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Génotype, phénotype et environnement avec le logiciel Anagène - TP/TD 
1° S - TP : Génotype, phénotype et environnement
Le phénotype dépend des propriétés des protéines synthétisées. Or ce sont les gènes qui codent pour les protéines responsables des caractères phénotypiques. On pourrait penser qu’il existe une relation linéaire entre un gène et un caractère. En réalité, les relations entre génotype et phénotype sont souvent plus complexes.
Mod. 1 : Une maladie monogénique : la b-thalassémie
Un caractère est qualifié de monogénique s’il ne dépend que d’un seul gène.
Les b-thalassémies sont des maladies génétiques qui se traduisent par des anémies graves dues à la présence d’une hémoglobine (Hb) anormale. Il s'agit d'une affection différente de la drépanocytose, ou anémie falciforme, envisagée dans le TP1.
L’Hb est une protéine constituée de l’association de 4 chaînes polypeptidiques : 2 chaînes a de 141 acides aminés et 2 chaînes b de 146 acides aminés.
Le gène de la b-globine est localisé sur la paire de chromosomes 11.
L’allèle HbA qui permet de produire une hémoglobine fonctionnelle est le plus répandu, il peut être qualifié de « normal ».
476 allèles codant pour la b-globine sont actuellement recensés.
On estime que plus de 150 millions de personnes possèdent un allèle b-thalassémique (Tha).
Le logiciel Anagène permet de comparer et d’analyser des séquences génétiques.
· Cliquer sur le bouton Thèmes d’étude de la barre d’outils (ou sélectionner l’option Thèmes d’étude dans le menu Fichier).
- Ouvrir successivement le menu Relations Génotype-Phénotype et le sous-menu Phénotypes thalassémiques.
Sélectionner Séquences nucléiques et valider le choix en cliquant sur OK.
Þ Les séquences nucléiques de HbA et des différentes thalassémies sont affichées dans la fenêtre Affichage des séquences et peuvent être parcourues en utilisant la barre de défilement horizontal.
- Procéder de la même façon pour sélectionner Séquences protéiques.
Þ Les séquences protéiques de HbA et des différentes thalassémies sont affichées dans la fenêtre Affichage des séquences et peuvent être parcourues en utilisant la barre de défilement horizontal.
Comparaison des séquences protéiques
- Sélectionner successivement HbA protéique, Tha1 protéique, Tha2 protéique, Tha4 protéique, Tha5 protéique, Tha6 protéique, Tha7protéique en cliquant sur les boutons de sélection correspondants.
- Cliquer sur le bouton Comparer les séquences de la barre d’outils.
- Valider l’option Comparaison simple et confirmer en cliquant sur OK.
Þ La nature du traitement effectué et les séquences comparées s’affichent dans la fenêtre Comparaison simple. Elles peuvent être parcourues en utilisant la barre de défilement horizontal. Les tirets indiquent l’identité des acides aminés par rapport à ceux de la première séquence qui sert de référence.
- Cliquer sur l’échelle pour obtenir celle correspondant aux séquences peptidiques (pas de 1 ® pas de 3).
- Utiliser la barre de défilement horizontal pour rechercher les différences entre les quatre séquences et le grand curseur pour préciser leur position.
Q1 : Consigner les résultats obtenus dans le tableau suivant :
|
Allèle |
ADN |
Polypeptide |
||
|
|
Nature de la mutation |
Position dans la séquence |
Longueur |
Modification |
|
HbA |
|
|
|
|
|
Tha1 |
|
|
|
|
|
Tha2 |
|
|
|
|
|
Tha4 |
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Tha5 |
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|
|
|
Tha6 |
|
|
|
|
|
Tha7 |
|
|
|
|
- Fermer la fenêtre Comparaison simple.
Comparaison des séquences nucléiques
- Sélectionner successivement HbA nucléique, Tha1 nucléique, Tha2 nucléique, Tha4 nucléique, Tha5 nucléique, Tha6 nucléique, Tha7 nucléique , et en cliquant sur les boutons de sélection correspondants.
- Cliquer sur le bouton Comparer les séquences de la barre d’outils.
- Valider l’option Alignement avec discontinuité et confirmer en cliquant sur OK.
Þ La nature du traitement effectué et les séquences comparées s’affichent dans la fenêtre Comparaison avec alignement. Elles peuvent être parcourues en utilisant la barre de défilement horizontal. Les tirets indiquent l’identité des bases par rapport à celles de la première séquence qui sert de référence. Le tiret bas ( _ ) peut indiquer la délétion (perte) d’une base, c’est le cas s’il n’existe pas dans la séquence de référence (ici Hb A).
- Utiliser la barre de défilement horizontal pour rechercher les différences entre les quatre séquences et le grand curseur pour préciser leur position
- Noter les résultats dans un tableau.
- Cliquer sur l’icône Fermer toutes les fenêtres de la barre d’outils.
Q2 : Consigner les résultats obtenus dans le tableau précédent.
Q3 : Expliquer pourquoi une mutation ponctuelle (n’affectant qu’une paire de nucléotides) peut avoir des conséquences très variables.
Mod. 2 : Un caractère polygénique : le groupe sanguin ABO
Les groupes sanguins sont dus à la présence de marqueurs membranaires sur les hématies.
Q4 : A partir du document 7 p 68 indiquer les différents phénotypes cellulaires.
La synthèse de marqueurs du système A, B, O se fait par étapes. La dernière étape est catalysée par une enzyme codée par un gène situé sur le chromosome 9. Il existe plusieurs allèles de ce gène.
Utiliser le logiciel Anagène.
· Cliquer sur le bouton Thèmes d’étude de la barre d’outils (ou sélectionner la commande Thèmes d’étude dans le menu Fichier).
· Ouvrir le menu Relations Génotype-Phénotype, sélectionner Phénotype groupes sanguins A, B, et O et valider le choix en cliquant sur OK.
Þ Les séquences nucléiques des allèles A, B et O sont affichées dans la fenêtre Affichage des séquences et peuvent être parcourues en utilisant la barre de défilement horizontal.
Comparaison des séquences nucléiques
· Sélectionner successivement Allèle A, Allèle B, et Allèle O en cliquant sur les boutons de sélection correspondants.
· Cliquer sur le bouton Comparer les séquences de la barre d’outils.
· Valider l’option Alignement avec discontinuité et confirmer en cliquant sur OK.
Þ La nature du traitement effectué et les séquences comparées s’affichent dans la fenêtre Comparaison avec alignement. Elles peuvent être parcourues en utilisant la barre de défilement horizontal. Les tirets indiquent l’identité des bases par rapport à celles de l’Allèle A qui sert de référence.
· Utiliser la barre de défilement horizontal pour rechercher les différences entre les trois séquences et le grand curseur pour préciser leur position
Q5 : Consigner les résultats obtenus dans le tableau suivant :
|
Allèle |
ADN |
Polypeptide |
||
|
|
Nature de la mutation |
Position dans la séquence |
Longueur |
Modification |
|
Allèle A |
|
|
|
|
|
Allèle B
|
|
|
|
|
|
Allèle O |
|
|
|
|
· Fermer la fenêtre Comparaison avec alignement.
Traduction des séquences nucléiques
· Sélectionner successivement Allèle A, Allèle B, et Allèle O en cliquant sur les boutons de sélection correspondants.
· Cliquer sur le bouton Convertir les séquences de la barre d’outils.
· Valider l’option Peptidique, l’option Traduction simple, l’option Résultat dans la fenêtre Affichage/édition et confirmer en cliquant sur OK.
Þ La nature du traitement effectué et les séquences protéiques Pro-Allèle A, Pro-Allèle B et Pro-Allèle O s’affichent dans la fenêtre Affichage des séquences. Elles peuvent être parcourues en utilisant la barre de défilement horizontal.
Comparaison des séquences protéiques
· Sélectionner successivement Pro-Allèle A, Pro-Allèle B et Pro-Allèle O en cliquant sur les boutons de sélection correspondants.
· Cliquer sur l’icône Comparer les séquences de la barre d’outils.
· Valider l’option Comparaison simple et confirmer en cliquant sur OK.
Þ La nature du traitement effectué et les séquences comparées s’affichent dans la fenêtre Comparaison simple. Les tirets indiquent l’identité des acides aminés par rapport à ceux de la première séquence qui sert de référence.
· Utiliser la barre de défilement horizontal pour rechercher les différences entre les trois séquences et le grand curseur pour préciser leur position
Q6 : Consigner les résultats obtenus dans le tableau précédent.
· Fermer les fenêtres en cliquant sur l’icône Fermer toutes les fenêtres de la barre d’outils.
Q7 : Mettre en relation la comparaison des différents allèles avec la fonction des polypeptides synthétisés en utilisant le doc 6 p68.
La synthèse de marqueurs du système A, B, O est une chaîne de biosynthèse (doc 6 p 68).
L’avant-dernière étape fait intervenir une enzyme H qui est l’expression d’un gène situé sur la paire de chromosomes 19. Ce gène existe sous deux formes alléliques :
· H : gouverne l’expression d’une enzyme fonctionnelle.
· h : gouverne l’expression d’une enzyme non fonctionnelle.
Q8 : Schématiser le ou les génotypes d’un individu de groupe sanguin AB, puis d’un individu de groupe sanguin A en représentant leurs paires de chromosomes n° 9 et 19.
Q9 : Faire de même pour un individu de groupe O. (noter les allèles sans dessiner les chromosomes.)
Q10 : L’observation du phénotype groupe sanguin d’un individu permet-elle de déduire son génotype ?
Mod. 3 : Phénotype et environnement
Q11 : Quel est l’effet de l’environnement sur le phénotype groupe sanguin ?
Q12 : A l’aide du doc 14 p 72 montrer qu’un même génotype peut se traduire par des phénotypes différents.
Conclusion
Q13 : Récapituler les interactions entre génotype, phénotype et environnement rencontrées dans ces exemples et discuter le modèle de relation suivant : un génotype donné détermine un phénotype donné.
Correction
Mod. 1
Q1 et 2 :
|
Allèle |
ADN |
Polypeptide |
||
|
|
Nature de la mutation |
Position dans la séquence |
Longueur |
Modification |
|
HbA |
|
444 paires de bases |
147 |
|
|
Tha1 |
A ® T |
52 |
17 |
|
|
Tha2 |
C ® T |
118 |
39 |
|
|
Tha4 |
délétion de A |
20 |
18 |
7 à 18 |
|
Tha5 |
insertion de A |
218 |
73 |
73 |
|
Tha6 |
délétion de C |
52 |
18 |
18 |
|
Tha7 |
insertion de C |
28 |
22 |
10 à 16 et 18 à 22 |
Q3 : Une mutation ponctuelle par substitution ne modifie qu’un codon de l’ARNm. L’AA correspondant peut être le même à cause de la redondance du code génétique, la mutation peut alors silencieuse, il peut aussi être différent ( cas de la drépanocytose ). Dans certains cas, l’apparition d’un codon-stop provoque l’arrêt de la synthèse de la chaîne polypeptidique (Tha1, Tha2).
Une mutation par délétion ou par insertion provoque un décalage du cadre de lecture, la séquence est alors profondément modifiée, un codon-stop peut apparaître (Tha4,5 ,6 ,7).
Mod. 2
Q4 : Les différents phénotypes cellulaires des groupes sanguins sont : [A], [B], [AB], [O].
Q5 et 6 :
|
Allèle |
ADN |
Polypeptide |
||
|
|
Nature de la mutation |
Position dans la séquence |
Longueur |
Modification |
|
Allèle A |
|
1062 paires de bases |
353 |
|
|
Allèle B
|
C ® G G ® A C ® A G ® C |
523 700 793 800 |
353 |
175 : Arg ® Gly 234 : Gly ® Ser 265 : Leu ® Met 267 : Gly ® Ala |
|
Allèle O |
Délétion G |
258 |
116 |
87 à 91 et 93 à 115 |
Q7 : La comparaison des allèles A et B montre qu’ils diffèrent par 4 nucléotides. Il en résulte 4 différences au niveau de la séquence d’acides aminés du polypeptide enzymatique. Ces différences modifient le site actif de l’enzyme qui ne se lie pas au même substrat : l’enzyme A est capable de reconnaître la N-acétylgalactosamine, alors que l’enzyme B est capable de reconnaître le galactose.
L’allèle O diffère des allèles A et B par une délétion en position 258, qui entraîne un décalage du cadre de lecture et l’apparition d’un codon Stop en position 117. Le polypeptide synthétisé est beaucoup plus court, l’enzyme est donc inactive.
Q8 : [AB] : (H//H, A//B) ; (H//h, A//B)
[A] : (H//H,A//A) ; (H//H, A//O) ; (H//h, A//A) ; (H//h, A//O)
Q9 : [O] : (H//H, O//O) ; (H//h, O//O) ; (h//h, A//A ou A//B ou A//O ou B//B ou B//O ou O//O)
Q10 : L’observation du phénotype groupe sanguin d’un individu ne permet pas de déduire son génotype car il y a différentes combinaisons alléliques donc différents génotypes pour un même phénotype.
Mod. 3
Q11 : L’environnement n’a aucun effet sur certains phénotypes comme le groupe sanguin.
Q12 : Un régime alimentaire appauvri en protéines permet de maintenir un taux plasmatique de phénylalanine faible. Cet acide aminé n’exerce plus son effet toxique sur les cellules nerveuses, le développement cérébral est alors normal.
Conclusion :
Un caractère phénotypique résulte de l’expression d’un ou de plusieurs gènes mais il dépend aussi de facteurs environnementaux.
Thalassémie : plusieurs allèles d’un même gène déterminent le même phénotype.
Groupes sanguins : différents génotypes pour un même phénotype d’origine polygénique.
Note : Il est ponctuellement fait référence à un manuel de 1S. Il s'agit de celui des éditions Hatier.
