Chapitre 13 - Les mécanismes de la variation génétique Flashcards
Objectifs
Objectifs : à la fin du cours, vous serez en mesure
- de comprendre les différents types de mutations
- de décrire les mécanismes de réparation de l’ADN
- d’expliquer différentes formes de recombinaison génétique
- de différencier les processus de transfert génétique et le transfert horizontal
- de décrire éléments transposables et les plasmides
- d’apprécier la notion de sexualité chez les bactéries, ainsi que les bactéries F+, F- et Hfr
- de comprendre la recombinaison de génomes viraux
Rôle de l’ADN (générale)
Rôle de l’ADN: stabilité si transmission de génération à génération
Changement de nucléotides (mutations): certains sont néfastes , d’autres introduisent des changements, des variabilités nouvelles au cœur des processus de l’évolution.
Transposons
Gènes qui peuvent sauter
Les mutations et leurs bases chimiques
- Latin mutare: changer (modification héréditaire dans la séquence d’ADN)-Plusieurs types
- ->changement d’une seule paire de nucléotides
- ->addition, délétion d’une ou de 2 paires de nucléotides codants dans le gène.
Ampleur des mutations
- Microlésions: mutations ponctuelles (1 seule paire de bases à un endroit donné)
- Macrolésions (5): insertion, délétion, inversions, duplications, translocations. Plus rares.
Modalité de la mutation
- Mutations spontanées: occasionnellement, sans agent (inducteur) provocateur
- Mutations induites: agent mutagène (l’agent peut être de nature chimique ou physique et provoquer un changement génotypique ou phénotypique)
Mutations spontanées
- Sans exposition à un agent externe.
- Peuvent résulter:
- ->Soit d’erreurs dans la réplication de l’ADN (ex: tautomérisation: isomères structuraux en équilibre et qui passent de l’une des formes à l’autre).
- ->Voir fig. 13.a
- ->Soit de l’action d’éléments mobiles comme les transposons
- -> Cétone —> Imine ou énol
La tautomérisation et les mutations par transition
- Les bases sont en général sous forme de cétone
- Peuvent prendre une forme imine ou énol.
- Alors cela peut laisser de la place à des substitutions d’une purine par une autre d’une pyrimidine par une autre.
- A-T (2 L. hyd) et G-C (3 L.hyd) normalement
- AC (forme imine) - et GT (forme énol) : appariement de tautomères énoliques
Substitution des bases
On a des
- Mutations de transition (purine remplace purine et pyrimidine remplace pyrimidine). -Sont relativement fréquentes.
- Des mutations par transversion (plus rares): purine remplace pyrimidine ou l’inverse.
- Les mutations spontanées peuvent résulter de lésions de l’ADN ou d’erreur de réplication.
Purines
GA
Guanine
Adénosine
Pyrimidines
CUT
Cytosine
Uracil
Thymine
Additions et délétions
- Possibilité de perte de base: le nucléotide purique est dépuriné. Le site apurinique ne s’appariera pas normalement.
- Perte de pyrimidine: formation d’un site apyrimidique
- Des radicaux libres ou du peroxyde modifient les bases (ex: G s’oxygène et s’apparie avec avec A et non avec C (formes réactives de l’oxygène)
- Glissement
- Les mutations se font au hasard indépendamment de la présence de tout agent. Spontanées. Les insertions inactivent les gènes. Très fréquents chez E. coli.
- Mais on a aussi émis des hypothèses de mutations dirigées ou adaptatives “choisis: par la bactérie (par ex. bactéries dans un milieu avec lactose)
- Hypermutation en cas de privation, de stress nutritionnel. Les bactéries peuvent faire de nombreuses mutations et celles qui marchent vont faire que les plus adaptées vont survivre
Mutation induites
- Tout agent qui endommage l’ADN, modifie sa chimie ou interfère avec son fonctionnement induira des mutations.
- Plusieurs types d’agents mutagènes: tableau 13.1
a) Les analogues de base - ->Les agents qui modifient l’ADN
b) Les agents d’intercalation
c) Les agents physiques (radiation)
Les analogues de base
- Ressemblent aux bases normales et peuvent être incorporées dans la chaine polynucléotidique en croissance lors de la réplication de l’ADN.
- Ils ont des capacités d’appariement différentes et donc engendrent des mutations stables.
- Ex: 5 Bromo uracyle est un analogue de la thymine. Il a un tautomère qui permet une liaison T-G et non TA, car il passant de la forme cétone à la forme énol.
- Forme énol de 5-bromouracil établie des ponts H avec Cytosine et non Adénosine.
- Forme cétone de 5-bromouracil se lie avec adénine
5-bromouracil se lie
G et non à A
-Se lie premièrement à A, puis G, puis A ou G
Les agents qui modifient l’ADN
- Changent la structure d’une base et altèrent ses propriétés d’appariements.
- Méthyl nitrosoguanidine: ajoute des CH3 à la Guanine, modification s’apparie avec la Thymine
- Hydroxylamine – hydroxyler un carbone de cytosine, ce dernier va se lier avec T au lieu de G
Les agents d’intercalation
-Déforment l’ADN provoquant ainsi des insertions et des délétions
d’une seule paire de nucléotides.
-Exemples d’agents d’intercalation:
–>Les acridines (proflavine et orange d’acridine)
–>De nombreux mutagènes sont cancérigènes; endommagent les bases à tel point que l’ADN ne peut plus servir de matrice pour la réplication.
–>Les radiations
UV: provoquent la formation de dimères de thymine entre pyrimidines adjacentes (fig. 13.5)
–>Radiations ionisantes, RX, aflatoxine B1 ((alflatoxine dans les arrachides, Aspergilius flavius, cancer primitif du foie) et les benzopyrènes causent la délétion de bases, cassures de brins ou de chromosomes
Dimères de thymine
Possibilité de réparation, sinon il se transmet
Effet des mutations
-Mutation directe: le type sauvage (phénotype/génotype) passe à un type mutant
-Peut être réversible (restaure le changement survenu)
–>au même site
mutation réverse
–>à un autre site: mutation suppressive
a) Supressive intragénique: au sein du même gène
b) Supressive extragénique: sur un gène différent
Mutations de gènes codant pour une protéine
Mutations silencieuses
Mutations faux-sens (mis sense)
Mutations non-sens
Mutations par déphasage (ou glissement du cadre de lecture) fig. 13.6 Frameshift
Mutations morphologiques
Mutations létales
Mutations conditionnelles (environnement)
Mutations biochimiques (auxotrophes, protrophes)
Mutants de résistance: antibiotiques, agents chimiques
Déphasage
- Entraine un délétion ou addition
- Mutations généralement néfastes et donnent des phénotypes mutants (protéines non fonctionnelles)
- Peptide tronqué (codon Stop ou non sens.
- Possibilité de réparer suite à une mutation suppressive intra génique
Mutations létales
-Entrainent la mort
Mutations conditionnelles
- Se passe dans des certaines conditions, permissives
- Par exemple, la température
Mutations biochimiques
- Dans une chaine de mutations chimiques
- Mutant auxotrophes
- -> Ont besoin d’une molécule en particulier pour croitre car ont perdu cette capacité.
- Mutant protrophe
- -> Mutant incapable de croître dans un milieu minimal à moins que la molécule manquante ne soit fournie. – C, N,. Ph (différent de la souche sauvage organotrophe)
Mutant de résistance
- à un antibiotique ou un agent chimique.
- Auxotrophes et mutants de resistance sont importants en génétique microbienne.
Mutations dans les séquences régulatrices
- Celles qui se produisent dans des séquences de protéines régulatrices responsables du contrôle de l’expression génétique
- Ex: lac opéron chez E. coli
- La mutation sur le site opérateur donne des séquences qui ne sont plus reconnues par le répresseur. Donc les gènes de la β galactosidase sont transcrits de manière continue.
Mutations dans les gènes des ARNt et ARNr
- Modification du phénotype en désorganisant la synthèse protéique
- Croissance ralentie
- Des cas de mutations sur l’ARNt (mutation suppressives) peuvent rétablir la croissance normale ou presque normale
La détection et l’isolement des mutants
- Observer le phénotpe obtenu (albinos ou pigmenté)
- Phénomène rare (10-7 – 10-11) mais possible et même inductible (10-3 ou 10-6)
- La réplique sur boite
La réplique sur boite
Exemple : Isoler un auxotrophe pour la lysine
- Des mutants sont produits par traitement d’une culture par un mutagène
- La culture qui contient le type sauvage et des auxotrophes est étalée sur milieu complet.
- Après dévéloppment des colonies, une piece de velours stérile est pressé contre la surface de la gélose, pour y prélever des bactéries de chaque colonie.
- Le velours est ensuite pressé contre la surface d’autres boites, et les organismes y sont transférés dans la même position que sur la boite mère.
- On localise les colonies Lys- qui poussent sur la réplique sur milieu complet. Ces auxotrophes peuvent alors être isolés et cultivés.
Auxotrophe
-Inabilité de synthétiser un produit
Protrophe
-Capacité de synthétiser tout ce qu’il a besoin
Sélection des mutants
- Préparation d’un culture (par exemple auxotrophe Lys-) traité par un mutagène
- Ce culture est incubé sur dans un milieu minimum contenant un peu de Lysine
- Protrophes de Lysine commence à croitre
Test d’Armes
- Même chose que la sélection des mutants, mais comparaison entre milieu minimum avec agent mutagène et sans mutagène.
- Avec mutagène produit plus de mutants, et donc plus de colonies Lys protrophe (par exemple)
- De nombreux agents cancérigènes sont aussi mutagènes.
- Test d’Ames: utilise plusieurs souches de Salmonella enteritica serovar typhimurium (mutation différence pour l’operon de la biosynthèse de l’histidine).
- L’ajout d’extrait de foie convertit les agents en produits cancérigènes.
La réparation de l’ADN (5)
- Réparation par excision : dommages suite à des distorsions de la double hélice. Donc il faudra enlever la portion endommagée et la remplacer (2 modalités : nucléotide et bases)
- Réparation directe : échanger des parties (comme un auto)
- Réparation des mésappariement
- Réparation par recombinaison
- Réparation SOS
Être en mesure de réparer les changements qui peuvent être létaux.
Autocorrection par les enzymes de réplication: ex l’ADN polymérase. En plus de cela il y a les mécanismes signalés ci-dessus.
Réparation par excision de nucléotides
-Endonucléase: UVrABC élimine les bases endommagées et celles à côté
-UVrAB trouve l’endommagement
-UVrC couple enlève l’endommagement
-Trou rempli par ADN polymérase, scélé par ADN ligase
(ex : dimères de thymine)
La réparation par excision de bases
- Base anormale reconnu par ADN glycosylase, enlevé
- AP endonucléase trouve la base manquant, clivage de l’ADN du côté 5’ de la base manquante
- ADN polymérase utilise 5’–>3’ exonuclease pour enlever région endommagé, rempli de nouveau avec nouvelle ADN. -Scélé par ADN ligase.
