En 1909, le cytologue belge Janssens observa la formation chiasme pendant la prophase I de la méiose (voir rubrique 22.3). La signification génétique de ce processus a été expliquée par Morgan, qui a exprimé l'opinion que le croisement (échange d'allèles) se produit à la suite de la rupture et de la recombinaison de chromosomes homologues lors de la formation de chiasmes. Une comparaison ultérieure des données cytologiques avec les données sur les ratios de phénotypes recombinants a confirmé que l'échange de matériel génétique lors de la méiose se produit presque littéralement entre tous les chromosomes homologues. Les allèles inclus dans les groupes de liaison des parents se séparent et forment de nouvelles combinaisons qui aboutissent dans les gamètes, un processus appelé Recombinaison génétique. Les descendants obtenus à partir de tels gamètes avec de « nouvelles » combinaisons d'allèles sont appelés recombinants. Ainsi, le croisement représente une source importante de variation génétique observée dans les populations.
Pour illustrer le principe du croisement, nous pouvons considérer le comportement d'une paire de chromosomes homologues de drosophile portant des allèles pour la couleur du corps gris et les ailes longues (les deux allèles sont dominants) et la couleur noire du corps et les ailes rudimentaires (les deux allèles sont récessifs), au cours la formation de chiasmas. Un croisement entre un mâle homozygote gris aux ailes longues et une femelle noire homozygote aux ailes rudimentaires a produit une progéniture hétérozygote en F 1 avec un corps gris et de longues ailes (Fig. 23.10).
Lors du rétrocroisement de mouches de la génération F 1 avec des doubles récessifs homozygotes, les résultats suivants ont été obtenus :
Comme le montrent ces résultats, les gènes qui déterminent la couleur du corps et la longueur des ailes sont liés. (Rappelez-vous que si ces gènes étaient sur des chromosomes différents et donc distribués de manière aléatoire, alors un croisement dihybride d'un hétérozygote F 1 avec un homozygote pour deux caractères récessifs entraînerait un rapport phénotypique de 1:1:1:1.) D'après les figures ci-dessus , nous pouvons calculer la fréquence de recombinaison des gènes qui déterminent la couleur du corps et la longueur des ailes.
La fréquence de recombinaison est calculée à l'aide de la formule
Dans notre exemple, la fréquence de recombinaison est
Cette valeur correspond au nombre de recombinaisons qui se produisent lors de la formation des gamètes. L'un des étudiants de Morgan, A. H. Sturtevant, a suggéré que les fréquences de recombinaison indiquent un arrangement linéaire des gènes le long du chromosome. L'hypothèse encore plus importante de Sturtevant était que la fréquence de recombinaison reflète la position relative des gènes sur le chromosome : plus les gènes liés sont éloignés les uns des autres, plus il est probable qu'un croisement se produise entre eux, c'est-à-dire plus la fréquence des recombinants est élevée (Fig. 23.11).
23.8. Le diagramme ci-dessous montre les locus des douze allèles situés sur une paire de chromosomes. Leurs distances relatives par rapport au centromère sont indiquées.
Traverser (Anglais cross-over - croisement de chromosomes) - le processus d'échange de chromosomes homologues par sections lors de leur conjugaison dans la prophase I de la méiose. La traversée est l'un des mécanismes de recombinaison génétique (échange de gènes). Sa fréquence dépend de la distance entre les gènes : plus les gènes sont éloignés les uns des autres, plus les croisements se produisent souvent entre eux. 1% de croisement est considéré comme une unité de distance entre les gènes. Elle est nommée Morganide en l'honneur de T. Morgan, qui a développé principes de la cartographie génétique. Le signe cytologique du croisement est chiasmas- des figures en forme de χ de bivalents lors des échanges de sites. Le croisement est généralement méiotique, mais se produit parfois lors de la mitose (passage somatique). Cela peut également se produire au sein d’un gène.
Le passage à niveau est l'un des processus les plus importants garantissant variabilité combinatoire et fournissant ainsi du matériel pour la sélection naturelle.
L'essence de ce processus consiste en l'échange de sections de chromosomes homologues. Cela se produit en cassant puis en joignant les chromatides dans un nouvel ordre. Le croisement peut conduire à la recombinaison de grandes sections d'un chromosome avec plusieurs gènes ou parties d'un gène (ce qu'on appelle croisement intragénique), les deux brins de la molécule d’ADN ou un seul. Le croisement se produit pendant la conjugaison en phase I méiose. Des croisements peuvent également être observés lorsque Division mitotique, mais moins souvent. Dans le cas des organismes asexués, le croisement mitotique est le seul mode de recombinaison génétique. Le croisement mitotique peut conduire à l’expression en mosaïque de traits récessifs chez un individu hétérozygote. Une telle expression est importante dans la tumorigenèse et dans l’étude des mutations récessives mortelles.
Le phénomène de croisement a été découvert par F. Janssens en 1909 alors qu'il étudiait la méiose des cellules de salamandre, mais théoriquement le phénomène de croisement avait été prédit plus tôt. En particulier, le cytologue américain W. Sutton a suggéré en 1903 que plusieurs gènes pouvaient être localisés sur un chromosome, et qu'il fallait alors observer une transmission liée des traits, c'est-à-dire Plusieurs traits différents peuvent être hérités comme s’ils étaient contrôlés par un seul gène. Un tel ensemble de gènes sur un chromosome forme un groupe de liaison. En effet, l'étude des groupes de croisement et de liaison a permis de créer cartes chromosomiques. La première carte chromosomique a été créée pour la drosophile, la mouche des fruits.
Types de traversée
En fonction, dépendemment par type de cellule, dans lequel le croisement se produit :
- méiotique - se produit dans la prophase de la première division de la méiose, lors de la formation des cellules germinales,
- mitotique - lors de la division des cellules somatiques, principalement embryonnaires. Conduit à un motif en mosaïque dans la manifestation des symptômes.
En fonction de la homologie moléculaire des régions chromosomiques, entrant dans le passage à niveau :
- normal (égal) – il y a un échange de différentes sections de chromosomes.
- inégal - il existe un écart entre des sections non identiques de chromosomes.
En fonction de la nombre de chiasmas formés et de cassures chromosomiques avec recombinaison ultérieure de gènes :
- célibataire,
- double,
- plusieurs.
L'importance biologique du croisement est extrêmement grande, car la recombinaison génétique permet de créer de nouvelles combinaisons de gènes auparavant inexistantes et d'augmenter ainsi la variabilité héréditaire, ce qui offre à l'organisme de nombreuses possibilités d'adaptation à diverses conditions environnementales. Valeur de croisement :
- conduit à une augmentation de la variabilité combinatoire,
- conduit à une augmentation des mutations.
Une personne effectue spécifiquement une hybridation afin d'obtenir les combinaisons nécessaires à utiliser dans les travaux de sélection.
La méiose et la fécondation garantissent que les organismes d'une nouvelle génération reçoivent un matériel héréditaire développé au cours de l'évolution, équilibré en termes de doses de gènes, sur la base duquel s'effectue le développement de l'organisme et de ses cellules individuelles. Grâce à ces deux mécanismes, dans une série de générations d'individus d'une espèce donnée, certaines caractéristiques de l'espèce se forment et l'espèce existe depuis longtemps comme une véritable unité de la nature vivante. Cependant, chez différents représentants de l'espèce, en raison du processus de mutation constant, le même ensemble de gènes génomiques est représenté par des allèles différents. Étant donné que lors de la reproduction sexuée chez de nombreuses espèces, deux individus participent à la reproduction de la progéniture, il est bien évident qu'à la suite de la fécondation, différents zygotes reçoivent un ensemble inégal d'allèles dans leurs génotypes. L'augmentation de la diversité génotypique des représentants d'une espèce est également facilitée par des mécanismes conduisant à la recombinaison des allèles parentaux d'un individu dans ses gamètes. En effet, si les gamètes produits par un organisme étaient identiques dans l'ensemble des allèles de leur génome, alors les descendants d'une paire d'organismes dioïques ou d'un organisme hermaphrodite n'auraient pas observé de diversité génotypique. À chaque nouvelle génération d’une espèce, seuls les enfants de parents différents seraient génotypiquement différents.
En réalité, dans la nature, il existe une diversité de descendants issus des mêmes parents. Par exemple, les frères et sœurs diffèrent non seulement par leur sexe, mais également par d’autres caractéristiques. De telles différences dans la progéniture s'expliquent par le fait que des gamètes génétiquement différents se trouvent à chaque acte de fécondation. Le mécanisme qui assure la diversité des gamètes formés par le même organisme est la méiose, au cours de laquelle non seulement le matériel héréditaire entrant dans les gamètes est réduit de moitié, mais il se produit également une redistribution efficace des allèles parentaux entre les gamètes. Les processus conduisant à la recombinaison de gènes et de chromosomes entiers dans les cellules germinales sont le croisement et la divergence des bivalents au cours de l'anaphase I de la méiose (voir chapitre 5).
Traverser. Ce processus se produit dans la prophase I de la méiose, à un moment où les chromosomes homologues sont étroitement rapprochés à la suite de la conjugaison et forment des bivalents. Lors du croisement, les sections correspondantes sont échangées entre des chromatides mutuellement entrelacées de chromosomes homologues (Fig. 3.72). Ce processus garantit la recombinaison des allèles paternels et maternels des gènes dans chaque groupe de liaison. Chez différents précurseurs de gamètes, le croisement se produit dans différentes régions des chromosomes, entraînant la formation d'une grande variété de combinaisons d'allèles parentaux dans les chromosomes.
Riz. 3.72. Le croisement comme source de diversité génétique des gamètes :
I - fécondation des gamètes parentaux a et bc formation de zygotes V ; II- gamétogenèse dans un organisme qui se développe à partir d'un zygote V; g- croisement qui se produit entre homologues en prophase JE; d - cellules formées après la 1ère division méiotique ; e, f - cellules formées après la 2ème division de la méiose ( e - gamètes non croisés avec les chromosomes parentaux d'origine ; et - gamètes croisés avec recombinaison de matériel héréditaire en chromosomes homologues)
Il est clair que le croisement en tant que mécanisme de recombinaison n'est efficace que lorsque les gènes correspondants sur les chromosomes paternels et maternels sont représentés par des allèles différents. Les groupes de liaison absolument identiques lors du croisement ne produisent pas de nouvelles combinaisons d'allèles.
Le croisement ne se produit pas seulement dans les précurseurs des cellules germinales au cours de la méiose. On l'observe également dans les cellules somatiques lors de la mitose. Des croisements somatiques ont été décrits chez la drosophile et chez certaines espèces de moisissures. Il se produit lors de la mitose entre chromosomes homologues, mais sa fréquence est 10 000 fois inférieure à la fréquence des croisements méiotiques, dont il ne diffère pas dans le mécanisme. À la suite du croisement mitotique, des clones de cellules somatiques apparaissent, différant par le contenu des allèles des gènes individuels. Si dans le génotype d'un zygote ce gène est représenté par deux allèles différents, alors à la suite d'un croisement somatique entre des cellules avec les mêmes allèles paternels ou maternels de ce gène peuvent apparaître (Fig. 3.73).
Riz. 3.73. Passage dans les cellules somatiques :
1 - une cellule somatique, dans les chromosomes homologues de laquelle le gène A est représenté par deux allèles différents (A et a) ; 2 - traverser; 3 - le résultat de l'échange de sections correspondantes entre chromosomes homologues ; 4 - localisation des homologues dans le plan équatorial du fuseau en métaphase de mitose (deux options) ; 5 - formation de cellules filles ; 6 - la formation de cellules hétérozytiques pour le gène A, similaires à la cellule mère dans l'ensemble des allèles (Aa) ; 7 - formation de cellules homozygotes pour le gène A, différant de la cellule mère par l'ensemble des allèles (AA ou aa)
Divergence des bivalents dans l'anaphase I de la méiose. Dans la métaphase I de la méiose, les bivalents constitués d'un chromosome paternel et d'un chromosome maternel sont alignés dans le plan équatorial du fuseau achromatique. La divergence des homologues portant différents ensembles d'allèles génétiques dans l'anaphase I de la méiose conduit à la formation de gamètes qui diffèrent par la composition allélique des groupes de liaison individuels (Fig. 3.74).
Riz. 3.74. Ségrégation des chromosomes homologues dans l'anaphase I de la méiose
comme source de diversité génétique des gamètes :
1 - métaphase I de la méiose (localisation du bivalent dans le plan équatorial du fuseau) ; 2 - anaphase I de la méiose (divergence d'homologues portant différents allèles du gène A vers des pôles différents) ; 3 - deuxième division méiotique (formation de deux types de gamètes qui diffèrent par les allèles du gène A)
Riz. 3.75. Le caractère aléatoire de la disposition des bivalents en métaphase ( 1 )
et leur divergence indépendante en anaphase ( 2 ) première division méiotique
En raison du fait que l'orientation des bivalents par rapport aux pôles du fuseau dans la métaphase I s'avère aléatoire, dans l'anaphase I de la méiose, dans chaque cas individuel, un ensemble haploïde de chromosomes contenant la combinaison originale de groupes de liaison parentale est dirigé à différents pôles (Fig. 3.75). La diversité des gamètes, due au comportement indépendant des bivalents, est d'autant plus grande qu'il y a de groupes de liaison dans le génome d'une espèce donnée. Cela peut être exprimé par la formule 2 n, Où P- nombre de chromosomes dans un ensemble haploïde. Ainsi, chez la drosophile P.= 4 et le nombre de types de gamètes fournis par la recombinaison des chromosomes parentaux est de 2 4 = 16. Chez l'homme n = 23, et la diversité des gamètes due à ce mécanisme correspond à 2 23, soit 8388608.
Le croisement et le processus de divergence des bivalents dans l'anaphase I de la méiose assurent une recombinaison efficace des allèles et des groupes de liaison génétique dans les gamètes formés par un organisme.
Fertilisation. La rencontre aléatoire de différents gamètes lors de la fécondation conduit au fait que parmi les individus d'une espèce, il est presque impossible que deux organismes génotypiquement identiques apparaissent. La diversité génotypique des individus obtenue grâce aux processus décrits présuppose des différences héréditaires entre eux sur la base d'un génome d'espèce commun.
Ainsi, le génome, en tant que plus haut niveau d'organisation du matériel héréditaire, préserve ses caractéristiques d'espèce grâce à la méiose et à la fécondation. Mais en même temps, ces mêmes processus génèrent des différences héréditaires individuelles entre individus, qui reposent sur la recombinaison de gènes et de chromosomes, c'est-à-dire variabilité combinatoire. La variabilité combinatoire, manifestée dans la diversité génotypique des individus, augmente la survie de l'espèce dans les conditions changeantes de son existence.
La méiose (du grec méiose - réduction) est une méthode spéciale de division cellulaire, de division de maturation, à la suite de laquelle il y a une réduction (diminution) du nombre de chromosomes et la transition des cellules de leur état diploïde à un état haploïde. État. La méiose est un type particulier de différenciation, de spécialisation cellulaire, qui conduit à la formation de cellules germinales. Ce processus prend deux cycles cellulaires en l'absence de synthèse d'ADN lors de la deuxième division méiotique. Il convient de noter que la méiose est un phénomène universel caractéristique de tous les organismes eucaryotes. Au cours de la méiose, non seulement le nombre de chromosomes est réduit au nombre haploïde, mais un processus génétique extrêmement important se produit : l'échange de sections entre chromosomes homologues, un processus appelé croisement.
La méiose se compose de 2 divisions consécutives avec une courte interphase entre elles.
ü Prophase I- la prophase de la première division est très complexe et se compose de 5 étapes :
· Leptotène ou leptonème- conditionnement des chromosomes, condensation de l'ADN avec formation de chromosomes sous forme de fils fins (les chromosomes sont raccourcis).
· Zygotène ou zygonème- la conjugaison se produit - la connexion de chromosomes homologues avec la formation de structures constituées de deux chromosomes connectés, appelés tétrades ou bivalents et leur compactage ultérieur.
· Pachyténa ou pachynéma- (l'étape la plus longue) - à certains endroits, les chromosomes homologues sont étroitement liés, formant des chiasmes. Des croisements s'y produisent - l'échange de sections entre chromosomes homologues.
· Diplotène ou diplonème- une décondensation partielle des chromosomes se produit, alors qu'une partie du génome peut fonctionner, les processus de transcription (formation d'ARN), de traduction (synthèse de protéines) se produisent ; les chromosomes homologues restent connectés les uns aux autres. Chez certains animaux, les chromosomes des ovocytes à ce stade de la prophase méiotique acquièrent la forme caractéristique des chromosomes en forme de lampe.
· Diakinésie- L'ADN se condense à nouveau au maximum, les processus de synthèse s'arrêtent, la membrane nucléaire se dissout ; Les centrioles divergent vers les pôles ; les chromosomes homologues restent connectés les uns aux autres.
À la fin de la Prophase I, les centrioles migrent vers les pôles cellulaires, des filaments fusiformes se forment, la membrane nucléaire et les nucléoles sont détruits.
· Métaphase I- les chromosomes bivalents s'alignent le long de l'équateur de la cellule.
· Anaphase I- les microtubules se contractent, les bivalents se divisent et les chromosomes se déplacent vers les pôles. Il est important de noter qu'en raison de la conjugaison des chromosomes dans le zygotène, des chromosomes entiers, constitués chacun de deux chromatides, divergent vers les pôles, et non des chromatides individuelles, comme dans la mitose.
· Télophase I
La deuxième division de la méiose suit immédiatement la première, sans interphase prononcée : il n'y a pas de période S, puisque la réplication de l'ADN n'a pas lieu avant la deuxième division.
· Prophase II- la condensation des chromosomes se produit, le centre cellulaire se divise et les produits de sa division divergent vers les pôles du noyau, la membrane nucléaire est détruite et un fuseau de fission se forme, perpendiculaire au premier fuseau.
· Métaphase II- les chromosomes univalents (constitués chacun de deux chromatides) sont situés à « l'équateur » (à égale distance des « pôles » du noyau) dans le même plan, formant la plaque dite métaphase.
· Anaphase II- les univalents se divisent et les chromatides se déplacent vers les pôles.
· Télophase II- les chromosomes déspirent et une enveloppe nucléaire apparaît.
En conséquence, quatre cellules haploïdes sont formées à partir d’une cellule diploïde. Dans les cas où la méiose est associée à la gamétogenèse (par exemple, chez les animaux multicellulaires), lors du développement des œufs, les première et deuxième divisions de la méiose sont fortement inégales. En conséquence, un œuf haploïde et trois corps dits de réduction (dérivés avortés des première et deuxième divisions) sont formés.
La signification de la méiose : 1. Maintenir un nombre constant de chromosomes pendant la reproduction sexuée. Dans les organismes qui se reproduisent sexuellement, pendant la méiose, une cellule maternelle diploïde produit quatre cellules filles, chacune contenant la moitié du nombre de chromosomes par rapport à la mère.
2. Variabilité génétique. La méiose crée des opportunités pour l'émergence de nouvelles combinaisons de matériel génétique dans les gamètes. Cela conduit à des changements à la fois dans le génotype et le phénotype de la progéniture issue de la fusion des gamètes.
Recombinaison génétique Il s’agit d’une redistribution du matériel génétique (ADN), conduisant à l’émergence de nouvelles combinaisons de gènes. La recombinaison peut se produire par l'échange de noyaux cellulaires, de molécules d'ADN entières ou de parties de molécules. Alors que les processus de réplication et de réparation de l’ADN assurent la reproduction et le maintien du matériel génétique, la recombinaison conduit à une variation génétique. L'importance biologique de la recombinaison est si grande qu'elle s'est développée dans tous les organismes vivants. Cela peut se produire chez les eucaryotes (à la fois lors de la formation de cellules germinales - gamètes et dans les cellules somatiques), chez les bactéries et même lors de la reproduction de virus, y compris ceux dont le matériel génétique est constitué d'ARN. Le remaniement des chromosomes lors de la méiose, conduisant à une grande variété de gamètes, le caractère aléatoire de la fusion des gamètes lors de la fécondation, l'échange de parties entre chromosomes homologues - tout cela (et pas seulement) fait référence à la recombinaison.
R. se produit à la suite de la divergence de chromosomes homologues lors de la méiose ou à la suite de l'interaction de molécules d'ADN, dont le résultat est le transfert de sections d'ADN d'une molécule à une autre (R. au sens étroit). Le transfert peut être mutuel (R. réciproque) et unilatéral (R. non réciproque). R. peut être observé de manière somatique. et les cellules germinales, bien que dans les cellules en division mitotique, la fréquence de R. soit inférieure à celle de la méiose.
Il existe 3 types de R. au sens étroit : général, spécifique au site. et illégal (faux). Général R., ou traversée, chez les eucaryotes, échange de séquences d'ADN homologues qui se produit dans tout le génome. Elle est réalisée dans des cellules diploïdes et mérozygotes (contenant une partie du génome d'une ou deux cellules ou gamètes qui s'unissent) en raison des processus de rupture et de reconnexion de sections d'ADN homologues. Dans ce cas, des molécules hybrides se forment, c'est-à-dire de longueur (environ 1000 paires de nucléotides), formées de fils de différentes molécules d'ADN recombinantes en fonction de leur complémentarité. Spécifique au site R. se produit dans des conditions strictement limitées. des régions génomiques de 10 à 20 paires de nucléotides, par exemple. lorsque les prophages sont inclus dans le génome des bactéries.
Sous le R. illégal, dont le mécanisme n'a pas été suffisamment étudié, on comprend l'interaction de molécules d'ADN non homologues, conduisant à des réarrangements structurels génétiques. matériel : translocations, inversions, divisions, etc. (voir RESTRUCTURATION CHROMOSOMALE). Sur la base de R., par exemple, ils déterminent si les gènes appartiennent à l'un ou l'autre groupe de liaison et construisent des données génétiques. des cartes reflétant l'ordre des gènes dans les groupes de liaison déterminent l'allélicité des mutations présentant des manifestations phénotypiques similaires. La production ciblée d’ADN recombinant (hybride) constitue la base du génie génétique.
85. Ontogenèse. Périodes de développement embryonnaire et leurs caractéristiques.
Ouverture du passage à niveau. En supposant que plus d'un gène est situé sur un chromosome, la question se pose de savoir si les allèles d'un gène dans une paire homologue de chromosomes peuvent changer de place, passant d'un chromosome homologue à un autre. Si un tel processus ne se produisait pas, alors les gènes seraient combinés uniquement par la divergence aléatoire de chromosomes non homologues lors de la méiose, et les gènes situés dans une paire de chromosomes homologues seraient toujours hérités liés - en tant que groupe.
Les recherches menées par T. Morgan et son école ont montré que les gènes sont régulièrement échangés au sein d'une paire homologue de chromosomes. Le processus d'échange de sections identiques de chromosomes homologues avec les gènes qu'elles contiennent est appelé croisement ou croisement de chromosomes. Le croisement fournit de nouvelles combinaisons de gènes situés sur des chromosomes homologues. Le phénomène de croisement ainsi que de liaison s’est avéré commun à tous les animaux, plantes et micro-organismes. La présence d'échanges de régions identiques entre chromosomes homologues assure l'échange ou la recombinaison de gènes et augmente ainsi considérablement le rôle de la variabilité combinatoire dans l'évolution.
Analyse génétique du croisement.
Le croisement des chromosomes peut être jugé par la fréquence d'apparition d'organismes présentant une nouvelle combinaison de caractéristiques. De tels organismes sont appelés recombinants.
Considérons l'une des expériences classiques de Morgan sur les mouches des fruits, qui lui a permis de prouver que les gènes sont situés sur les chromosomes dans un certain ordre.
Chez la drosophile, le gène récessif de la couleur noire du corps est désigné par b, et son allèle dominant, qui détermine la couleur gris sauvage, est b+, le gène des ailes rudimentaires est vg et le gène des ailes normales est vg+. En croisant des mouches qui diffèrent par deux paires de caractères liés, grises avec des ailes rudimentaires b+vg½½b+vg et noires avec des ailes normales bvg+½½bvg+, les hybrides F1 b+vg½½ bvg+ sont gris avec des ailes normales.
La figure montre deux croisements d'analyse : dans l'un, le mâle est le dihétérozygote, dans l'autre, la femelle. Si des mâles hybrides sont croisés avec des femelles homozygotes pour les deux gènes récessifs (♀bvg½½bvg ♂ X b+vg½½bvg+), alors la progéniture est divisée dans le rapport de 1 mouche au corps gris avec des ailes résiduelles : 1 mouche au corps noir avec des ailes normales. Par conséquent, ce dihétérozygote ne produit que deux types de gamètes (b+vg et b+vg) au lieu de quatre, et la combinaison de gènes dans les gamètes du mâle correspond à celle de ses parents. Sur la base de la division indiquée, il faut supposer que le mâle n'échange pas de sections de chromosomes homologues. En effet, chez la drosophile mâle, tant dans les autosomes que dans les chromosomes sexuels, le croisement ne se produit normalement pas, ce qui entraîne une liaison complète des gènes situés sur le même chromosome.
On peut supposer que la couleur grise du corps et les ailes résiduelles, ainsi que le corps noir et les ailes normales, sont des paires de caractères hérités ensemble en raison de l'action pléiotropique d'un gène. Cependant, si nous prenons pour analyse des femmes hétérozygotes, et non des hommes, alors dans Fb, une division différente est observée. En plus des combinaisons parentales de caractères, de nouveaux apparaissent - des mouches avec un corps noir et des ailes résiduelles, ainsi qu'avec un corps gris et des ailes normales. Dans ce croisement, la liaison des mêmes gènes est rompue du fait que les gènes sur les chromosomes homologues ont changé de place en raison du croisement.
Les gamètes dont les chromosomes ont subi un croisement sont appelés croisements, et ceux dont les chromosomes n'ont pas subi de croisement sont appelés non-croisements. En conséquence, les organismes issus de la combinaison de gamètes croisés d'un hybride avec les gamètes d'un analyseur sont appelés croisements ou recombinants, et ceux issus de gamètes non croisés d'un hybride sont appelés non croisés ou non recombinants.
Mécanisme de croisement
Crossover méiotique.
Même avant la découverte du croisement des chromosomes par les méthodes génétiques de cytologie, en étudiant la prophase de la méiose, ils ont observé le phénomène d'entrelacement mutuel des chromosomes, la formation par eux de figures en forme de X - chiasme (z-lettre grecque « chi ») . En 1909, F. Janssens a suggéré que les chiasmes sont associés à l'échange de sections de chromosomes. Par la suite, ces images ont servi d'argument supplémentaire en faveur de l'hypothèse d'un croisement génétique des chromosomes, avancée par T. Morgan en 1911.
Le mécanisme de croisement des chromosomes est associé au comportement des chromosomes homologues dans la prophase I de la méiose. Rappelons ses caractéristiques. En prophase I, les chromosomes homologues sont conjugués par des régions identiques. Chaque chromosome d'un bivalent est constitué de deux chromatides et le bivalent, respectivement, de quatre. Ainsi, la conjugaison est le seul moment où le croisement entre chromosomes homologues peut se produire. Ainsi, le croisement se produit au stade de quatre chromatides et est associé à la formation de chiasma.
Si dans un bivalent il n'y a pas eu un échange, mais deux ou plus, alors dans ce cas plusieurs chiasmes se forment. Puisqu'il y a quatre chromatides dans le bivalent, chacune d'elles a évidemment une probabilité égale d'échanger des sections avec une autre. Dans ce cas, deux, trois ou quatre chromatides peuvent participer à l'échange.
La figure 50 montre un schéma de tels échanges : 1) un double échange réciproque entre deux chromatides non sœurs, qui ne donne pas lieu à des recombinaisons de gènes si les gènes marqueurs ne sont pas affectés par l'échange ; 2) échange diagonal, lorsque deux chromatides sœurs dans deux régions différentes entrent simultanément dans un seul croisement avec la même chromatide non sœur et que la quatrième chromatide n'est pas impliquée dans l'échange. À la suite de ce double échange, trois chromosomes recombinants apparaissent et un reste non recombinant (Fig. 50, 2, 3) ; 3) échange complémentaire, lorsque les quatre chromatides subissent des échanges uniques dans des régions différentes, deux chromatides non sœurs sur quatre par paires subissent un seul échange à un endroit et les deux autres à un autre, à la suite de quoi quatre chromosomes recombinants apparaissent (Fig. 50.4). Dans ce cas, des doubles croisements peuvent survenir à la suite d'échanges simples simultanés entre chromatides avec la participation de trois chromatides à l'échange.
Jusqu'à présent, le croisement entre chromatides non sœurs a été envisagé. L'échange au sein des chromatides sœurs ne peut pas conduire à une recombinaison, puisqu'elles sont génétiquement identiques, et par conséquent un tel échange n'a pas de sens en tant que mécanisme biologique de variation combinatoire.
Traversée somatique (mitotique). Comme déjà mentionné, le croisement se produit dans la prophase 1 de la méiose lors de la formation des gamètes. Cependant, il existe des croisements somatiques ou mitotiques, qui se produisent lors de la division mitotique des cellules somatiques, principalement des tissus embryonnaires.
On sait que les chromosomes homologues en prophase de mitose ne se conjuguent généralement pas et sont situés indépendamment les uns des autres. Cependant, il est parfois possible d'observer des synapses de chromosomes homologues et des figures similaires aux chiasmes, mais aucune réduction du nombre de chromosomes n'est observée.
Le croisement somatique peut conduire à une manifestation en mosaïque des symptômes.
Comptabilisation du croisement dans l'analyse tétrade
Dans les organismes supérieurs, le croisement qui s'est produit au cours de la prophase de la méiose est jugé par la fréquence des individus recombinants croisés, en considérant que leur apparence reflète le rapport entre les gamètes croisés et non croisés.
Pour prouver directement la correspondance des zygotes recombinants avec les gamètes croisés, il est nécessaire de déterminer les résultats du croisement directement à partir des produits haploïdes de la méiose. Dans ce cas, les gènes doivent exercer leur action durant l’haplophase. L'objet sur lequel il a été possible de réaliser une telle étude était, par exemple, une moisissure (Neurospora crassa), dont la majeure partie du cycle de vie se déroule en haplophase, et la phase diploïde est très courte.
Peu de temps après la fécondation, le zygote commence la division méiotique, ce qui conduit à la formation d'un asque - un sac de spores haploïdes. Lors des divisions, l'axe du fuseau coïncide avec l'axe longitudinal du sac. Par conséquent, les produits de la méiose - les spores - sont disposés en chaîne dans le sac. Lors de la méiose, deux divisions normales de maturation se produisent, puis une division mitotique, entraînant la formation de 8 ascospores dans chaque sac.
Puisque Neurospora a la capacité de déterminer directement les résultats du croisement par les produits de la méiose, établir dans ce cas la nature de la division sera une preuve directe que la division et le croisement se produisent dans la méiose. Cette méthode est une variante de l'analyse tétrade déjà décrite, mais appliquée à des gènes liés.
Dans le cas d'un croisement monohybride, la ségrégation en produits haploïdes (spores) est attendue dans le rapport 1A:1a. Chez les asques, parmi les 8 spores, il y a 4 spores colorées (A) et 4 incolores (a), soit on observe un partage 1 : 1. En l'absence de croisement entre le gène et le centromère, l'ordre des spores dans le sac est le suivant : AAAAaaaa. Si l'ordre des ascospores change, par exemple AAaaAAAaa, cela indiquera qu'un croisement s'est produit entre le locus a et le centromère.
L'emplacement des spores dépendra de la ségrégation des chromosomes dans les première et deuxième divisions méiotiques. Les allèles A et a peuvent être répartis dans le sac selon les spores dans un ordre différent : aaAAAaAA, aaAAAAAAa, AAaaaAA.
Dans ce cas, le croisement se produit dans la zone située entre le locus de ce gène et le centromère. Plus le gène a est éloigné du centromère, plus le croisement est probable et, par conséquent, plus il y aura d'asques de croisement. Si le croisement se produit entre l’extrémité distale du chromosome et le gène a, alors la disposition croisée des ascospores ne sera pas détectée.
Un changement dans l'ordre des spores dans l'asque lors du croisement entre le gène et le centromère n'est possible que s'il se produit au stade quatre brins, c'est-à-dire entre les chromatides. Si la recombinaison se produisait à un moment où chaque chromosome n'était pas encore dupliqué, l'ordre des spores dans l'asque ne changerait pas. Par conséquent, le changement dans l'ordre des spores dans ce cas prouve que le croisement se produit entre des chromatides non sœurs, c'est-à-dire au stade à quatre brins.
Par conséquent, lorsqu’on parle du mécanisme et des conséquences génétiques du croisement, c’est uniquement par souci de simplicité qu’il est expliqué par l’échange entre chromosomes entiers ; en fait, des échanges se produisent entre les chromatides. Ces caractéristiques de Neurospora permettent de déterminer l'emplacement du gène dans le chromosome, en tenant compte de la division d'une seule paire d'allèles, ce qui est impossible chez les organismes diploïdes pour lesquels l'analyse des tétrades ne peut pas être effectuée.
Ainsi, l’analyse des tétrades prouve que la ségrégation mendélienne et le croisement sont basés sur les lois de la méiose.
Preuve cytologique de croisement
Après avoir établi le phénomène de croisement par des méthodes génétiques, il a fallu obtenir des preuves directes de l'échange de sections de chromosomes homologues, accompagné d'une recombinaison de gènes. Les schémas de chiasmes observés au cours de la prophase de la méiose ne peuvent servir que de preuve indirecte de ce phénomène ; il est impossible d'établir l'échange qui s'est produit par observation directe, car les chromosomes homologues échangeant des sections sont généralement absolument identiques en taille et en forme.
Kreitov et McClintock ont réussi à obtenir chez le maïs une forme dans laquelle les chromosomes homologues différaient morphologiquement - l'un était normal et l'autre avait un épaississement à l'extrémité d'un bras, son deuxième bras était allongé. Ces caractéristiques de la structure d'une paire de chromosomes ont été facilement détectées lors d'études cytologiques.
Dans l’expérience, le chromosome normal portait le gène récessif c (endosperme non coloré) et le gène dominant wx+ (endosperme féculent), le chromosome altéré portait le gène dominant c+ (endosperme coloré) et le gène récessif wx (endosperme cireux). Le dihétérozygote a été croisé avec une lignée possédant des chromosomes morphologiquement normaux marqués avec les gènes récessifs c et wx. La progéniture a produit à la fois des grains non croisés et croisés. Lors de leur étude cytologique, il a été découvert que les grains croisés contenaient invariablement des chromosomes à sections échangées : de longueur normale, mais avec épaississement, ou allongés sans épaississement.
Ainsi, il a été démontré simultanément cytologiquement et génétiquement que la recombinaison des gènes s'accompagne de l'échange de sections de chromosomes homologues en prophase méiotique.