Croisements génétiques

Un croisement génétique est l’accouplement tenace de deux individus résultant de la combinaison de matériel génétique chez la progéniture. Les croisements peuvent être effectuées dans de nombreux systèmes de modèle — y compris les plantes, les levures, les mouches et les souris — et peut être utilisé pour disséquer les processus génétiques ou créer des organismes à caractères nouveaux.

Cette vidéo va couvrir une partie des principes de croisements génétiques, examiner une seule méthode pour effectuer des croisements appelées l’analyse en tétrade et discuter de plusieurs applications de cette technique.

Tout d’abord, nous allons introduire les principes de base de l’héritage qui permettent des croisements génétiques.

Phénotype de l’organisme, ou la composition des caractères, est influencée par son patrimoine génétique ou génotype. En se reproduisant plus sexuellement les organismes, la génération parentale produit des cellules de gamètes haploïdes, qui ont une copie de chaque chromosome distincte. Ce fusionnent puis pendant l’accouplement afin de produire une progéniture diploïde avec deux homologues copies de chaque chromosome. Si les deux chromosomes contiennent le même allèle, ou une variante d’un gène, alors l’organisme est « homozygote » à ce locus génétiques ; Sinon, c’est « hétérozygote ».

Pour recommencer le cycle, l’organisme diploïde génère à nouveau par l’intermédiaire de la méiose des gamètes haploïdes. Au cours de ce processus, les deux chromosomes homologues subissent « recombinaison, » où les bouts de séquences équivalentes sont échangés entre la paire. Ce processus de mélange vers le haut les allèles parentaux hérités par chaque progéniture, augmentant ainsi leur diversité génétique.

Une des premières personnes à effectuer des croisements génétiques systématiques a été le « père de la génétique, » Gregor Mendel. En utilisant la plante de pois facilement manipulables et en examinant une série de traits avec les modèles compatibles d’héritage, Mendel a pu dériver trois lois fondamentales de l’héritage qui forment la base de la génétique.

Première loi de Mendel est la Loi d’uniformité, qui stipule que la progéniture d’hétérozygotes de la première, ou F1, génération de deux individus homozygotes aura le phénotype d’un seul parent. L’allèle établissant ce phénotype est appelée « dominante », alors que l’allèle « caché » est « récessif ». Nous savons maintenant des relations de dominance sont souvent moins claire, avec des cas tels que dominance incomplète, où hétérozygotes expriment un phénotype mixte ; et codominance, où les deux phénotypes sont affichés.

La Loi de ségrégation stipule qu’un allèle est assigné au hasard à chaque gamète. En observant que la descendance F2 de l’autofécondation d’individus F1 hétérozygotes affiché un ratio de 3:1 phénotypique, mais que deux des individus phénotypiquement dominantes sont en fait des hétérozygotes, Mendel a déduit que les deux allèles parents doivent être hérité séparément. Aujourd'hui, nous savons que la ségrégation se produit au cours de la méiose, lorsque les deux chromosomes homologues du parent diploïde sont divisés au hasard en les cellules filles haploïdes, chacun héritant de l’un des deux allèles.

Troisième loi de Mendel est l’assortiment d’indépendantes de loi, qui stipule que les caractères individuels sont héritées indépendamment. Nous savons maintenant que l’indépendance absolue n’existe que pour les caractères contrôlés par des gènes sur des chromosomes séparés dans le jeu haploïde, qui sont distribués indépendamment aux cellules filles lors de la méiose. Pour les deux gènes sur le même chromosome, la distance entre eux est inversement proportionnelle à la probabilité qu’ils sont recombinés sur différents chromosomes homologues, et par extension, quelle est la probabilité qu’ils sont hérités ensemble dans la même descendance. Par conséquent, analysant les quatre produits méiotiques d’un organisme diploïde permet aux scientifiques de cartographier la localisation des gènes.

Après avoir examiné les principes qui sous-tendent les croisements génétiques, nous allons jeter un oeil à un protocole d’analyse de la tétrade.

Cette technique est généralement appliquée à certaines algues unicellulaires ou champignon, telles que la levure, à disséquer les quatre produits méiotiques haploïdes ou spores qui, chez ces espèces, restent ensemble comme une « tétrade » au sein d’un seul corps de la cellule.

Pour effectuer l’analyse en tétrade chez la levure, les souches souhaitées sont tout d’abord cultivées sur un milieu approprié. Levures de colonies individuelles sont autorisées à s’accoupler, par exemple par l’ensemencement de chaque souche en croix sur une nouvelle plaque. Cette plaque est ensuite plaqué réplique dans des milieux sélectifs d’isoler uniquement le produit diploïde de la Croix.

Les cellules diploïdes sélectionnées sont cultivés sur milieux pauvres en nutriments pour induire la formation de la sporulation et la tétrade. Les asques, qui sont les structures qui retiennent les tétrades de spores, sont digérés dans des solutions contenant l’enzyme zymolyase. Après digestion, asques individuels sont manipulées à l’aide d’un microscope tétrade-dissection. Ils sont disposés à des endroits précis sur une plaque de croissance et perturbés pour libérer les spores individuelles. Ceux-ci peuvent être placés dans un modèle de type grille, où chaque spore générerait une colonie individuelle qui peut être analysée plus loin.

Maintenant que vous savez comment effectuer l’analyse en tétrade, examinons quelques-unes des nombreuses applications ou modifications de cette technique.

Dissection manuelle des tétrades prend du temps, et les chercheurs ont mis au point des solutions de rechange haut-débit, tels que code à barres-activé le séquençage des tétrades. Dans cette méthode, les descendants diploïdes d’une levure de croix a été transformé avec une bibliothèque des plasmides, dont chacun contient une séquence courte et unique connue comme un « code barre » qui agit comme un identificateur pour chaque progéniture. Les plasmides expriment également GFP, permettant des asques de levure être sélectionné par cytométrie en flux et tri sur plaques de gélose. Les asques sont lysées massivement sur les plaques et les spores ont été autorisés à se transformer en petites colonies. Les colonies ont été ensuite aléatoirement distribués aux plaques à 96 puits pour le génotypage. Le code à barres unique séquence permet aux chercheurs de regrouper les quatre colonies qui découlant des spores de chaque tétrade.

Des croisements génétiques permet également de générer des cellules de levure avec un grand nombre de suppressions de gène. Dans le processus de monstre vert, levure haploïde de mutant transportant des destructions de différents gènes marquées par GFP sont accouplés et sporulé. Ces descendants haploïdes, dont certains portent des destructions héritées des deux parents, sont triés par fluorescence-lancée cytométrie en flux, où l’intensité GFP a montré en corrélation avec le nombre de suppressions dans une souche de levure spécifique. Ces sélectionné puis des cellules cultivées et re-croisés. Répéter ce cycle a généré des souches de levures contenant de nombreuses destructions.

Enfin, des croisements génétiques ont été adaptés pour une utilisation dans de nombreux systèmes de modèle, tels que le parasite intracellulaire qui causent le paludisme Plasmodium. Parce que le parasite ne peut se reproduire dans les autres cellules, toutes les étapes du passage à niveau doivent être effectuées chez la souris ou les moustiques, hôte naturel du parasite et vecteur, respectivement. Ici, les souris ont été infectées avec deux souches de Plasmodium uniques au stade parasite sanguin. Les parasites ont été ensuite transférés dans les moustiques via l’alimentation sanguine, et une fois à l’intérieur ils ont mûri en gamètes qui seraient fertiliser pour former des zygotes diploïde. Les sporozoïtes matures ont été récoltées dans le moustique et servis à infecter des souris naïves, où les parasites ont été propagées pour isoler la descendance croisée d’intérêt.

Vous avez juste regardé les vidéo de JoVE sur des croisements génétiques. Dans cette vidéo, nous a présenté les principes de l’héritage, comment les croisements génétiques chez certains organismes peuvent être analysées avec dissection de la tétrade et quelques applications courantes. Comme toujours, Merci pour regarder !