Test de l’indépendance génétique à l’issue d’un test cross F1 × parent double récessif :
Dans le cas d’un croisement F1 × parent récessif (test cross), les résultats attendus
sont formulés par un tableau de croisement des gamètes plus simple (tab. 3.3).
Les
phénotypes des diploïdes résultant de l’union des gamètes dépendront des relations
de dominance et de récessivité existant pour chacun des couples d’allèles, uniquement
en fonction de l’apport du gamète F1, ce qui permet d’en déduire le contenu
génétique plus facilement que dans un croisement F1 × F1 (tabl. 3.1).
Les fréquences des quatre types de gamètes sont directement estimables, car elles
sont égales aux fréquences des quatre types de phénotypes résultant des unions
gamétiques :
f [A, B] = (1 – r)/2; f [A, b] = f [a, B] = r/2; f [a, b] = (1 – r)/2
TABLEAU 3.3 TABLEAU DE CROISEMENT DES GAMÈTES.
Génotype et phénotype associés dans le cadre d’un test cross.
Si les deux gènes sont génétiquement indépendants, r = 1/2, ce qui correspond
aussi à (1 – r) = 1/2, équifréquence des gamètes recombinés et parentaux. On trouve
alors les proportions 1/4-1/4-1/4-1/4, encore notées 1-1-1-1.
S’il y a liaison génétique, alors r est inférieur à 1/2, et la proportion des phénotypes
parentaux [a, b] doit être significativement supérieure à 1/4, ce qui doit éventuellement
être justifié par un test statistique.
Cette fréquence tend vers 1/2 à mesure
que la distance diminue.
Remarque 1. La distance est facile à estimer par l’estimation de :
r = f [A, b] + f [a, B]
Remarque 2. Si les deux gènes sont impliqués dans un même phénotype
mutant, le tableau de croisement des gamètes sera modifié en conséquence
(tab. 3.4) et ne laissera apparaître que les deux seuls phénotypes parentaux
sauvage [+] et mutant [–].
TABLEAU 3.4 TABLEAU DE CROISEMENT DES GAMÈTES.
Génotypes et phénotypes associés, dans le cadre d’un test cross, pour deux gènes
impliqués dans un même phénotype, de façon complémentaire (voir tabl. 3.2).
Ce tableau permet alors d’estimer les fréquences des deux types de phénotypes,
en fonction des fréquences des quatre types de gamètes :
f [+] = (1 – r)/2; f [–] = (1+ r)/2
L’estimation de r est beaucoup plus facile que dans le croisement F1 × F1, mais
s’il est évident que l’absence de ségrégation 2/2 signifie que plus d’un gène est muté
dans la souche parentale étudiée, le nombre de gènes mutés n’est pas directement
accessible, ce peut être deux, ce peut être plus.
Il convient alors de faire appel, si cela
est possible, au test de complémentation fonctionnelle utilisé comme test
d’allélisme pour tenter de les dénombrer sans ambiguïté.
Remarque 3. Si les deux gènes sont si proches que leur distance est nulle
(r = 0) et qu’aucun crossing-over ne survient, les allèles A et B vont coségréger
et on retrouvera 1/2 de phénotype parental dominant et 1/2 de phénotype
parental récessif.
Un tel résultat serait alors interprété comme une ségrégation 2/2 pour un
couple d’allèle, l’allèle muté étant pléiotrope (voir remarque 3 page 59 plus
haut).
Exercices
:
Exercice 3.1
:
Il existe de nombreuses variétés de tomates différant les unes des autres
par un ou plusieurs caractères héréditaires.
On choisit comme souche de
référence, notée SSR, la souche à feuille unie verte, à fleur jaune, fruit
rouge et peau lisse.
On dispose d’une variété pure A à feuille verte tachée
de jaune, à fleur blanche, à fruit jaune et à peau veloutée.
1. On croise entre elles la variété A et la SSR; les croisements réciproques
donnent des résultats identiques, tous les individus F1 ont des feuilles
unies vertes, des fleurs jaunes et des fruits rouges à peau lisse.
Que peut-on
en conclure ?
2. On procède sur des plants F1 à des croisements soit avec du pollen de la
souche F1, soit avec du pollen de la souche A.
Pour simplifier l’analyse
génétique, il est utile de ne considérer que les phénotypes pris deux à deux
(tabl. 3.5 à 3.8).
Interprétez ces résultats en justifiant vos réponses, en précisant le nombre
de gènes impliqués dans chacune de ces études, et en calculant, quand cela
est nécessaire, les fréquences de gamètes dans chaque type de croisements
F1 × F1 ou F1 × A.
TABLEAU 3.5.
TABLEAU 3.6.
TABLEAU 3.7.
TABLEAU 3.8.
– Test de l’indépendance et de la liaison génétique.
– Distances entre gènes liés.
Solution
1. Les croisements réciproques donnent des résultats identiques : les apports génétiques
mâles et femelles sont équilibrés.
Tous les individus F1 ont des feuilles unies vertes, des
fleurs jaunes et des fruits rouges à peau lisse. Les quatre phénotypes de référence sont
dominants.
Remarques. On ne sait pas, à ce stade de l’analyse, si la variété A diffère de la SSR
pour un seul gène qui, par un effet pléiotrope de sa mutation, serait impliqué dans les
quatre phénotypes, ou par plus d’un seul gène.
Seule l’analyse de la méiose du
diploïde F1 peut apporter une réponse selon qu’on observera une ségrégation 2/2 pour
le bloc des quatre phénotypes ou que l’observation de phénotypes recombinés indiquera
l’existence de plusieurs gènes eux-mêmes soumis à la recombinaison génétique.
Par ailleurs, on rappelle que ce sont les phénotypes qui sont dits dominants ou récessifs
et non les allèles du (ou des) gène(s).
2. On observe des phénotypes recombinants pour les quatre caractères, ce qui élimine
l’hypothèse d’un seul gène à effet pléiotrope.
Analyse du tableau 3.5
• La première question à résoudre est de savoir si chaque différence phénotypique (chaque
caractère) est gouvernée par un seul gène.
Le couple de phénotype feuille unie/feuille
tachetée présente des proportions 3/4 dominant 1/4 récessif caractéristique de la ségrégation
2/2 dans un croisement F1 × F1.
On peut donc considérer qu’un seul couple d’allèles, un
seul gène, est impliqué dans le déterminisme de cette différence phénotypique.
Le test cross confirme ce résultat puisqu’il permet de visualiser l’apport des gamètes de la
F1, confronté chez les diploïdes F2 à un apport dont l’effet est récessif. Il y a bien selon, la
ségrégation 2/2, autant de F2 à feuilles unies que de F2 à feuilles tachetées.
• L’analyse de la couleur de la fleur montre également une ségrégation 2/2 typique d’un
couple d’allèles.
Remarque. Il serait inexact de dire que la couleur de la fleur ne dépend que d’un seul
gène, car en réalité plusieurs gènes sont certainement impliqués dans ce caractère,
mais il faut dire que les deux souches pures étudiées ne diffèrent entre elles que par un
seul des gènes impliqués dans la coloration de la fleur !
Par facilité de langage, on se
laisse souvent aller à dire qu’un caractère (un couple de phénotypes) dépend d’un seul
gène alors que c’est la différence étudiée, pour ce caractère, qui ne dépend que d’un
gène.
• L’observation de phénotypes recombinés [feuille unie; fleur blanche] et [feuille tachetée;
fleur jaune] montre que les deux phénotypes étudiés ne dépendent pas d’un même gène.
Comme ils dépendent chacun d’un seul gène (voir la ségrégation 2/2 pour chacun d’eux), le
croisement étudié ici met en jeu deux gènes, deux couples d’allèles.
• Les proportions observées 9-3-3-1 en F1 × F1 ou 1-1-1-1 en test cross sont caractéristiques
d’une ségrégation indépendante pour les deux couples d’allèles, le gène gouvernant l’aspect
uni ou tacheté de la feuille est génétiquement indépendant du gène impliqué dans la couleur
jaune ou blanche de la fleur.
Cette observation peut être interprétée de deux façon sur le plan cartographique, soit :
– les deux gènes sont physiquement indépendants;
– les deux gènes sont physiquement liés, mais à une distance telle qu’il y a toujours au moins
un crossing-over entre leurs locus, et qu’il ne peut donc y avoir d’excès de gamètes parentaux
sur les gamètes recombinés.
Analyse du tableau 3.6
Un même raisonnement que pour le tableau 3.5 conduit au même type de conclusions.
• On retrouve la ségrégation 2/2 pour le caractère (le couple de phénotypes) d’aspect de la
feuille, indiquant que la différence entre A et la SSR est sous la dépendance d’un seul couple
d’allèles.
• La couleur du fruit montre également la ségrégation 2/2 typique d’un couple d’allèles : les
deux souches ne diffèrent que par un seul des gènes impliqués dans la couleur du fruit.
• Le croisement étudié ici met en jeu deux gènes, deux couples d’allèles, impliqués dans les
deux couples de phénotypes.
• Les proportions observées 9-3-3-1 en F1 × F1 ou 1-1-1-1 en test cross sont caractéristiques
d’une ségrégation indépendante pour les deux couples d’allèles, le gène gouvernant l’aspect
uni ou tacheté de la feuille est génétiquement indépendant du gène impliqué dans la couleur
jaune ou rouge du fruit.
Cette observation peut être interprétée de deux façons sur le plan cartographique (voir plus
haut).
Analyse du tableau 3.7
• On retrouve la ségrégation 2/2 pour le caractère (le couple de phénotypes) d’aspect de la
feuille, indiquant que A et la SSR ne diffère que pour un seul gène impliqué dans ce caractère
(660 + 76 correspond à 3/4 dans la F1 × F1 et 215 + 42 correspond à 50 % dans le test cross).
• L’aspect lisse ou velouté de la peau montre également la ségrégation 2/2 typique d’un
couple d’allèles, les deux souches ne diffèrent que par un seul des gènes impliqués dans ce
caractère.
• Le croisement étudié ici met en jeu deux gènes, deux couples d’allèles, impliqués dans les
deux couples de phénotypes.
• Les proportions attendues de 9-3-3-1 en F1 × F1, ou 1-1-1-1 en test cross, pour deux couples
d’allèles ségrégeant indépendamment l’un de l’autre ne sont pas observées, il n’y a donc pas
indépendance génétique, il y a liaison génétique et donc physique des deux gènes étudiés.
Le test cross fournit facilement la fréquence des gamètes recombinés à l’origine des deux
phénotypes eux-mêmes recombinés, soit (42 + 38)/503 = 0,159, valeur bien inférieure à celle
des gamètes parentaux égale à 0,841.
On en déduit la distance entre les gènes, soit 15,9 unités de recombinaison, ou 19,1 cM
(distance additive de Haldane).
• Le calcul des fréquences des gamètes parentaux et recombinés dans le croisement F1 × F1
est plus laborieux parce que moins direct.
La variété A de génotype (a-b)//(a-b), est croisée avec la SSR de génotype (A-B)//(A-B), où le
couple d’allèles a et A est impliqué dans la différence relative à l’aspect de la feuille, et le
couple d’allèles b et B est impliqué dans la différence relative à l’aspect de la peau.
La F1 est de génotype (a-b)//(A-B), les résultats de la méiose puis de la fécondation sont
donnés par le tableau de croisement des gamètes (tabl. 3.9) où r est le taux de recombinaison
entre les deux gènes (fréquence des gamètes recombinés).
On en tire les fréquences des divers phénotypes en sommant les fréquences des divers génotypes
qui leur sont sous-jacents, soit :
f [feuille unie et peau lisse] = 3(1 – r)2 /4 + 4r(1 – r)4 + 2r2/4;
f [feuille unie et peau veloutée] = 2r(1 – r)4 + r2/4;
f [feuille tachetée et peau lisse] = 2r(1 – r)4 + r2/4;
f [feuille tachetée et peau veloutée] = (1 – r)2/4.
TABLEAU 3.9.
Il est alors facile d’estimer la valeur de r à partir d’une des équations, par exemple, la
dernière donne :
f [feuille tachetée et peau veloutée] = (1 – r)2 /4 = 175/981 = 0,17838,
d’où r = 0,155, qui n’est pas significativement différent de la valeur 0,159 obtenue par le test
cross.
Le tableau 3.8 s’interprète comme le troisième; les deux gènes impliqués respectivement
dans la pigmentation de la fleur et du fruit sont génétiquement et physiquement liés, à une
distance de 11,7 ur ou 13,4 cM.
