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Atelier de génétique des populations empirique

Thierry De Meeûs

Interactions hôtes - vecteurs - parasites dans les infections par des trypanosomatidae - (INTERTRYP), UMR IRD/CIRAD 177

Centre International de Recherche-Développement sur l'Elevage en zone Subhumide (CIRDES), 01 BP 454, Bobo-Dioulasso 01, Burkina-Faso.

WHO Collaborating Centre for research on host/vector/parasite interactions for surveillance and control of Human African Trypanosomiasis

(+226) 20 97 00 94 (+226) 76 86 40 88 (Burkina-Faso) (+33) (0)6 19 83 52 60 (France)Fax: (+226) 20-97- 23-20 thierry.demeeus@ird.fr

http://gemi.mpl.ird.fr/SiteSGASS/SiteTDM/TdeMeeus.html

Jour 1Cours 1

Introduction

Méthodes indirectes

Méthodes directes

Détection de la variation génétique

♀

♀

♂

♂

♀

♀

♂

♂

Marqueurs cytoplamiques

AA Aa aa

[a][A]

RAPD (Randomly Amplified Polymorphic DNA)

ATGATCTACTAG

TCATGAAGTACT

AATCTGTTAGTA

ATGCACTACGTGAmorces PCRaléatoires

Presence ou absence de produit amplifié=>marqueur dominant

Maladies génétiques récessives

Marqueurs nucléaires

Marqueurs dominants

Détection de la variation génétique

Enzymes

mRNA

+

-

CTCTCTCTAGAGAGAG

Primer1

Primer2

PCR

CTCTCTCTCTAGAGAGAGAG

Primer1

Primer2

+

-

Microsatellites

Electrophorèse

AUGCAGCCAUAGGCG

Phe-Pro-Leu-Ileu-Val

RFLP, MLST, SNP…

Détection de la variation génétique: marqueurs codominants

A1A1 A1A2 A2A2

Neutralité=une hypothèse forte pour les inférences

Alloenzymes

Structure d'une populationStratégie de reproduction, taille des unités démographiques et migration (ou dispersion)

I. Notions de biologie moléculaire et de génétique formelle

1. ADN Molécule universelle de la transmission de l'information génétique

Molécule de la vie

1. ADN Molécule universelle de la transmission de l'information génétique

Molécule de la vie

1. ADN Molécule universelle de la transmission de l'information génétique

Molécule de la vie

Purine: Base, constituant essentiel des nucléotides eux même éléments de base des acides nucléiques (ARN et ADN),

complémentaires des Pyrimidines. Il en existe deux l'adénine (A) et la guanine (G).

Pyrimidines: Base, constituant essentiel des nucléotides eux même élément

de base des acides nucléiques (ARN et ADN), complémentaires des purines.

Il en existe trois, la thymine (T), l'uracile (U qui prend la place de T dans l'ARN) et la cytosine (C).

A est complémentaire de T et UG est complémentaire de C

1. ADN Molécule universelle de la transmission de l'information génétique

Molécule de la vie

1. ADN Molécule universelle de la transmission de l'information génétique molécule de la vie

Code génétique=> code génétique "dégénéré"

1. ADN Molécule universelle de la transmission de l'information génétique

Molécule de la vie

Il y a 3 à 3.5 milliards d'années

2. Les trois domaines du vivant

Virus?

Procaryotes

Génétique de procaryotes

Envoloppe de peptidoglycanes

Génétique de procaryotes

Conjugaison

Transformation

Transduction

Génétique de eucaryotes

Génétique de eucaryotes

Mutualisme

Elysia chlorotica

Tridacna gigas

ZooxhantellaDinophyceae

Corail

Zoochlorella

Anthopleura elegantissima

Hydra viridis

Rafflesia

Génétique de eucaryotes

Cellule animaleen fait cellule "non-végétale"

Cellule végétale

Génétique de eucaryotes

Duplication de l'ADNdans le noyau

Génétique de eucaryotes

La mitoseune caractéristique des eucaryotes

Génétique de eucaryotes

La méïoseune autre caractéristique des

eucaryotes

Reproduction sexuéeDeux conséquences:

Ségrégation&

Recombinaison

Génétique de eucaryotes

La méïose une caractéristique des eucaryotes apparue il y a 850 millions d'années environs

Réparer les effets délétères des transferts horizontaux de gènes et/ou corriger les

polyploïdisations supposés nombreux au Proterozoïque

Isogamie

Anisogamie

2N2N

N

N

Isogamie

Génétique de eucaryotes

ab

dc

e

Laitue de mer

Anisogamie

Génétique de eucaryotes

Anisogamie

Génétique de eucaryotes

Introns, exons et épissage, une caractéristique des eucaryotes

G U Pu A G U C U Pu A Py N C A G

snRNPs (small nuclear ribonucleoprotein particles)

complexes of snRNAs and proteins

Py richA/C A G G

Splice donor site

Branchsite

Spliceacceptor site

20-50 bases

IntronExon 1 Exon 2

5' 3'

Purine Pyrimidine

Excised intron in lariat shape

Mature mRNA

Exon 1 Exon 25' 3'

5' 3'

Spiceosome

Mutations ponctuelles

Transition: Mutation ponctuelle consistant au remplacement d'une purine par une autre purine (A<=>G) ou d'une pyrimidine par une autre pyrimidine (C<=>T)

(antonymique de transversion).

Transversion: Mutation ponctuelle consistant au remplacement d'une purine par une pyrimidine ou d'une pyrimidine par une purine (A<=>T, A<=>C, G<=>C, G<=>T)

(antonymique de transition), deux fois moins fréquentes que les transistions.

Insertions et délétions

Éléments transposables (transposons) et rétrovirus

Mutations chromosomiques

IAM: Infinite Allele Model (si identiques, alors ils le sont par descendance)KAM: K allele model (homoplasie: pas nécessairement identique par descendance)SMM: Stepwise Mutation Model (microsatellites)(-CACACACA-)TPM: Two Phase Model (SMM+KAM)

3. La mutation, clé de la variation génétique et de l'évolution

4. Variation génétique: génotype et phénotype

BbCc=Génotype

[B]=Phénotype

Le phénotype ne reflète pas nécessairement le génotype

CTCTCTCTAGAGAGAG

Primer1

Primer2

CTCTCTCTCTAGAGAGAGAG

Primer1

Primer2

+

-

Microsatellites

5. Variation génétique: hérédité mendelienne

Gregor Mendel (1822-1884)

5. Variation génétique: caractères complexes

A B C D EEnzyme 4Enzyme 2 Enzyme 3Enzyme 1

A B C D EEnzyme 4Enzyme 2 Enzyme 3Enzyme 1

A B C D EEnzyme 4Enzyme 2 Enzyme 3Enzyme 1

Phénotype [+]ou sauvage

Phénotype [-]ou mutant

Phénotype [-]ou mutant

Enzyme 4Enzyme 2 Enzyme 3Enzyme 1

Enzyme 4Enzyme 2 Enzyme 3Enzyme 1

Complémentation

Phénotype [+]ou sauvage

Individu diploïde

PléiotropieEnzyme 1

Charactère 1

Charactère 2A

Epistasie

Enzyme 2

Enzyme 1A

BCharactère 1

Charactère 2

Enzyme 3

Enzyme 3a

5. Variation génétique: recombinaison

Thomas Hunt Morgan (1866-1945)

Hybridation AABBaabb

F1: 100% AaBb

F2: AaBb AaBb

Back cross: AABBAaBb

A B

a b r

(1-r) /2 AB, r/2 Ab, r/2 aB, (1-r)/2 abAB

(1-r) /2 AABB, r/2 AABb, r/2 AaBB, (1-r)/2 AaBb

5. Variation génétique: recombinaison

Thomas Hunt Morgan (1866-1945)

r100=[f(AABb)+f(AaBB)]100=Distance génétique en centimorgans

6. Consanguinité, parenté, apparentement et pédigrées

A

1/2 1/2

1/2 1/2

1/2 1/2

D

M P

GP GM

AGM AGP

FGP=FGM=φAGM-AGP

FAGP=FAGM=0

FP=FM=φGM-GP

FD=φM-P

FA=0

Probabilité que A donne le même allèle à AGM et AGP=1/2 ×1/2×2+1/2×FA=1/2×(1+FA)=1/2=φAGM-AGP

Probabilité qu'un même allèle commun à AGM et AGP soit retrouvé en double dans D=(1/2)6

FD=(1/2)6×φAGM-AGP

FD=(1/2)7=1/128≈0.00078

Apparentement (relatedness)rxy=2φxy

FD=(1/2)(C1+1)×(1+FA)+(1/2)(C2+1)×(1+FAGP)

FAGP=FA=0

FD=(1/2)7+(1/2)4=(1/128)+1/16≈0.07

6. Consanguinité, parenté, apparentement et pédigrées

6. Consanguinité, parenté, apparentement et pédigrées

FD=(1/2)(CA+1)×(1+FA) +(1/2)(CAGP+1)×(1+FAGP) +(1/2)(CAGM+1)×(1+FAGM)

+(1/2)(CGP+1)×(1+FGP)

FAGM=FAGP=FA=0

FGP=(1/2)(CA/GP+1)(1+FA)=(1/2)3

FD=(1/2)7+(1/2)5+(1/2)5 +(1/2)3×(1+(1/2)3)

FD=(1/2)7+(1/2)4 +(1/2)3+(1/2)6

FD=1/128+1/16+1/8+1/64=0.211