifiant chimiquement leur ADN par mthylation. Actuellement les biologistes molculaires pensent que la mthylation est un moyen pour la cellule procaryote de reconnatre son propre ADN. Chez les eucaryotes la mthylation est interprte comme un marqueur de l'activit des gnes... voir ce sujet par exemple les Ch 415 et 27 de Gnes de B. Lewin). organisme AluI BamHI Arthrobacter luteus Bacillus * = sites de coupure 5'-----A G*C T------------T C*G A-----5' 5'-----G*GATC C----commentaires C - donnent deux "bouts F collants" (extrmits C cohsives) puisqu'elle

amyloliquefaciens H BgIII EcoRI EcoRII EcoRIII HaeIII Hmophilus gyptus HindIII HpaI Hmophilus influenz b Hmophilus parainfluenz Providencia stuartii Streptomyces albus Escherichia coli Bacillus globiggi

---------C CTAG*G---5' 5'-----A*GATC T------------T CTAG*A---5' 5'-----G*AATT C-------------C TTAA*G---5' 5'-----*CCTGG ------------ GGACC*---5' 5'-----G*CCTG C-------------C GACC*G---5' 5'-----G G*C C------------C C*G G-----5' 5'-----A*AGCT T-------------T TCGA*A---5' 5'-----GT T *A AC------------CA A*T TG-----5' 5'-----C*TGCA G------------G ACGT*C---5' 5'-----G*TCGA C------------C AGCT*G---5'

C C C C F ne coupe pas les deux brins de la chane C d'ADN au mme endroit (c'est un avantage car en F Ctraitant avec la mme nuclase l'ADN insrer et le vecteur on prpare leur recombinaison, mais c'est aussi un inconvnient car des fragments peuvent se rassocier...)

F - coupure "franche" C sans "bouts collants"5' dsigne l'extrmit dite 5' du brin

On remarquera que les squences reconnues sont gnralement de 6 paires de bases. Remarque: On connat des endonuclases qui coupent les ARNm. les ligases sont des enzymes faisant intervenir l'nergie de l'ATP (molcule + ATP ADP + molcule - P) ou d'un autre nucloside triphosphate (GTP, UTP...). Certaines ligases sont capables in vitro de lier deux molcules d'ADN par liaisons covalentes (une sur chaque brin). Si leurs extrmits sont cohsives et complmentaires on peut ainsi former une molcule d'ADN hybride avec deux coller l'ADN ADN provenant d'organismes diffrents (ADN chimre). C'est notamment le cas de l'insertion d'un ADN tranger, isol par une enzyme de restriction ER, (recombiner) dans un plasmide coup par cette mme enzyme de restriction ER. Dans le cas o les extrmits ne sont pas cohsives, on peut les rendre cohsives l'aide d'une enzyme (transfrase terminale) capable d'ajouter (en 3') une chane monospcifique de nuclotides (poly A ou poly T par exemple). Il existe aussi une ADNligase ralisant des ligatures entre molcules d'ADN bouts francs (extraite du phage T4). * multiplication in vivo par l'ADN polymrase dupliquer la multiplication d'une squence d'ADN tait auparavant conditionne par son (multiplier, cloner) l'ADN insertion dans un vecteur d'insertion (virus ou plasmide) que l'on introduisait son tour dans un vecteur de multiplication (bactrie ou cellule eucaryote comme la levure) qui, en se multipliant, reproduisait la squence d'ADN insre (gnie gntique). Cette technique est connue sous le nom de clonage d'un gne (isolement, insertion, multiplication). * multiplication in vitro par amplification enzymatique par l'ADN

polymrase extraite d'une bactrie thermophile. C'est notamment la technique de l'APR (amplification en chane par polymrase: ce terme doit remplacer en franais la PCR (polymrisation en chane de l'ADN): http://www.education.gouv.fr/bo/2007/1/CTNX0609645K.htm) qui permet de produire de grandes quantits d'un fragment d'ADN sans le cloner. la synthse se diffrencie de la multiplication par le fait que l'on procde partir de nuclotides et non d'ADN. De plus cette synthse d'ADN artificiel peut tre contrle de faon obtenir de l'ADN de squence dtermine. Cette technique n'est au point que pour des oligonuclotides (quelques dizaines de nuclotides). synthtiser de Les oligonuclotides peuvent servir d'amorce pour des synthses diriges d'ADN. Ainsi, on peut raliser une synthse dirige d'ADN in vivo la suite l'ADN de l'insertion d'un oligonuclotide portant par exemple une modification que l'on souhaite conserver dans un gne. Par exemple dans le cadre de mutations diriges (mutagense dirige) on hybride un oligonuclotide spcifique (amorce) avec un ADN monocatnaire comportant le gne que l'on dsire modifier. Par l'ADN polymrase on synthtise in vitro un ADN bicatanaire comportant la mutation souhaite (sur un seul des brins). la dnaturation de l'ADN est la sparation des deux brins (par rupture des liaisons hydrogne) ; elle s'obtient par simple chauffage modr (vers 60C) et dnaturer est alors rversible. A plus haute temprature il peut y avoir rupture des l'ADN liaisons covalentes entre et l'intrieur des nuclotides et les brins sont altrs; la dnaturation est alors irrversible. la renaturation de deux brins d'ADN spars par chauffage modr (vers renaturer 60C) est spontane ds retour une temprature plus basse. la renaturation ou l'hybridation (voir ci-dessous) sont utilises dans l'ADN l'association d'une sonde avec une molcule d'acide nuclique On peut hybrider (c'est--dire associer artificiellement) des brins d'ADN (qu'il faut donc avoir spar auparavant par dnaturation) venant de molcules diffrentes mais aussi des molcules d'ARN avec des brins d'ADN ou encore hybrider des brins d'ARN. C'est encore l'hybridation mais cette fois c'est son caractre l'ADN spcifique qui est employ pour l'hybridation d'une sonde (courte squence marque radioactivement (sonde chaude) ou non (sonde froide, par exemple (apparier des sonde fluorescente, voir FISH dans l'ancien cours de terminale)...) avec une squence squences d'ADN ou d'ARN complmentaire au sein d'un grand nombre de molcules d'acides nucliques. d'ADN ou

d'ADN et d'ARN complmentai res)

Les techniques de Northern et Southern blot appliques respectivement aux molcules d'ARN et d'ADN simple brin permettent de visualiser rapidement l'hybridation entre une sonde radioactive et des acides nucliques simple brin spars par lectrophorse sur gel et transfrs par effet buvard sur une feuille de nitrocellulose. On qualifie de "Western blot" une technique assez similaire partir de protines. la transcription est ralise in vivo par de gros complexes enzymatiques transcrire contenant une ARN polymrase (voir cours de 1reS); in vitro elle peut tre obtenue l'ADN en ARN avec un rendement plus faible. L'ensemble des ARN transcrits dans une cellule estappel transcriptome par analogie avec le gnome dsignant l'ensemble des gnes.

"retro-

des enzymes de type transcriptase inverse (ou reverse) ou

transcrire" retrotranscriptase (capables de catalyser la synthse d'un ADN monobrin l'ARN en ADN (dit ADNc ou ADN complmentaire partir d'un ARN, voir cours de 1reS) ont t dcouvertes par Tenin, Baltimore chez les virus (1970) et par Beljanski = "transcription chez Escherichia coli (1972) puis chez d'autres cellules procaryotes (Agrobacterium tumefaciens) et eucaryotes (voir histoire de la gntique). inverse"l'ADN peut tre insr * chez les procaryotes et quelques cellules eucaryotes comme la levure de insrer l'ADN bire, par l'intermdiaire d'un vecteur d'insertion de type phage, virus, dans une plasmide, cosmide (plasmide artificiel d'E. coli contenant le gne cos du phage cellule lambda), * chez les eucaryotes par mico-injection ( l'aide d'une micropipette et d'un (transformer micromanipulateur), lectroporation (exposition brve un courant lectrique un oragnisme de trs haut voltage de cellules de mammifres ou de plantes en prsence d'ADN insrer), bombardement (fusil gnes avec des microprojectiles par transgense) couverts d'ADN, utilis notamment pour obtenir des mas transgniques), agitation ou par l'intermdiaire d'un vecteur d'insertion bactrien (cas d'Agrobacterium tumefaciens...). l'insertion du vecteur dans la cellule transforme qui se multiplie n'implique exprimer un pas que le gne insr soit exprim. On utilise des vecteurs d'expression qui sont souvent des drivs du plasmide pBR322 d'E. coli (voir exercice) qui contient gne les signaux ncessaires la transcription et la traduction. La mthode diffre totalement selon la longueur de la molcule d'ADN que sparerl'on veut squencer. squencer

la cartographie de restriction : l'action d'une (ou de plusieurs) enzyme(s) de restriction sur des molcules d'ADN donnes fournit un ensemble de fragments de tailles varies qui dpend de la squence de l'ADN coup. Les fragments (dits "fragments de restriction" d'une taille de quelques milliers quelques dizaines de milliers de paires de nuclotides) peuvent tre spars et leur taille value. Ce qui permet, par comparaison de l'action de plusieurs enzymes de restriction, l'tablissement de ce que l'on appelle une carte de restriction. On peut donc penser que deux cellules possdant la mme information gntique auront exactement la mme carte de restriction. De la mme manire, deux cellules de fonction identique mais prise chez deux individus diffrents, sont supposes avoir des cartes de restriction diffrentes mais voisines. l'lectrophorse sur gel : le gel de polyacrylamide permet de sparer des molcules d'ADN de moins de 500 nuclotides qui ne diffrent que par un seul nuclotide. On utilise des gels d'agarose pour des molcules de plus grande taille et enfin la mthode d'lectrophorse sur gel d'agarose en champ puls pour des molcules d'ADN de trs grande taille (millions de paires de nuclotides). La coloration des fragments d'ADN est ralise soit au bromure d'thidium, fluorescent en lumire ultra-violette lorsqu'il est li l'ADN, ou le 32P radioactif (de type bta) que l'on doit auparavant incorporer aux groupements phosphate de la molcule d'ADN ce qui implique sa rplication...

gnie gntique

la mthode chimique et la mthode enzymatique de squencage rapide de l'ADN ; la mthode chimique combine un marquage par le 32 P radioactif, une destruction modre de l'une des 4 bases, et une sparation par lectrophorse sur gel. La mthode enzymatique repose sur l'utilisation de l'ADN squencer comme matrice pour raliser une copie marque (radioactivement ou chimiquement) de la squence recherche, suivie par un ajout contrl de nuclotides un par un et une sparation sur gel de chaque fragment en cours d'allongement. C'est cette dernire mthode qui est surtout utilise dans les automates (voir par exemple Biologie molculaire de la cellule, pp297-298). 1. isolement "du" gne, en fait d'une squence d'ADN (essentiellement reprsente par l'utilisation des enzymes de restriction... voir cidessus); cette tape peut ncessiter l'utilisation de transcriptase inverse o de cloner le gne partir du gnome entier (ce qui est la mthode habituelle et qui permet d'obtenir une banque gnomique qui contient des vecteurs recombinants (voir ci-dessous) de tous les gnes d'un organisme) ou partiel... 2. insertion dans un vecteur d'insertion (virus ou plasmide bactrien) qui est aussi appel "chimre" ou plutt recombin (ADN recombinant, vecteur recombinant) ncessitant l'utilisation des enzymes de type ligases... 3. transformation (ou transfection ou encore transduction...) d'un hte en vecteur de multiplication par insertion du vecteur modifi (phase d'amplification) associe aux techniques de criblage (isolement) des transformants...

4. expression de la squence insre et amplifie

Exercices d'application: construire une carte de restriction simplifieBelin n8 p 164 (le texte du sujet est erron, voir ci-dessous les questions corriges); Nathan TP1, 2, p 76 et exercice n1 p 85 Un plasmide d'une souche bactrienne (B1) circulaire (que l'on nommera pB1) contient un seul site de restriction de l'enzyme HindIII. Ce site est situ dans le gne de rsistance la ttracycline (un antibiotique) que porte de plasmide. On coupe le gnome de la drosophile l'aide de la mme enzyme de restriction HindIII. On obtient des fragments qui sont insrs (voir gnie gntique) dans des vecteurs d'insertion qui sont justement les plasmides pB1 de la mme souche bactrienne (B1). Par des techniques appropris on crible les transformants ayant intgr un fragment d'ADN de la drosophile. On obtient ainsi un ensemble de souches de bactries B1* transformes dont leur plasmide pB1* a intgr tel ou tel gne drosophilien. C'est ce que l'on appelle une banque d'ADN. En fait il s'agit d'une banque de clones de souches bactriennes B1* (recombines) dont le plasmide recombin (pB1*) contient tel ou tel gne de drosophile. Le clone n15 contient par exemple un gne de drosophile insr. On analyse l'ADN de ce plasmide transform (pB1*) par digestion enzymatique en prsence des enzymes de restriction Hind III et/ou EcoRV. Les rsultats sont prsents ci-dessous, le tmoin tant le plasmide pB1 non recombin.

Questions: 1) Dfinir un clone et une banque gnomique. 2) Expliquer l'importance de l'unicit et de la localisation du site de restriction d'Hind III 3) Construire la carte de restriction de pB1 et de pB1* du clone 15 pour les deux enzymes de restriction utilises ici. Corrig 1) Un clone est un ensemble de cellules identiques gntiquement (voir page sur les manipulations cellulaires). Ici le terme dsigne plus particulirement une population bactrienne issue d'une cellule unique, gntiquement transforme. Un clone est donc, dans cet exemple, une souche bactrienne transforme (B1*) prsentant un gne de drosophile intgr son plasmide pB1*. Chaque clone possde un gne identifi de drosophile. L'ensemble des clones constitue une banque gnomique plasmidique de la drosophile. La banque n'est complte que si l'on a l'intgralit du gnome de l'organisme tudi insr, gne par gne, dans un trs grand nombre de clones. Ce qui suppose de connatre tous les gnes de l'organisme... ce qui est pour le moins rare. D'une faon plus gnrale, une banque d'ADN pourrait tre dfinie comme le lieu o l'on conserve des organismes ou des parties d'organismes gntiquement identifis et transforms. 2) Un plasmide qui prsente plusieurs sites de coupures par une enzyme de restriction (plusieurs sites de restriction pour une mme enzyme) donnera plusieurs petits fragments d'ADN sans que l'on puisse insrer un gne en rcuprant un plasmide complet et circulaire. La localisation du site de restriction au sein d'un gne marqueur (ici un gne de resistance un antibiotique) permet de slectionner les souches ayant insr le gne de drosophile (c'est le criblage des transformants). En effet, un plasmide recombin pB1* (avec un fragment d'ADN de drosophile qui s'est insr dans son gne de rsistance la ttracycline), a un gne de rsistance la ttracycline altr (non fonctionnel). La souche transforme (B1*) devient donc sensible la ttracycline. Il suffit donc, SUR UNE RPLIQUE (bien sr car sinon on dtruit la souche que l'on recherche), de faire agir la ttracycline: la souche sensible (dtruite ou dont la croissance est rduite) est la souche transforme qu'il suffit alors de rcuprer au niveau de la culture ayant permis de faire la rplique (voir illustration ci-dessous).

3)

Il me semble bien difficile de prsenter vraiment ces mthodes de faon accessible un lve de terminale sans faire appel des notions assez complexes sur la structure du gnome et surtout sur la rgulation de son expression. Il me parat drisoire de vouloir expliquer une technique d'hybridation de sonde radioactive alors qu'un lve de TS ne sait mme pas que les gnes eucaryotes sont morcels en introns et exons. Certains manuels scolaires ont d'ailleurs franchi le pas, ce que je ne fais pas tant donn que la complexit du gnome (et les interactions entre gnes) ne me semble pas changer fondamentalement le paradigme mendlien-morganien. Depuis prs d'un demi-sicle de nombreuses voix de scientifiques, de philosophes...de renom se sont leves pour dnoncer l'inflation des rsultats exprimentaux sans enjeu thorique. A quoi sert-il d'accumuler des donnes si l'on a pas fait l'effort de thoriser la recherche ? La recherche en biologie molculaire travaille sur le mme paradigme depuis plus de 50 ans. Il est temps que cela change.

Pour ce qui est des motifs du lobby de la biologie molculaire, en France particulirement, il est clair que les enjeux sont politiques, et conomiques. S'y ajoutent probablement des enjeux philosophiques et thiques.

2. Des enjeux conomiques, politiques, philosophiques et thiques2.1 de la prudence dans l'utilisation du paradigme de l'information gntique en justice dans la technique des empreintes gntiquesConsidrations gnrales: La technique qui permet de raliser des "empreintes gntiques" est une technique comprenant une dnaturation, une digestion par des endonuclases puis l'hybridation par une sonde radioactive multilocus (trs peu spcifique) suivie d'une lectrophorse sur gel. Elle est onreuse. Elle fournit un clich qui est utilis comme une sorte de carte d'identit gntique. On peut essayer de mettre en vidence ce que l'utilisation de cette technique prsente comme hypothses :

chaque personne possde une empreinte gntique (en fait une carte de restrictionhybridation par la sonde multilocus) qui lui est propre et qui est la mme pour chacune des ses cellules et qui n'volue pas dans le temps. Cette affirmation n'est qu'un postulat, mme si il est hautement probable dans la plupart des cas tudis ; ce qui suppose aussi pour la technique elle-mme que l'action des enzymes de restriction est toujours la mme, qu'elle coupe SANS ERREUR, toujours au mme endroit si le gnome est identique. De la mme manire l'hybridation doit se faire de faon TOUJOURS IDENTIQUE....

On voit aisment que ce qui peut tre prsent avec une INCERTITUDE raisonnable pour une dtermination qui n'est pas aussi grave, n'a pas la mme signification lorsqu'il s'agit de l'utiliser comme PREUVE pour condamner un prvenu ou faire un recherche de paternit ou maternit biologique. Comme toute mesure il faut absolument prsenter le rsultat avec une incertitude (qui est souvent absolue car indtermine statistiquement), aux jurs d'apprcier ensuite l'utilisation qui doit en tre faite. Il est certain que l'valuation de cette incertitude n'est pas chose aise mais il faut s'y essayer. La prsentation des incertitudes values le plus honntement possible pour toutes les mesures exprimentales est en quelque sorte le garant de la crdibilit des scientifiques. Il n'est pas rare que l'on parle de certitude alors qu'il s'agit de convictions puisqu'il existe toujours une incertitude exprimentale. Exercice du Nathan n2 p103 Recherche du coupable d'un viol. Ce problme a fait l'objet d'une partie un peu dtaille sur une page de ce site sur les statistiques. Sur un chantillon de 1.000 tests d'ADN (et pas moins car sinon l'chantillon n'est pas reprsentatif) il y a 3 faux positifs (ce chiffre est celui que l'on trouve dans toute la littrature mais je ne sais pas comment il est obtenu). Si l'on fait 1.000 tests on doit donc obtenir, statistiquement 4 profils concordants en supposant qu'il y a un coupable parmi les tests. Sur les 4 profils identiques au profil de rfrence, on a donc un seul coupable, soit 25% de chance de connatre ainsi le coupable. Mais le problme est que l'on a jamais 1.000 tests mais que l'on raisonne tout au plus sur quelques chantillons (sauf dans certains cas trs particuliers o la recherche a t tendue

toute une population...). Dans ce cas il est clair que l'outil probabiliste est INUTILISABLE. On peut bien tomber comme on peut mal tomber et surtout on NE PEUT PAS CHIFFRER L'ERREUR. Un test d'ADN peut indiquer le coupable, comme il peut tre un faux positif, sans aucune certitude. Seul, c'est un test auquel on ne peut pas accorder de poids. Avec un faisceau d'autres preuves, il prend du poids, mais pas statistiquement.

2.2 de l'mergence d'une nouvelle mdecine ni curative, ni prventive mais informative: la mdecine prdictiveLa mdecine prdictive est un mot nouveau (prdictif) forg pour dsigner la mdecine de la prvision qui s'ajouterait curatif et prventif qui dfinissent classiquement les deux aspects de la mdecine qui soigne. Cette "mdecine" ne soigne pas, elle informe. Elle est essentiellement probabiliste et repose sur un paradigme trs fort de dterminisme gntique des maladies. Elle fourni une indication d'un risque gntique. On notera qu' partir du moment o l'on fait le choix de tenir compte de ses rsultats et d'agir, on sort du domaine prdictif pour passer dans le domaine prventif, partir des lments obtenus de faon prdictive. Le dpistage (tymologiquement "remonter la piste") est double sens: il s'agit de reprer, le plus tt possible, mme sans signe apparent, une maladie ou une malformation dj existante mais aussi reprer des individus prsentant un risque gntique lev. Si reprer des individus atteints, mme asymptomatiques fait partie de la mdecine prventive, le dpistage du risque gntique est bien uniquement prdictif. Le terme de diagnostic enfin repose sur l'identification de quelque chose de connu (du grec dia = " travers" et gnosis = "la connaissance"). On ne peut diagnostiquer qu'une maladie connue. On ne peut pas diagnostiquer un risque. On peut par contre diagnostiquer un allle (ce que l'on nomme "diagnostic gntique"). La plupart des conclusions en mdecine hrditaire font appel la thorie morganienne de l'hrdit laquelle on a ajout la thorie de l'information gntique. Les techniques modernes de la gnomique ont t mises au service de cette mme thorie sans la remettre en cause. On recherche des allles dans des cellules embryonnaires, ftales ou adultes et on suppose une causalit directe entre allle et phnotype. Pour ce qui est de l'analyse des arbres gnalogiques (donc humains) on se contente d'utiliser le modle morganien de l'hrdit tabli partir de drosophiles et que l'on extrapole l'homme puisque des analyses statistiques de descendance (comme celles ralises chez la drosophile ou le pois) y sont impossibles.

Remarques sur les maladies gntiques (d'aprs Gntique humaine, Jean-Louis Serre et Josu Feingold, DossierINSERM Nathan, 1993)

Une maladie gntique est une maladie dans laquelle le facteur hrditaire est principal. Au sujet de la cause des maladies, voir par exemple une page sur la sant dans l'ancien cours de TS. tant donn que l'on est dans le cadre d'une hrdit morganienne tendue la biologie molculaire du gne, tout facteur hrditaire devient un facteur li l'ADN (nuclaire ou mitochondrial). On distingue alors: - les maladies monofactorielles ou caractre monognique ou encore caractre mendlien: tous les symptmes de la maladie sont relis un seul gne qui se prsente sous forme d'un allle morbide ( l'origine de la maladie) qui peut tre dominant ou rcessif. Pour sortir de la dichotomie dominance/rcessivit on parle de pntrance de l'allle dominant qui

peut plus ou moins s'exprimer chez un htrozygote, un allle rcessif ne s'exprimant pas, sauf chez un homozygote. De nombreuses maladies considres comme autosomales dominantes prsentent une pntrance incomplte et souvent variable avec le sexe (camptodactylie, brachydactylie, certaines formes de cataracte congnitale, de microphtalmie ou d'anophtalmie...). Parmi les maladies gonosomales on distingue celles qui sont lies des gnes ports par la partie propre de l'Y, celles qui sont lies la partie propre de l'X (maladies "lies au sexe") et celles qui sont lies des gnes situes dans la partie commune l'X et l'Y et qui sont qualifies de pseudo-autosomales. Il ne faut pas oublier qu'un mme symptme (par exemple l'opacification du cristallin) peut tre du de nombreuses maladies avec diffrents agents. Ensuite, dans le cas d'une maladie gntique reconnue, plusieurs formes gntiques peuvent coexister (on connat des cataractes congnitales qui se transmettent sous les modes dominant autosomique, rcessif autosomique ou rcessif li l'X). Enfin diffrentes formes, dues des gnes diffrents, peuvent se transmettre sous le mme mode hrditaire.Pour voir une illustration des caractres monogniques vous pouvez par exemple visiter la page www.ac-creteil.fr/svt/Doc/Doc1S/lego/lego.htm o un collgue modlise les chromosomes puis les gnes avec des briques de LEGO...Les gnes sont bien des particules localises sur un chromosome, chaque gne tant associ un caractre. Si les gnes taient des units de fonction, ils pourraient comporter plusieurs sous-units sur diffrents chromosomes...et leurs lois de transmission n'auraient plus grand chose voir avec une rpartition statistique plus ou moins quiprobable dans les gamtes. Ces caractres, toujours associs des gnes dans le cadre de la thorie chromosomique de l'hrdit, mais associs plusieurs gnes en interaction sont dits justement "polygniques" mais aussi tort "non mendliens".

- les maladies multifactorielles ou caractre polygnique ou caractre "non mendlien" : plusieurs gnes sont associs aux symptmes. Pour viter de ranger dans ce groupe toutes maladies hrditaires pour lesquelles aucun gne n'a t (encore) isol, il faut bien comprendre que ce qui est en cause ici c'est la sgrgation indpendante des caractres lors de la formation des gamtes. Pour ces maladies on ne remet pas en cause l'hrdit morganienne, on propose que le caractre soit associ plusieurs gnes (polygnisme) ou bien qu'un mme gne puisse conditionner plusieurs caractres (pliotropie) ou enfin qu'il y ait des interactions non allliques (et donc du milieu) entre gnes (pistasie). - les maladies mitochondriales hrdit maternelle puisque l'on pense que toutes les mitochondries sont transmises par l'ovocyte. - les maladies chromosomiques qui touchent des portions de chromosomes suffisamment grandes pour tre dtectes par des techniques de coloration (caryotype). Il peut y avoir des monosomies, des trisomies ou des dltions, des translocations...; ces diffrentes anomalies pouvant se combiner.1er exemple : le diagnostic d'une anomalie chromosomique: la trisomie 21 (voir page annexe) (travail personnel)

2me exemple: dpistage et diagnostic de la phnylctonurie. (corrig en cours)

(Exercices Belin p 207 ; vous vous aiderez d'une page annexe sur la phnylctonurie (TD de 1reS) et du cours de 1reS). lments de correction: 1. On considre que cette maladie est une maladie gntique monofactorielle prsente sous deux allles (+, sain) et (ph, morbide). D'aprs les deux arbres gnalogiques on peut dduire que, dans cette hypothse, l'allle morbide est rcessif par rapport l'allle sain (des enfants (AII3, BII1 et BII3) sont ns malades de parents sains; leurs parents portaient donc chacun l'allle morbide l'tat cach; l'allle morbide est donc dit rcessif). La prvalence de la maladie tant de 1 naissance sur 10.000 dans la population europenne (nombre de nouveaux cas sur une priode donne), on peut estimer que le risque de porter l'allle (frquence alllique dans la population europenne) pour un individu de cette

population est 1/100 (puisque deux individus porteurs de sexe opposs ont un enfant malade avec un risque de 1/100 x 1/100 = 1/10.000). La liaison chromosomique du gne peut tre tudie toujours dans le mme cadre simpliste d'une maladie gntique monofactorielle. Le gne n(est pas li la partie propre de l'Y car un garon malade n'a pas son pre et ses frres malades. De mme, le gne n'est pas li la partie propre de l'X car la fille BII1 est malade d'un pre sain (dans ce cas, le pre ne pourrait que lui avoir donn un X porteur de l'allle ph, et donc tre malade, ce qui n'est pas le cas). Donc le gne tudi est associ une partie autosomale des chromosomes (autosomes ou partie pseudoautosomale des gonosomes). (Cependant cette tude n'tait pas ncessaire puisque l'on vous disait dans le sujet que le gne tait situ sur le chromosome 12). Comme AII2 n'est pas malade il n'a que 2/3 de risque d'avoir l'allle ph (tre porteur) et donc 1/2 x 2/3 = 1/3 de risque de donner l'allle ph dans un gamte. Sa femme AII1 est issue de la population europenne sans plus de prcision et peut donc donner l'allle ph avec un risque de 1/100. Ce qui fait un risque pour l'enfant natre d'tre malade de 1/3 x 1/100 = 1/300. Comme les deux parents BI sont htrozygotes et porteurs de l'allle ph ils peuvent le donner dans un gamte avec une probabilit de 1/2 chacun. ce qui fait 1/2 x 1/2 = 1/4 de risque pour l'enfant natre d'tre malade. la prsence de frres et surs malades dj ns ne change pas ce risque. 2. La technique des ASO (Allele Specific Oligoprobe) permet de dtecter des mutations ponctuelles (par substitution d'une seule base de l'ADN). Elle est utilise ici pour le codon 280 o l'on connat une mutation ponctuelle (G chang en A dans l'ADN au niveau du brin codant) conduisant un changement d'aa (Glu chang en Lys) dans la protine PAH dont nous tudions ici le gne. On voit donc que les parents sont tous deux htrozygotes (un exemplaire de chaque allle), ce qui est une surprise pour la mre (AII1) qui n'avait qu'un risque de 1/100 et dans une moindre mesure pour le pre, qui avait un risque de 2/3. L'enfant AIII3 est homozygote rcessif avec une double mutation 280Lys//280Lys, ce qui est aussi surprenant. Il a toutes les chances d'tre malade la suite de cette mutation double (voir les phnotypes sur le site de l'Inrp: http:/www.inrp.fr/Acces/biotic/gpe/dossiers/phenylcetonurie/html/mutations.htm ) associ une phnylalaninmie trs forte (voir site INRP). Pour la famille B les trois individus tests sont homozygotes sains et donc de gnotype 280Glu//280Glu pour ce site de mutation. Avec la mthode du Southern Blot applique sur des petits fragments de restriction (RFLP... que je considre hors programme en tant que telle), le sujet nous explique (mal) que la mutation localise au codon 408 (rgion c) et caractrise par un mutation ponctuelle dans l'ADN par substitution de base (C en T pour le brin codant) et dans la chane d'aa de la PAH un changement d'aa (Arg en Trp), dgage un site de restriction nouveau au voisinage de ce codon 408 pour l'enzyme MspL. Au lieu donc d'obtenir un seul fragment long de restriction de 23 kbases, on obtient dans le cas d'un allle mut un fragment de 13,5 et un autre fragment de 9,5. Mais il faut savoir que ce petit fragment n'est pas repr sur l'lectrophorse prsente dans le sujet. D'aprs le document 3 on peut donc affirmer que les parents BI sont tous les deux htrozygotes, ce qui tait connu et que l'enfant natre est homozygote rcessif, ce qui n'tait probable qu'avec un risque de 1/4. Il est noter que, contrairement ce qu'affirme la question du sujet, cette mthode n'apporte pas beaucoup de certitudes. D'abord comme tout geste technique, il est entach d'incertitude, bien difficile chiffrer (erreurs de manipulation, d'action des enzymes, des sondes... de migration...). Ensuite, le fait de se focaliser sur trois allles peut se justifier par le fait que, dans une famille atteinte d'une maladie gntique, on considre qu'une mutation dans le gne incrimin plus de chance de se transmettre dans la famille qu'une autre mutation dans le mme gne. Cependant, ce n'est pas une certitude et il est possible que d'autres allles puissent

aussi tre muts (regardez nouveau le tableau des mutations sur le site de l'Inrp). Enfin, et surtout, s'il est lgitime, dans un exercice scolaire de terminale, de raisonner partir de l'hypothse simpliste d'une maladie gntique monofactorielle, il n'est plus acceptable que cela soit le cas dans des analyses gntiques mdicales proposes des patients. Pour une ouverture sur les dterminismes de la phnylctonurie, voir page annexe du cours de 1reS.Remarques: Pour un dbut d'approche de gntique des populations voir la loi d'HardyWeinberg dans l'ancien cours de spcialit. Pour les notions de pidmiologiques de prvalence et de morbidit, voir une page annexe sur les statistiques.

3me exemple: la mucoviscidose, un maladie forte composante gntique: de la recherche d'une causalit au diagnostic puis l'valuation du risque. (travail personnel)

Belin p 191-193, et ancien cours de TS spcialit partie 2.3 Remarque: ne pas oublier l'utilisation des antibiotiques "suppresseurs de codons stop", qui ont t utiliss avec succs chez certains malades atteints de mucoviscidose (Pascale Fanen: Un traitement pharmacologique restaure le gne dficient, La Recherche, 370, dcembre 2003, 26-27 d'aprs M. Wischanski et al., NEJM, 349, 1433, 2003 dont le rsum en anglais a t ajout dans l'ancien cours de spcialit);

2.3 de la prudence et des limites des techniques de transgnse sur les tres vivants (OGM)* une transgnse russie: la production d'insuline humaine par des bactries Escherichia coli gntiquement modifies. Exercice d'aprs Didier p 80-81. Exercice et corrig. Cette transgnse est la fois le premier et le plus probant de exemples d'application de la technologie de l'ADN recombinant (gnie gntique). Vous noterez combien cette technique est complexe et le temps ncessaire pour mettre au point la souche gntiquement modifie utilise actuellement. (Un deuxime exemple, pourrait tre celui de la somatostatine, une hormone hypothalamique de 14 aa intervenant dans la croissance chez l'homme). * de nombreuses transgnses ont t ralises d'abord chez des procaryotes, puis chez des eucaryotes notamment sur les vgtaux (riz, mas...), pour l'amlioration du rendement des cultures mais aussi pour la recherche. On est actuellement dans une phase exprimentale d'utilisation des OGM trs grande chelle. Les transgnses animales sont plus difficiles que celles ralises sur des plantes mais fort explores. Nathan p 88-89 (Belin p 166-183): 1 - Comparer la transgnse et les OGM; que recouvrent ces notions ? 2 - Pourquoi parle-t-on surtout d'OGM du rgne des plantes ? Quelles en sont les spcificits ? 3 - Quel est le rle prcis d'Agrobacterium tumefaciens ? (Belin p 166-169) 4 - Belin QCM n2 p 184

2.4 des limites thiques la transgense humaine (HGM)

Les transgnses humaines sont habituellement but thrapeutique et sont donc qualifies de thrapie gnique. Elles en sont leur balbutiements. Nathan p 96-97 (Belin p 194-197), biothique dans l'ancien cours de spcialit avec notamment la dclaration universelle sur le gnome humain et les droits de l'homme (UNESCO, 1997): 1 - En quoi le terme d'HGM est-il faux ? Donner une autre dfinition de la thrapie gnique en utilisant le terme de greffe. 2 - En quoi la transgnse humaine est-elle complmentaire des recherches sur les cellules souches ? 3 - Rechercher sur internet la loi de 1994 autorisant les recherches sur les cellules somatiques 4 - Qu'est-ce que l'thique ? Que veut dire le terme de limite scientifique ? Que pensez-vous de titres de presse du style "l'homme transgresse les lois du vivant" ? Que veut dire le terme de limite thique ?

Exercices corrigs: Nathan n3 p 104 (Exercice typique de baccalaurat de type spcialit - partie II b) SujetUn couple ayant un enfant atteint de drpanocytose voudrait savoir si leur futur bb sera galement atteint de cette maladie. Le drpanocytose est une maladie qui touche le sang, elle est due une anomalie de la globine. Le gne de la globine possde un allle sain A et un allle dltre S. L'ADN des parents, de leur enfant et de leur ftus est prlev et coup par l'enzyme MstII. Une lectrophorse est ralise pour sparer les diffrents fragments obtenus qui sont identifis par une sonde spcifique marque. Question: En utilisant l'ensemble de ces donnes, expliquez si le futur bb sera atteint de drpanocytose.

Document1: "gne" (squence trs partielle) de la globine Document 2 : carte de restriction des sites MstII du chromosome 11 au voisinage du

gne de la globine: position d'appariement de la sonde utilise dans le document 3 NB: la sonde repre aussi bien les fragments 0,2kb que 1,2 kb que 1,4 kb. Document 3: arbre gnalogique de cette famille (voir texte) et rsultats de l'lectrophorse (id) les rsultats tant prsents la verticale en dessous du figur de chaque membre de la famille. Remarque: Le texte du sujet est critiquable. Si la drpanocytose est certainement le meilleur exemple de liaison entre le gnotype et le phnotype on connat de trs nombreux allles pour la chane de l'hmoglobine (voir ancien cours de spcialit) donnant lieu des hmoglobinoses et thalassmies aux facteurs gntiques non dterminants. La question n'est pas rdige en franais correct et laisse pantois. Ce que l'on demande (malheureusement) en terminale est une analyse probabiliste simpliste issue de l'arbre gnalogique qui peut tre amliore par une analyse gntique prcise (complique et coteuse) mais qui ne sort pas du paradigme pos d'une maladie monofactorielle associe un gne unique sous la forme d'un allle morbide rcessif.

CorrigOn pose une hypothse de dpart: nous connaissons une maladie gntique monofactorielle (la drpanocytose) qui est due une mutation ponctuelle (document 1, base n17, A chang en T sur le brin 5') d'un unique gne associ la chane de l'hmoglobine. Comme ce n'est pas dit dans le texte, c'est le dbut du gne de la globine qui est reprsent dans le document 1 et la mutation ponctuelle conduit une substitution d'un acide amin en position 6 : la valine (Val) la place de l'acide glutamique (Glu). Cette mutation conduit un allle rcessif (S) par rapport l'allle non mut (A) (la rcessivit doit tre tablie partir du document 3 puisqu'une fille malade est ne de deux parents sains, porteurs de l'allle l'atat cach). Tous les symptmes de la maladie semblent pouvoir tre rapports la prsence de cette hmoglobine anormale qui fixe moins bien le dioxygne aux basses pressions et se polymrise en donnant des "baguettes" assez rigides qui dforment les hmaties en faucilles qui se bloquent dans les capillaires. Les malades sont ceux qui possdent deux allles S. L'analyse de l'arbre gnalogique (document 3) en utilisant le formalisme habituel (on porte de part et d'autre d'une double barre de fraction les allles ports par chaque paire homologue) et les statistiques donnant la proportion thorique des gamtes (que l'on peut rapporter la premire loi attribue Mendel: loi de puret des gamtes) permet de dire que l'enfant attendu prsente un risque de 1/4 d'tre atteint (S//S), un risque de 1/4 d'tre sain (A//A) et un risque d'1/2 d'tre porteur mais sans symptme ou porteur sain (A//S). En effet, chaque parent, de gnotype (A//S) donne avec une gale probabilit (1/2) un gamte S ou A, ce qui fait 1/4 pour chaque fcondation. L'analyse gntique utilisant l'enzyme de restriction MstII est un peu originale dans le sens o le site de restriction situ en position 14 depuis le dbut du gne de la globine (en partant de l'extrmit 5'; en 17 sur le brin 3'->5') est supprim lors de la mutation (allle S), ce qui fait qu'un allle sain (A) est repr par deux fragments de restriction (1,2 et 0,2 kb) alors que l'allle mut est repr par un seul fragment de restriction (1,4 kb). Ainsi les gnotypes proposs pour les parents et les sur de l'enfant attendu sont donc confirms. Le gnotype de l'enfant tant A//A puisqu'il possde uniquement des fragments de restriction 1,2 et 0,2 kb. Il est donc sain et non porteur de l'allle S.

Ce diagnostic est certain, aux erreurs de manipulation et d'exprience prs (en effet la sonde peut mal se fixer, l'enzyme de restriction couper de faon errone ou encore les fragments mal migrer...). De plus il est essentiel de noter que l'on reste, avec cette mthode dans le paradigme dominant avec l'hypothse de dpart (justifie) de la maladie gntique monofactorielle. Ceci n'est bien qu'un exercice scolaire. Il ne faut pas lui demander de rpondre des questions biologiques que tout lve de terminale ne manquera pas de se poser par ailleurs.

Nathan n3 p 86 avec le document 3 p 79 pour aider la comprhension (attention,ceci n'est pas un exercice de type baccalaurat mais juste un exercice de comprhension - exercice de formation)

Sujet Dpistage molculaire d'une mutationLes proprits de renaturation de l'ADN sont mises profit dans de nombreuses mthodes de dpistage molculaire de mutations ponctuelles d'un gne. L'une de ces mthodes est l'ARMs (Amplification Refractory Mutation System). Elle consiste amplifier, par APR *), un court fragment d'un gne, au sein duquel peut se trouver l'une des mutations connues de celui-ci, dont on se propose de dpister la prsence ventuelle. D'un ct, on utilise une amorce "commune" et, de l'autre, deux amorces (document 1), prsentant en 3' une base complmentaire, soit de la base prsente sur la squence standard du gne (amorce standard), soit de la base prsente sur la squence mute (amorce mute). Par ailleurs, ces deux amorces sont allonges par une squence additionnelle polyN ou polyN' de longueurs diffrentes, de sorte que, selon que la mutation est prsente ou absente, l'APR* donnera des fragments de longueur diffrente. On teste, par cette mthode, la prsence ou l'absence d'une mutation, note a, d'un gne, responsable d'une maladie rcessive (le gne fonctionnel sera not A). Les amorces utilises ont une longueur de 25 nuclotides, les queues polyN et polyN' ont des longueurs respectives de 10 et 30 nuclotides. les rsultats sont indiqus dans le document 2. - une amorce commune amplifie le brin + (s'hybride au brin -). - l'amorce standard amplifie le brin - s'il n'est pas mut et l'amorce mute amplifie le brin - qu'il est

Document 1 (amlior)

mut; chacune de ces deux amorces est pourvue d'une queue polyN ou polyN' de taille diffrente. - les fragments d'ADN amplifis par APR* seront plus longs si l'ADN test est mut et plus courts s'il ne l'est pas, la taille et la diffrence de taille tant visualisables sur un gel d'lctrophor se. Taille des fragments de APR* (en paires de bases: pb) 130 pb A(est atteint)

B(est atteint)

C

D

E

F(non atteint)

G(non atteint)

(est (non atteint, est (non atteint, est atteint) parent d'un atteint) parent d'un atteint)

110 pb

- - - -

- - -

Document 2. Rsultats du gel de contrle des fragments d'APR* obtenus pour chaque individu. Questions: a. Indiquez la taille du fragment du gne amplifi par PCR (APR*). b. Compte tenu de ces rsultats et des informations suivantes, prcisez autant que possible le gnotype de chaque individu pour la mutation teste et pour le gne tudi. remarques:

- la molcule d'ADN comportent deux brins orients du fait de l'accrochage des nuclotides entre le sucre d'un nuclotide et le groupement phosphate du nuclotide prcdent. Il y a donc deux brins antiparallles qualifis de brins + et - ou 3'->5' et 5'>3' - les ns 3' et 5' dsignent les carbones du dsoxyribose (ceux de la base de chaque nuclotides sont numrots sans les '); le groupement phosphate de chaque nuclotide est accroch en C5' et la base en C1'. -l'ADN polymrase est un complexe enzymatique qui travaille toujours (par ajout de nuclotides) dans le sens 5'->3'

Corriga) le gne fait 100 paires de bases (en comptant depuis le dbut de chaque amorce).

b) Il suffit de lire le gnotype: un fragment de 130 pb signifie une queue poly N' de 30 bases et donc un allle mut a; un fragment d'ADN de 110 pb signifie une queue poly N de 10 bases et donc un allle non mut A; A, B et C sont a//a, D, E et G sont a//A et F est A//A.

Nathan n6 p 72 (exercice pouvant tre pos en partie IIb (de spcialit) mais dontl'nonc est inhabituel et droutant; son intrt rside dans le fait qu'il prsente la fois une technique de transgense et une analyse morganienne de l'hrdit)

Sujet Concevoir des croisementsLa gntique mendlienne est avant tout une science exprimentale, fonde sur l'observation des rsultats de croisements. Le choix pertinent de ces croisements est donc dcisif. Document 1: garniture chromosomique de la drosophile mle (XY et 3 paires d'autosomes dont une paire ponctiforme) et femelle (XX et 3 paires d'autosomes dont une paire ponctiforme).

Document 2: "carte gntique": le chromosome II porte le gne associ la forme de l'aile (vestigiale); le chromosome X porte le gne associ la couleur de l'il (blanc) et un transgne (associ la synthse d'une protine fluorescente); ces deux gnes sont distants de 3,7 units de recombinaison. Document 3: souches pures de drosophiles (pour les mutations) disponibles pour les croisements: On note que le transgne n'est insr qu' un seul exemplaire dans les souches mutes et que le transgne n'est exprim que chez les femelles... nom de la sauvag souche e A B C D E F G

ailes il blanc abdomen vestigiale abdomen et des mutation s et il blanc fluoresce il abdomen ailes femelles ou abdomen et ailes aucune nt chez blan des vestigial fluorescent transgens des vestigial les c femelles es , il blanc e femelles es femelles fluoresce et ailes fluoresce nt vestigiales nt Questions: partir de la mise en relation des informations apportes par les documents, dterminez, en justifiant votre rponse, les croisements effectuer pour confirmer la localisation chromosomique relative des gnes tudis. Les rsultats qualitatifs et quantitatifs de chaque croisement sont attendus, en admettant un effectif thorique de 2000 individus chaque gnration.

CorrigOn a donc comme hypothse 3 gnes: - un gne li au chromosome 2 (autosomal) et associ au caractre "forme de l'aile" prsent sous deux formes: un allle rcessif "vestigial" (not vg) par rapport un allle sauvage (ailes longues) dominant (not +) - un gne li au chromosome 1 ou X (gonosomal) et associ au caractre "couleur de l'il" prsent sous deux formes: un allle rcessif "il blanc" (not w pour white) un allle sauvage (il rouge) dominant (not +) - un transgne que l'on place sur le chromosome X (1) (not *) et qui ne s'exprime (sous la forme d'une protine fluorescente synthtise par certaines cellules) que chez les femelles (par un abdomen fluorescent). Le sujet prcise que l'on insre le gne en un seul exemplaire. On peut imaginer que l'on a donc uniquement des femelles avec le transgne ou que l'on possde la fois des mles et des femelles. Si l'on veut que le gne reste toujours un seul exemplaire on ne peut donc faire des croisements qu'avec des femelles transgniques. Pour justifier par des croisements judicieux de la position des gnes proposs, on doit suivre les tapes suivantes: 1 - montrer que le gne associ la "couleur de l'il blanc" est situ sur le chromosome X 2 - montrer que le gne associ "la forme des ailes de type vestigiale" n'est pas situ

sur le chromosome X et est donc indpendant du premier gne 3 - montrer que le transgne et le gne associ "la couleur de l'il blanc" sont distants de 3,7 units de recombinaison. Etape1 Un gne "li au sexe", c'est--dire "port" par la partie propre de l'X, prsente lors de la premire gnration (F1) une diffrence entre le croisement d'un mle de phnotype mut (correspondant l'allle rcessif) avec une femelle de phnotype sauvage et le croisement rciproque d'un mle sauvage avec une femelle de phnotype mut. (souche sauvage) femelle +//+ x SINON w//y mle (souche B) si le gne w y associ au + +//w +//y caractre "couleur des toutes les femelles yeux rouges et tous les descendants ont les yeux yeux blancs" tous les mles ont les yeux blancs rouges n'tait pas li au sexe ( la partie propre de l'X) il y aurait 100% sur 2000 descendants en supposant sur 2000 descendants il y aura de un sex ratio de 1/1, il y aura 1000 2000 descendants yeux rouges descendants femelles yeux rouges et 1000 (100%) yeux mles yeux blancs rouges pour les deux croisements tape 2 Le mme raisonnement que prcdemment est fait pour le gne associ au caractre "forme des ailes vestigiales". (souche D) vg//vg x +//+ (souche sauvage) SINON + si le gne associ au caractre "forme des ailes vg vg//+ vestigiales" tait li au sexe on aurait deux types tous les descendants ont les ailes de croisements avec des rsultats diffrents: longues (non vestigiales) (100%) sur 2000 descendants d'un individu de la souche sauvage avec un individu de la souche D, quelque soit les sexes, il y aura 2000 femelle vg//vg x +//y mle + y vg vg//+ vg//y femelle +//+ x vg//y mle vg y + +//vg +//y (souche B) femelle w//w x +//y mle (souche sauvage) + y w w//+ w//y

descendants aux ailes longues (100%)

toutes les femelles ont les ailes longues et tous tous les descendants ont les mles ont les ailes les ailes longues vestigiales sur 2000 descendants en supposant un sex sur 2000 descendants il ratio de 1/1, il y aura y aura 2000 descendants 1000 femelles ailes ailes longues (100%) longues et 1000 mles ailes vestigiales

Comme le gne associ au caractre "forme des ailes vestigiales" n'est pas li au sexe il est donc li un autosome (mais on ne peut pas connatre le n du chromosome moins d'avoir un autre gne que l'on saurait tre li ce chromosome) et il est donc indpendant du gne associ "la couleur de l'il blanc" qui est li l'X. tape 3 Pour estimer la liaison entre le transgne et le gne associ "la couleur de l'il blanc" il est habituel d'utiliser un test-cross. (souche C) femelle w * //w x +//y mle (souche sauvage) + y w * w *//+ w *//y w w//+ w//y on utilise ensuite les femelles yeux rouges et abdomen fluorescent hybrides obtenues (hybride de F1) femelle w * //+ x w//y mle (souche B) w* + w *+ w w*//w +//w w//w +*//w y w*//y +//y w//y *+//y 48,2% 48,2% 1,9% 1,9% 963 963 37 37 , 96,3% 3,7% 1926 74 sur 2000 descendants en supposant un sex ratio de 1/1, il y aura - 1926 descendants de type parental (non recombins), avec un sex ratio de 1/1, cela fait 963 mles (dont la moiti de phnotype yeux blancs et autant de phnotype yeux rouges), et 963 femelles dont la moiti de phnotype yeux blancs et abdomen fluorescent et autant de phnotype yeux rouges. -74 descendants de type recombin se rpartissant en 37 mles (dont la moiti yeux blancs et l'autre moiti yeux rouges) et 37 femelles (dont la moiti sont yeux blancs et l'autre moiti yeux rouges et abdomen SINON toute autre proportion indiquerait une distance errone.

fluorescent. Si l'on somme les phnotypes on obtient: - 499 (481+18) mles yeux blancs - 499 (481+18) mles yeux rouges - 481 femelles yeux blancs et abdomen fluorescent - 18 femelles yeux blancs - 481 femelles yeux rouges - 18 femelles yeux rouges et abdomen fluorescent Je ne suis pas sr d'avoir correctement explor toutes les possibilits... vu l'urgence je vous propose cette interprtation non dfinitive.

Belin n4 p 208-204 (Attention cette exercice n'a pas la forme d'une question de typespcialit - partie II b - mais il constitue un exercice d'entranement)

Sujet Diagnostic prnatalOn dispose de 3 enzymes de restriction (doc. 1). Ces enzymes dcoupent l'ADN en des endroits prcis, appels sites de restriction, ce qui permet la bactrie qui les produit dans son cytoplasme de digrer l'ADN de bactriophages qui tentent de l'infecter. On tudie deux allles du mme gne dont les squences sont dcrites ci-dessous (doc. 2). L'allle "s" correspond l'allle "sain"(prsent chez les individus sains), et l'allle "m" l'allle "malade" (morbide, prsent chez les individus malades). L'arbre gnalogique prsent (doc.3) est celui d'une famille dont les deux parents sains ont donn naissance un enfant atteint d'une maladie gntique rcessive et un enfant sain. Lors d'une troisime grossesse, tous les sujets sont tests par la mthode de Southern (digestion par enzyme de restriction + lectrophorse + transfert sur nitrocellulose + mise en contact avec une sonde radioactive + autoradiographie).

Questions:

a - Dterminer quelle(s) enzyme(s) de restriction peuvent agir sur la squence propose. Prciser sur quel(s) site(s) ces enzymes peuvent agir. b - l'aide du code gntique, dterminer pourquoi cette squence correspond un allle malade. c - Dcrire les effets de la ou des enzymes dtermines la premire question sur l'allle "s" et sur l'allle "m". valuer la taille (en nuclotides) des fragments obtenus. d - Schmatiser le rsultat de l'lectrophorse des fragments obtenus aprs digestion par cette (ces) enzyme(s). e- tablir le diagnostic prnatal de l'enfant II3. Justifier ce rsultat partir des autoradiographies.

Corriga) seule EcoRI peut couper l'ADN de la squence du seul allle m (mais pas s) b) en supposant que la squence des bases est celle du brin codant (non transcrit) on a donc un ARNm de squence identique base base celle de l'ADN avec U la place de T ; grce au code gntique on associe alors les aa chaque triplet (codon) de l'ARNm: Thr ACA ACA ACT ACU Thr123 456 7*89

GCC GCC

GAA G*AA

Ser UCA TCA TTC UUC Phe10 11 12

GAT GAT

TCC TCC

GCA CGA CTC GCA CGA CTC

13 14 15

16 17 18

19 20 21

22 23 24 25 26 27

1

2

3

4

5

6

7

8

9

aa "s" ARNm "s" ADN allle sain "s" ADN allle morbide"m" ARNm "m" aa "m" n des bases n des codons

sur fond bleu la squence reconnue par l'enzyme de restriction EcoRI l'toile (*) indiquant le site de coupure On observe donc trois substitutions de bases entre les deux squences: * en position 2 (2me codon) une adnine (A) est change en thymine (T) mais comme le code gntique est redondant les codons ACA et ACU codent pour le mme acide amin : la thronine (Thr); cette mutation est donc silencieuse (neutre). * en position 4 (4me codon) une cytosine (C) et une adnine (A) sont remplaces par une thymine (T) et une cytosine (C) respectivement. Le codon UCA associ la srine (Ser) est chang en UUC associ la phnylalanine (Phe); il y a donc changement de base et donc un peptide diffrent qui est peut-tre l'origine des symptmes de la maladie dans les cellules exprimant le gne tudi. c) L'allle "s" prsente donc un "gne" de 27 paires de bases et l'allle "m" coup par l'enzyme de restriction EcoRI deux fragments de restriction de 7 et de 20 paires de bases.(on parle de paires de bases car la molcule d'ADN est double brin, mme si un

seul brin a t reprsent ici). d) L'ADN tant charg ngativement pH basique (on travaille environ pH = 9) les fragments d'ADN dposs au ple "-" migrent vers le ple "+" d'autant plus loin et plus vite que les fragments de restriction sont plus petits et plus chargs lectriquement. Les fragments isols dans le Southern Blot sont des ADN monobrins et donc nots en bases et non en paires de bases. position (ou taille) en bases ple 27 bases s . m . s//s . s//m . m//m .

,

20 bases . 7 bases

- , , ,

,

-

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ple + . . . . . Les seuls reprsents dans la reprsentation du Southern blot sont les fragments 20 et 27. On peut mettre l'hypothse que la sonde de marquage des fragments ne peut pas se fixer au fragment de 7 bases. e) D'aprs l'arbre gnalogique l'enfant II3 attendu par deux parents htrozygotes (puisque l'allle m est rcessif par rapport l'allle s puisque un enfant (II1) est n malade de deux parents apparemment sain qui portaient donc chacun l'allle l'tat cach) a un risque de 1/4 d'tre m//m ou s//s et un risque 1/2 d'tre m/s. D'aprs le diagnostic prnatal ralis par test gntique l'enfant II3 est htrozygote (m//s) puisqu'il a notamment le mme profil de restriction que ses parents. Ce rsultat apporte une certitude aux erreurs de manipulation et d'activit des produits utiliss prs. De plus ce rsultat ne peut tre pris en compte que dans le cadre de la thorie prsente au dbut: l'hypothse d'un unique gne et de deux allles connus, squencs....

Remarques: Dans le cadre de cette anne de terminale, o vous dcouvrez la philosophie, il est plus que temps de se poser la question du sens du mot information gntique et de la raison de son emploi. Voici l'avis document d'un grand mathmaticien; ce sujet on peut aussi lire l'article "forme" de JeanPetitot dans l'Encyclopedia Universalis ou quelques mots sur la page des modles de ce site.

extrait de Un prote* de la smantique : l'information , Ren Thom, 1973, 6. crit la demande de J. d'Ormesson pour un colloque de l'Unesco, Venise 28-31 mai 1973.)Mots souligns et colors par moi, note sur Prote ajoute.

1.6. Emplois du terme information en Biologie. Il s'agit ici, essentiellement, de l'information gntique d'une espce vivante, telle qu'on la trouve dans le dogme central de Watson-Crick : l'information gntique d'un tre vivant est code dans la composition en nuclotides de son ADN . Deux interprtations peuvent ici tre proposes. La premire regarde l'uf comme un message mis par le parent donneur (Y) ; le rcepteur est alors l'embryon issu de l'uf lui-mme ; on doit donc considrer que le message, ici, devient son propre rcepteur ; c'est l une faon de voir qu'il est difficile de soutenir. La deuxime interprtation a t dfendue par quelques thoriciens de l'information en Biologie, comme Dancoff et Quastler (note 1) : elle regarde l'organisme vivant comme le donneur (X) de l'information, le destinataire (Y) est l'observateur lui-mme. Plus exactement, on considrera toute morphologie naturelle comme un message mis par une source fictive (Y) l'adresse du savant (X), qui est le demandeur. On retrouve ainsi une trs vieille ide : Dieu nous parle travers les apparences du monde, et il nous appartient de dchiffrer son langage. Bien entendu, cette manire de voir soulve de graves problmes ontologiques. Si on veut y voir plus qu'une potique mtaphore, on est amen se demander si on peut encore faire une place spciale la Smiologie : si toute forme physique ou naturelle est un message venu de Dieu, pourquoi vouloir rserver une place spciale aux messages humains? De plus, dans tous ces exemples, la finalit du procs n'apparat pas clairement, sauf postuler l'intrt qu'il y a pour l'homme comprendre ce qu'il voit. Dans l'exemple (cit par M. Carreras dans son intervention) L'information fournie par les rayons X aprs traverse du corps du patient , il n'y a ambigut ni sur le donneur (le corps du patient), ni sur le demandeur-rcepteur (l'observateur), ni sur la finalit globale du processus (interprtation diagnostique). La seule ambigut concerne le contenu signifi du mot information, que pour ma part je rduirais la forme du message reu sur la plaque sensible, et interprt par l'observateur. Dans les emplois scientifiques, en Biologie notamment, o il y a effacement soit du demandeur, soit du donneur-source, la malhonntet, si malhonntet il y a, n'est plus que d'ordre intellectuel. L'emploi du mot information, dans le cas de l'information gntique , tmoigne de la situation psychologique suivante. Dans le droulement immensment complexe des processus morphogntiques de l'embryologie, la Biologie Molculaire a mis en vidence un mcanisme important, la synthse des protines. La tendance naturelle du spcialiste est alors de dire que cette tape est l'tape essentielle, les autres tapes devant en tre de simples consquences. Le mot information, en pareil cas, sert manifestement dissimuler l'ignorance quasi totale o nous sommes de prciser ces autres mcanismes prtendument subordonns, tout en apportant par la connotation d'intentionnalit du mot information une caution implicite au finalisme qui sous-tend toute pense biologique. En ce sens, l'information, c'est la forme obscure de la causalit.note(1) Autrement dit, la thorie de l'information sous sa forme classique de thorie de l'information transmise peut tre applique aux systmesbiologiques en considrant qu'il existe une transmission d'information entre l'organisme et l'observateur suivant la mthode Dancoff et Quastler ainsi que nous l'avons indiqu au chapitre 5 ; mais dans cette transmission nous devons considrer chaque lment ordonn ou organis (macromolcules, organelles, cellules, organismes) comme la sortie d'une voie de communication, dont l'entre est une source que nous n'avons pas besoin de spcifier.

H. Atlan, L'Organisation biologique et la Thorie de l'information, Hermann, Paris, p. 255. * Prote: vieillard de la mer dans la mythologie grecque qui avait le pouvoir de se mtamorphoser volont et qui, bien qu'il connt le pass, le prsent et l'avenir, refusait de les rvler moins que celui qui l'avait captur dans son sommeil ne tienne bon et ne l'oblige enfin, une fois Prote revenu sa forme premire, rvler la vrit. retour texte Pour se rendre compte des difficults de la notion d'information gntique, de programme gntique ou encore de code gntique, il suffit de voir comment les mdia se sont empars de ces termes et les ont mlangs. Les difficults sont patentes pour tout collgue qui souhaite enseigner cette culture aux lves de 1reES par exemple

dans le cadre de leur chapitre "du gnotype au phnotype". Le programme ce sujet et on ne peut moins clair: "Cette partie de programme s'appuie sur l'universalit de structure et de fonction de la molcule d'ADN tudie en classe de seconde. Elle prcise, dans un premier temps, les mcanismes biologiques assurant l'expression de l'information gntique. Par la suite, partir de quelques exemples, elle apprhende la notion de complexit des relations entre gnotype et phnotype.(...) La squence des nuclotides dans l'ADN gouverne la squence des acides amins dans la protine selon un systme de correspondance, le code gntique. " Le code gntique est bien un code, une correspondance entre un triplet de riibonuclotides de l'ARN et des aa transports par des ARNt spcifiques (voir cours de 1reS). Le code ne vient pas de l'ADN mais des ARNt. Son universalit, c'est--dire l'universalit des mcanismes de traduction, dpend donc des ARNt. Lorsque l'on insre un fragment d'ADN issu d'une cellule trangre (autre ligne cellulaire, autre individu de la mme espce, ou d'une autre espce...) il existe une trs grande varit de causes qui font que cet ADN n'a pas la mme fonction que dans la cellule d'o il est issu. Il peut d'abord tre dtruit, ce qui est le cas gnral (c'est la raison de la prsence des enzymes de restriction dans les bactries). Grce des artifices (vecteur viral d'insertion) ou naturellement, dans des cas rares, il s'insre dans le gnome hte. Enfin, dans des cas extrmement rares il peut tre exprim, c'est--dire conduire un ARN ou une protine. Mais quoi peut servir cette protine dans cette cellule hte ? Affirmer que le gne a la mme fonction, consiste rester au niveau de l'expression molculaire mais certainement pas s'intresser au phnotype. Certes, on arrive faire produire de l'insuline une bactrie ou des toxines bactriennes une cellule du parenchyme de rserve caulinaire d'un plant de pomme de terre, mais la fonction de ce gne est mesure l'utilit pour l'homme et non pour l'organisme qui, au mieux, tolre ce parasitisme gnique. Dire qu'il y a universalit de la fonction de la molcule d'ADN signifie uniquement affirmer que partout les protines sont synthtises partir de l'ADN puis de l'ARN. Ce qui est dj remis en cause actuellement. Par exemple on connat des antibiotiques qui sont de petits peptides (avec des acides amins L et D et des structures cycliques...) et qui sont synthtiss par une voie diffrente de la synthse ADN-ARN-ribosomes et qui pourraient bien constituer une voie alternative pour certains peptides. Pour la gramicidine S bactrienne ce sont de gigantesques enzymes (plus de 15.000 aa; la plus longue chane polypeptidique connue...) - les peptide synthtases non ribosomiques ou NRPS (Non Ribosomial Peptide Synthetase) - qui s'en chargent. Les NRPS ont t tudis (discrtement !) depuis les annes soixante. Les progrs de la biologie molculaire ont maintenant permis de couper ces normes molcules en modules actifs et, en insrant leurs gnes dans des cellules procaryotes htes, leur faire synthtiser des peptides antibiotiques " faon" (Demain, des antibiotiques faon ?, Mohamed Marahiel, Nadine Kessler et Uwe Linne, 2003, La Recherche, 370, dcembre 2003, p 54-58). Pour ce qui est des notions de programme gntique j'ai dj essay ailleurs d'en cerner les limites (voir commentaires du programme de seconde).

* un paradigme est, au sens de Thomas Kuhn (Structure des rvolutions scientifiques, Paris, 1972) une thorie scientifique qui, un moment donn, est accept par la majeure partie des scientifiques. Le passage d'un paradigme l'autre, au cours de l'histoire constitue une rvolution scientifique.