Deux gènes liés : estimation de la distance entre les gènes

1. Des gènes liés

Chaque espèce possède des milliers de gènes, mais peu de paires de chromosomes (4 paires chez la drosophile, 23 chez l'être humain). Chaque chromosome porte donc de nombreux gènes. Deux gènes situés sur la même paire de chromosomes sont dits liés : ils ont tendance à être transmis ensemble.

Écriture : pour deux gènes liés, on écrit les allèles portés par un même chromosome du même côté des barres. Par exemple, (b+ vg+ // b vg) signifie : un chromosome porte b+ et vg+, son homologue porte b et vg. Un gamète s'écrit (b+ vg+ /).

Symboles chez la drosophile : b+ (corps gris) domine b (corps noir) ; vg+ (ailes longues) domine vg (ailes vestigiales).

2. Les expériences de Morgan

On croise une lignée pure grise à ailes longues (b+ vg+ // b+ vg+) avec une lignée pure noire à ailes vestigiales (b vg // b vg). La F1 est grise à ailes longues : (b+ vg+ // b vg).

Croisement-test d'un mâle F1 avec une femelle noire à ailes vestigiales : on obtient seulement deux phénotypes, 50 % gris-longues et 50 % noirs-vestigiales, identiques aux parents. Le mâle ne produit que deux types de gamètes, (b+ vg+ /) et (b vg /) : les gènes restent toujours ensemble. C'est la liaison absolue (chez la drosophile, il n'y a pas de crossing-over chez le mâle).

Croisement-test d'une femelle F1 avec un mâle noir à ailes vestigiales : on obtient quatre phénotypes en proportions inégales :

On a 83 % de phénotypes parentaux et 17 % de recombinés (et non 50 % comme pour des gènes indépendants). C'est la liaison partielle.

3. L'explication : le crossing-over

Pendant la prophase I de la méiose, les chromosomes homologues sont appariés. Il arrive que deux chromatides non sœurs (une de chaque homologue) se croisent, se cassent au même niveau et échangent les fragments situés au-delà du point de croisement : c'est le crossing-over (ou enjambement).

Si un crossing-over se produit entre les deux gènes, deux des quatre chromatides deviennent recombinées : l'une porte b+ et vg, l'autre b et vg+. Les deux autres chromatides restent parentales. À la fin de la méiose, chaque chromatide se retrouve dans un gamète.

Conséquences :

• une cellule où a lieu un crossing-over entre les deux gènes donne 50 % de gamètes recombinés ;
• les autres cellules ne donnent que des gamètes parentaux ;
• au total, le pourcentage de gamètes recombinés est donc toujours inférieur à 50 %. Ici, 17 % de recombinés signifie que 34 % des cellules ont connu un crossing-over entre b et vg.

Dans le croisement-test, les descendants reflètent les gamètes de la femelle F1 : le pourcentage de phénotypes recombinés est égal au pourcentage de gamètes recombinés.

4. Estimer la distance entre deux gènes

Plus deux gènes sont éloignés sur le chromosome, plus un crossing-over a de chances de se produire entre eux, et plus le pourcentage de recombinés est élevé. Morgan et ses élèves ont eu l'idée d'utiliser ce pourcentage comme une mesure de la distance entre les gènes.

Définition : la distance entre deux gènes liés est égale au pourcentage de recombinaison obtenu dans un croisement-test. On l'exprime en centimorgans (cM) : 1 % de recombinés = 1 cM (on dit aussi « unité de recombinaison »).

Distance (en cM) = nombre de recombinésnombre total de descendants × 100

5. Attention à la disposition des allèles (cis ou trans)

Les phénotypes parentaux sont ceux des parents de lignée pure qui ont donné la F1, pas forcément « tout dominant » et « tout récessif ».

• Si la F1 vient de [b+ vg+] × [b vg], elle est (b+ vg+ // b vg) : les parentaux sont gris-longues et noirs-vestigiales.
• Si la F1 vient de [b+ vg] × [b vg+], elle est (b+ vg // b vg+) : les parentaux sont gris-vestigiales et noirs-longues, et les recombinés sont gris-longues et noirs-vestigiales.

Dans tous les cas, les deux classes majoritaires sont les parentales et les deux classes minoritaires les recombinées.

6. La carte factorielle

Les distances sont à peu près additives pour des gènes proches. Avec trois gènes, on peut donc trouver leur ordre sur le chromosome : le gène situé au milieu est celui dont les distances aux deux autres s'additionnent pour donner la plus grande distance. La représentation obtenue est une carte factorielle (ou carte génétique).

7. Reconnaître la situation