Cellule qui subit succession de mitoses => ensemble de cellules génétiquement semblables = clones cellulaires : impliqués dans reproduction asexuée (unicellulaires), renouvellement tissulaire, défense de l'organisme... (pluricellulaires)

Diversité génétique dans un clone issue d'accidents génétiques (=mutations) =>modifications qui ont lieu pendant duplication de l'ADN qui précède chaque mitose, transmises à l'ensemble des cellules qui dérivent du mutant => peuvent devenir héréditaires si elles sont dans une cellule de la lignée germinale

Mutations peuvent être sans effet ou avoir un effet négatif ou être à l'origine de caractères nouveaux (peuvent être sélectionnés pendant évolution)

Cellules pas identiques sur le plan génétique => chaque individu = plein de clones avec cellules qui ont accumulé mutations

Méiose + fécondation = mécanismes => permettent maintenir stabilité du caryotype pendant tout cycle de développement (génération n => n1)

• Fécondation : union des noyaux haploïdes de 2 gamètes => former noyau diploïde de la cellule-oeuf => permet rétablir diploïdie dans cellule-oeuf

Entrée spz dans ovule déclenche formation membrane de fécondation autour de l'ovule => empêche pénétration d'autres spz

2 noyaux haploïdes mâle + femelle fusionnent => forment noyau à 2n chr dans zygote obtenu (espèce humaine 23 paires de chr homolgues). 1ere mitose cellule-oeuf débute après réplication de l'ADN => nouvel embryon

Lois de Gregor Mendel (1866) => croisements étudiant la transmission d'1 ou 2 caractères chez le pois

• Loi d'uniformité des F1 = tous les enfants de 1ère génération issus d'un croisement de parents de lignées pures => 1 seule forme de caractère étudié
• Dominance et récessivité = Caractère visible qualifié de dominant / caractère masqué qualifié de récessif => apparait en F2
• Loi de pureté des gamètes = chacune des 2 formes du caractère déterminée par un facteur reçu par les parents => chaque hybride reçoit un seul facteur par les gamètes

Espèce humaine : identification des allèles portés par individu => étude arbres généalogique. On peut déterminer si caractère à transmission autosomique ou gonosomique, récessive ou dominante => on s'appuie sur règles de transmission des caractères héréditaires.

Séquençage de l'ADN => accéder au génotype de chaque individu. Bio-informatique = constitution de bases de données informatisées => identification d'associations entre certaines gènes mutés et certains phénotypes. (transmission amertume => PTC + Blat et Chromosome Walk => gène positionné sur chr 7)

Etudes sur croisement drosophiles de lignées pures et croisement test (=test-cross) => mettre en évidence existence plusieurs brassages génétiques au cours de méiose (gènes mouche codent pour couleur yeux, couleur corps, tailles ailes, présence ailes)

Brassage intra-chromosomique en prophase 1 : Chr homologues s'aparient => forment bivalents ou tétrades ( n bivalent ). Brassage = réassociation => Chromatides de chromosomes homologues se sont cassés, échangés réciproquement, recollés => chromosomes recombinés = crossing-over

Allèles d'un chr peuvent être échangés avec allèles portés par le chr homologue => chromatides soeurs ne portent plus le même contenu génétique

Chez individu héterozygote pour 2 gènes portés par un même chr => crossing-over à l'origine de gamètes "recombinées" => mis en évidence avec croisement-test (croisement individu étudié / individu homozygote récessif). Gamètes recombinés minoritaires (rapport aux non-recombinés) car crossing-over = phénomène non-systématique => à l'origine de quelques descendants avec phénotype recombiné (=différent de leurs parents dans croisement-test)

Brassage inter-chromosomique en anaphase 1 : métaphase 1 => disposition des chromosomes aléatoire sur le plan équatorial. Séparation chr homologues en anaphase 1 donne différents assortiments chromosomiques

Brassage mis en évidence par croisement-test entre parent hétérozygote (2 gènes situés sur chr différents) et parent homozygote récessif (pour les 2 gènes). => différents phénotypes parentaux et recombinés obtenus en quantité équivalente => montre production équiprobable de gamètes différents par individu hétérozygote => confirme caractère aléatoire de migration des chr homologues. (1er croisement chez les mouches)

Nb gamètes différents possibles à partir d'une cellule diploïde à n exemplaires de chr = 2n combinaisons possibles (+de 8 millions de possibilités). Brassage interchromosomique s'applique à chr déjà remaniés par brassage intrachromosomique => nb gamètes différents INFINI

Fécondation amplifie brassage génétique réalisé pendant méiose car réalise rencontre aléatoire de 2 gamètes génétiquement différents => crée combinaisons alléliques diverses. Chacun des 2*60 spz peut s'unir à 2*60 ovules => nb de combinaisons supérieur à 2*60x2*60 => 1.32x10*36 => diversité génétique potentielle des zygotes quasi-infinie (tableau de fécondation TP4)

Brassage interchromosomique:

Anomalies survenant au cours de la migration des chr homologues en anaphase 1 ou des chromatides en anaphase 2 => présence d'un nb anormal de chr (n+1 ou n-1) dans les gamètes obtenus. Si gamète impliqué dans fécondation, le zygote obtenu possède aussi un caryotype anormal (2n+1 = trisomie => syndrome de Down ou de klinefelter / 2n-1 = monosomie => syndrome de Turner) => à l'origine de troubles voire non viable (schéma méiose anormale + tableau fécondation )

Polyploïdie = + de 2 copies d'un chr => caractéristique des espèces ayant subi un événement de duplication du génome associé ou non à une hybridation interspécifique. Très fréquent chez plantes et marques de polyploïdie ancienne observées pour tous les génomes de plantes => facteur majeur de la plasticité phénotypique + de l'évolution génétique pouvant modifier les capacités adaptatives des espèces végétales (banane 3n=33)

Brassage intrachromosomique :

Pendant prophase 1, appariement incorrect de chr homologues peut se réaliser => chr subissent un crossing-over inégal qui donne un chr possédant un gène en 2 exemplaires = duplication d'un gène (l'autre chr l'a perdu). Le zygote obtenu à partir de ce gamète possède un exemplaire supplémentaire du gène. (schéma crossing-over anormal)

Duplicatas d'un gène subissent mutations qui s'accumulent avec le temps => deviennent des gènes qui se ressemblent mais qui peuvent coder pour de nouvelles protéines => assureront de nouvelles fonctions + participeront à l'évolution. Gènes issus d'un seul gène par duplications + mutations = familles multigéniques => diversification du vivant (ex familles multigéniques = opsines)

Mutations, modifications accidentelles des génomes et brassage génétique réalisés par reproduction sexuée assurent l'émergence de nouveaux génomes

Transferts horizontaux d'ADN entre bactéries :

Bactéries ont capacité d'intégrer de l'ADN et de l'exprimer => permis par l'universalité de la molécule d'ADN

Transferts génétiques horizontaux : échanges génétiques en l'absence de toute reproduction / transferts génétiques verticaux : reproduction (transferts mis en évidence en 1944 par chercheurs qui ont montré que des souches de bactéries non virulentes (R) le deviennent en contact avec des bactéries virulentes (S) par intégration d'un fragment d'ADN provenant des bactéries S mortes dans leur génome (transformation) )

Types de transferts horizontaux :

• transformation : intégration d'ADN libéré dans l'environnement
• transduction : transfert d'ADN par l'intermédiaire d'un virus (bactériophage) => emporte fragments du génome d'une bactérie donneuse vers une bactérie receveuse
• conjugaison : transfert d'ADN entre 2 bactéries par l'intermédiaire d'un pont de conjugaison. ADN échangé par conjugaison peut-être un plasmide (=petite molécule circulaire indépendante du chr bactérien)

Hérédité cytoplasmique = transmission de caractères par l'intermédiaire de plasmides

Importance des transferts horizontaux :

Principaux arguments = comparer les séquences de protéines et rechercher les séquences apparentées (=semblables) => on représente cet apparentement sous forme d'arbres phylogénétiques => construire des phylogénies (placenta apparu il y a 150 millions d'années pourrait correspondre à la capture d'une séquence ENV d'un rétrovirus + à son intégration au génome des mammifères => élaboration d'un placenta primitif + apparition de la lignée ancestrale à l'origine des marsupiaux et des placentaires. Séquence aurait été remplacée au fur et à mesure de la radiation des mammifères par de nouveaux gènes ENV => plusieurs infections indépendantes par des rétrovirus différents. => gènes différents les uns des autres dotés soit de propriétés fusiogènes, soit de propriétés immunosuppressives, ou les 2 => avantage sélectif pour leur hôte + a contribué à la diversité des structures placentaires observées chez les mammifères. Transmission verticale de séquences de rétrovirus intégrés a contribué à l'établissement de fonctions essentielles pour les mammifères => diversification du vivant

Placenta des primates Hominoïdes + efficace que celui des autres primates => possède 2 syncytines. Rétrovirus a infecté les cellules germinales d'un ancêtre primate il y a 30 millions d'années => infection a permis l'intégration de l'ADN viral + sa transmission sur générations intégrant de manière permanente l'info génétique dans le génome. => devenu endogène, code pour la syncytine 1. Découverte de vertébrés placentaires non mammaliens vivipares (ex: lézard Mabuya endémique des Antilles => gène de syncytine identifié dans génome femelle). (Capacité des japonais à digérer les sucres complexes des algues proviendrait d'un transfert de gènes entre bactéries présentes sur les algues + leur microbiote

Applications humaines des transferts de gènes :

Thérapie génique / génothérapie = stratégie thérapeutique => faire pénétrer des gènes dans les cellules ou les tissus d'un individu pour traiter la maladie. Remplacer ou complémenter un allèle mutant défectueux par un allèle fonctionnel ou surexprimer une protéine dont l'activité aurait un impact thérapeutique. Utilisation de virus modifiés pour transporter un gène thérapeutique => efficacité des virus pour transférer leur propre matériel génétique dans les cellules humaines. Utilisation de rétrovirus modifiés génétiquement = "sécurisés" => produire des vecteurs viraux

Séquences du virus qui codent des protéines associées à un comportement pathogène éliminées, seulement celles qui sont utilisées pour construire la particule virale et assurer le cycle d'infection sont conservées. Génome du virus reconstruit pour porter les séquences du gène thérapeutique => insère n'importe où la nouvelle info génétique dans le génome de la cellule cible. Génome du rétrovirus sous sa forme ADN est stable et transmis de manière mendélienne une fois intégré. (1er succès mondial sur une fillette de 4 ans atteinte d'un déficit immunitaire = bébé bulle en 2000

Edition génomique = éliminer ou réparer un gène altéré directement dans la cellule => nécessite d'importer dans la cellule :

• Enzymes spécifiques (=nucléases) : vont couper le génome la où c'est nécessaire
• Segment d'ADN : sert à la réparation du génome + permettra de retrouver un gène fonctionnel

CRISPR : Vient des bactéries, leur permet de se défendre contre les virus => a été détournée pour couper + remplacer le gène défectueux de manière ciblée. Plusieurs essais cliniques déjà en cours aux USA + Chine (prix nobel de chimie 2020 de Emmanuelle Charpentier)

Problèmes éthiques : interdit par la convention d'Oviedo de manipuler le génome transmissible à la descendance => modifications peuvent se faire sur des cellules somatiques uniquement

Applications de la transgénèse aujourd'hui essentiellement médicales :

Ex : production d'insuline => traitement diabète de type 1 (insulino-dépendant). Personnes atteintes présentent une déficience en cette hormone hypoglycémiante => déficience due à une destruction des cellules du pancréas assurant sa production. Sans insuline, taux de sucre dans le sang (la glycémie) devient supérieur à la valeur dite "consigne" (=1g/L). Insuline utilisée pour soigner les malades d'abord extraite de pancréas de porc et de boeuf => demande de + en + importante au niveau mondial + risque sanitaire lié à l'utilisation de produits animaux => mise en place de techniques de production d'insuline par génie génétique. Bactéries transformées pour produire de l'insuline humaine => chercheurs ont modifié un plasmide en y introduisant le gène codant pour l'insuline => ont transformé des bactéries avec le plasmide recombiné popur en faire des bactéries productrices d'insuline.

Bactéries cyborg crées sur mesure pour produire des molécules thérapeutiques directement dans les tissus infectés ou molécules toxiques contre des bactéries résistantes ou cellules cancéreuses. => problème de pouvoir les désactiver sur commande pour qu'elles ne se répandent pas dans le corps/ dans l'environnement

Transferts de gènes et résistance aux antibiotiques :

Antibiorésistance des bactéries provient d'une mutation conférant un avantage sélectif vis-à-vis d'un antibiotique. Gène muté transmis lors de la mitose aux cellules descendantes => une partie de la colonie de bactéries devient résistante. Si traitement antibiotique => bactéries non résistantes sont éliminées, survivent seulement les bactéries résistantes => colonie bactérienne devient uniforme sur le caractère résistance aux antibiotiques => on parle de "souche résistante"

Plusieurs espèces bactériennes présentent une même résistance à un antibiotique (parfois 2) => peu probable que la mutation ait lieu plusieurs fois dans l'évolution + d'obtenir par mutation des bactéries résistantes aux 2 mêmes antibiotiques mais appartement à des espèces différentes. Transfert de matériel génétique entre bactéries vivantes explique la propagation de l'antibiorésistance => mécanisme = conjugaison => bactéries d'espèces différentes peuvent être en contact.

Surpopulation humaine + méthodes d'élevage + de culture "intensive" nécessitent l'utilisation excessive d'antibiotiques favorisant la sélection de souches résistantes. Consommation de produits contenant ces bactéries encore vivantes favorise le transfert par conjugaison des gènes de résistances portés par les plasmides bactériens aux bactéries de notre microbiote + aux bactéries pathogènes vivant sur nous + dans notre environnement => apparaissent des maladies "nosocomiales"

Symbiose = association durable à bénéfices réciproques entre organismes d'espèces différentes => endosymbiose quand l'un des partenaires vit à l'intérieur des cellules de l'autre (ex : chlorelles = algues unicellulaires vivant à l'intérieur des polypes constructeurs de coraux / endosymbiose de chloroplastes d'algues Vaucheria litorea dans les tissus digestifs d'Elysia) => endosymbiose apporte à son hôte des molécules organiques fabriquées pendant photosynthèse / organisme hôte procure à l'endosymbiote un milieu protégé + parfois des nutriments. Si endosymbiose, la cellule hôte intègre une part importante du génome de l'endosymbiote => génome de la cellule hôte enrichi = complexification du génome

Théorie endosymbiotique = hypothèse => chloroplastes + mitochondries des cellules eucaryotes (car possèdent leur propre ADN) sont doués de division + ont une double membrane + proviennent de l'incorporation (endocytose) par certaines archées de bactéries avec lesquelles elle auraient entretenu une relation endosymbiotique. Comparaison des génomes mitochondrial et chloroplastique => constater que leurs plus proches parents sont respectivement des a-protéobactéries et des cyanobactéries => mitochondries et chloroplastes sont issus d'endosymbioses. Cellule hôte intègre une part importante du génome de l'endosymbiote => génome qui a tendance à régresser sur les générations => la cellule intégrée devient un organite de la cellule hôte. Endosymbioses ont joué un rôle important dans évolution => diversification du vivant

Génétique des populations => étude de la fréquence des gènes + des génotypes + des facteurs susceptibles de modifier ces fréquences sur les générations successives. Loi de HW décrit les relations entre les fréquences génotypiques + les fréquences alléliques => permet l'estimation de la fréquence des hétérozygotes pour les maladies récessives autosomiques

Proposée en 1908 par Hardy (mathématicien) et Weinberg (médecin) : Dans une population les fréquences alléliques restent stables sur générations selon :

• les unions se font au hasard (PANMIXIE)
• l'effectif est infini (loi des grands nombres >1000 individus)
• taux de mutations = 0
• pas de sélection gamétique => pour un gène existant sous la forme de 2 allèles, autant de gamètes de chaque sorte (PANGAMIE)
• pas de sélection zygotique => tous les génotypes sont censés avoir la même espérance de vie pour le gène considéré
• individus pareillement viables et fertiles => population isolée, pas de migration, ni sélection contre un phénotype particulier, ni introduction d'individus extérieurs
• les générations ne se chevauchent pas

=> modèle car les conditions requises pour atteindre cet équilibre ne sont presque jamais atteintes dans la nature

Vérifier qu'à chaque génération les fréquences alléliques restent les mêmes.

Possibilité de produire 3 génotypes : (A//A), (A//a), (a//a) =>déterminer les fréquences des allèles dans population de départ (=génération 0) => déterminer la fréquence des différentes combinaisons de génotypes des différents couples formés dans cette population => on peut en déduire la probabilité d'apparition des différents génotypes chez leurs descendants + retrouver les fréquences théoriques des allèles dans génération 1. Si fréquence théorique des allèles dans génération 1 = à celles de la génération 0 => modèle de HW valide

Fréquence allèle A dans population = p => formule qui permet de trouver p à partir des fréquences mesurées des génotypes :

Allèle " A " retrouvé chez les homozygotes dominants + les hétérozygotes => 2 exemplaires de l'allèle A chez l'homozygote / 1 exemplaire chez l'hétérozygote => fréquence de "A" = somme de la fréquence de l'allèle A dans les différents génotypes de la population

freq(A//A) + 1/2 (A//a) = p² + pq

Fréquence allèle "a" dans population = q (allèle récessif). Allèle "a" chez homozygotes récessifs + chez hétérozygotes => fréquence allèle "a" = somme de la fréquence de l'allèle "a" dans les génotypes de la population

freq(a//a) + 1/2 (A//a) = q² + pq

somme des fréquences = 1 => p² + 2pq + q² = 1