Théorie chromosomique de l'hérédité

Formation de la théorie des chromosomes

En 1902-1903 Le cytologue américain W. Setton et le cytologue et embryologiste allemand T. Boveri ont identifié indépendamment le parallélisme dans le comportement des gènes et des chromosomes lors de la formation des gamètes et de la fécondation. Ces observations ont constitué la base de l’hypothèse selon laquelle les gènes sont situés sur les chromosomes. Cependant, des preuves expérimentales de la localisation de gènes spécifiques sur des chromosomes spécifiques n'ont été obtenues qu'en 1910 par le généticien américain T. Morgan, qui, au cours des années suivantes (1911-1926), a étayé la théorie chromosomique de l'hérédité. Selon cette théorie, la transmission de l'information héréditaire est associée aux chromosomes, dans lesquels les gènes sont localisés linéairement, dans un certain ordre.

Morgan et ses étudiants ont découvert ce qui suit :

1. Les gènes situés sur le même chromosome sont hérités conjointement ou liés.

2. Des groupes de gènes situés sur le même chromosome forment des groupes de liaison. Le nombre de groupes de liaison est égal à l’ensemble haploïde de chromosomes chez les individus homogamétiques et à n+1 chez les individus hétérogamétiques.

3. Un échange de sections (crossing over) peut se produire entre chromosomes homologues ; À la suite du croisement, apparaissent des gamètes dont les chromosomes contiennent de nouvelles combinaisons de gènes.

4. La fréquence de croisement entre chromosomes homologues dépend de la distance entre les gènes localisés sur le même chromosome. Plus cette distance est grande, plus la fréquence de croisement est élevée. L'unité de distance entre les gènes est considérée comme étant 1 morganidé (1% de croisement) ou le pourcentage d'occurrence d'individus croisés. Si cette valeur est de 10 morganidés, on peut affirmer que la fréquence des croisements chromosomiques aux emplacements de ces gènes est de 10 % et que de nouvelles combinaisons génétiques seront identifiées chez 10 % de la progéniture.

5. Pour connaître la nature de l'emplacement des gènes sur les chromosomes et déterminer la fréquence de croisement entre eux, des cartes génétiques sont construites. La carte reflète l'ordre des gènes sur un chromosome et la distance entre les gènes sur le même chromosome. Ces conclusions de Morgan et de ses collègues ont été appelées théorie chromosomique de l'hérédité. Les conséquences les plus importantes de cette théorie sont les concepts modernes du gène en tant qu'unité fonctionnelle de l'hérédité, sa divisibilité et sa capacité à interagir avec d'autres gènes.

Ainsi, ce sont les chromosomes qui constituent la base matérielle de l'hérédité.

La formation de la théorie des chromosomes a été facilitée par les données obtenues à partir de l'étude de la génétique du sexe, lorsque des différences dans l'ensemble des chromosomes ont été établies dans des organismes de sexes différents.

Génétique du sexe

Le sexe, comme toute autre caractéristique d’un organisme, est déterminé héréditairement. Le rôle le plus important dans la détermination génétique du sexe et dans le maintien d'un sex-ratio naturel appartient à l'appareil chromosomique.

Pensez à la détermination du sexe chromosomique. On sait que dans les organismes dioïques, le sex-ratio est généralement de 1:1, c'est-à-dire que l'on trouve aussi souvent des individus mâles que femelles. Ce rapport coïncide avec le clivage dans un croisement d'analyse, lorsque l'une des formes croisées est hétérozygote (Aa), et l'autre est homozygote pour les allèles récessifs (aa). Dans ce cas, chez la progéniture, on observe une division du rapport 1Aa:1aa. Si le sexe est hérité selon le même principe, il serait alors tout à fait logique de supposer qu'un sexe doit être homozygote et l'autre hétérozygote. La ségrégation sexuelle devrait alors être égale à 1,1 à chaque génération, ce qui est effectivement observé.

Lors de l'étude des ensembles de chromosomes des mâles et des femelles d'un certain nombre d'animaux, certaines différences ont été découvertes entre eux. Les individus mâles et femelles ont des paires de chromosomes identiques (homologues) dans toutes les cellules, mais ils diffèrent par une paire de chromosomes. Ces chromosomes, par lesquels les hommes et les femmes diffèrent les uns des autres, sont appelés chromosomes sexuels. Ceux qui sont appariés dans l’un des sexes sont appelés chromosomes X. Le chromosome sexuel non apparié, présent chez les individus d’un seul sexe, était appelé chromosome Y. Les chromosomes dans lesquels il n’y a aucune différence entre les hommes et les femmes sont appelés autosomes.

Chez les oiseaux, les papillons et les reptiles, les mâles sont du sexe homogamétique et les femelles sont hétérogamétiques (type XY ou type XO). Les chromosomes sexuels de ces espèces sont parfois désignés par les lettres Z et W pour mettre ainsi en évidence cette méthode de détermination du sexe ; dans ce cas, les mâles sont désignés par le symbole ZZ, et les femelles par le symbole ZW ou Z0.

Héritage de traits liés au sexe

Dans le cas où les gènes qui contrôlent la formation d'un trait particulier sont localisés dans les autosomes, l'héritage se produit quel que soit le parent (mère ou père) qui est porteur du trait étudié. Si les gènes sont situés sur les chromosomes sexuels, la nature de l'héritage des traits change radicalement.

Les traits dont les gènes sont localisés sur les chromosomes sexuels sont appelés traits liés au sexe. Ce phénomène a été découvert par T. Morgan.

Les ensembles de chromosomes des différents sexes diffèrent par la structure des chromosomes sexuels. Les traits déterminés par les gènes des chromosomes sexuels sont appelés liés au sexe. Le mode de transmission dépend de la répartition des chromosomes lors de la méiose. Dans les sexes hétérogamétiques, les traits liés au chromosome X et n'ayant pas d'allèle sur le chromosome Y apparaissent même lorsque le gène qui détermine le développement de ces traits est récessif. Le sexe de l'organisme est déterminé au moment de la fécondation et. dépend du complément chromosomique du zygote résultant. Chez les oiseaux, les femelles sont hétérogamétiques et les mâles homogamétiques.

Héritage enchaîné

La combinaison indépendante de traits (troisième loi de Mendel) est réalisée à condition que les gènes qui déterminent ces traits soient situés dans différentes paires de chromosomes homologues. Par conséquent, dans chaque organisme, le nombre de gènes pouvant être combinés indépendamment lors de la méiose est limité par le nombre de chromosomes. Cependant, dans un organisme, le nombre de gènes dépasse largement le nombre de chromosomes.
Chaque chromosome contient de nombreux gènes. Les gènes situés sur le même chromosome forment un groupe de liaison et sont hérités ensemble.

Héritage conjoint des gènes X Morgan a proposé d'appeler héritage lié. Le nombre de groupes de liaison correspond à l'ensemble haploïde de chromosomes, puisque le groupe de liaison est constitué de deux chromosomes homologues dans lesquels les mêmes gènes sont localisés.

Le mode de transmission des gènes liés diffère de la transmission des gènes localisés dans différentes paires de chromosomes homologues. Ainsi, si, combiné indépendamment, un dihybride forme quatre types de gamètes (AB, Ab, aB et ab) en quantités égales, alors le même dihybride ne forme que deux types de gamètes : (AB et ab) également en quantités égales. Ces derniers répètent la combinaison de gènes dans le chromosome du parent.

Il a cependant été constaté qu'en plus des gamètes ordinaires, d'autres, Ab et aB, émergent avec de nouvelles combinaisons de gènes qui diffèrent de ceux du gamète parent. La raison de l'émergence de nouveaux gamètes est l'échange de sections de chromosomes homologues, ou croisement.

Le croisement se produit dans la prophase I de la méiose lors de la conjugaison des chromosomes homologues. À ce moment-là, des parties de deux chromosomes peuvent se croiser et échanger leurs sections. En conséquence, de nouveaux chromosomes qualitativement apparaissent, contenant des sections (gènes) des chromosomes maternels et paternels. Les individus obtenus à partir de ces gamètes avec une nouvelle combinaison d'allèles sont appelés croisements ou recombinants.

La fréquence (pourcentage) de croisement entre deux gènes situés sur le même chromosome est proportionnelle à la distance qui les sépare. Le croisement entre deux gènes se produit d’autant moins souvent qu’ils sont proches l’un de l’autre. À mesure que la distance entre les gènes augmente, la probabilité que le croisement les sépare sur deux chromosomes homologues différents augmente.

La distance entre les gènes caractérise la force de leur liaison. Il existe des gènes avec un pourcentage élevé de liaison et d’autres pour lesquels la liaison est presque indétectable. Cependant, en cas d'héritage lié, la valeur maximale du croisement ne dépasse pas 50 %. S'il est plus élevé, on observe alors une combinaison libre entre paires d'allèles, impossible à distinguer d'un héritage indépendant.

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. Une personne effectue spécifiquement une hybridation afin d'obtenir les combinaisons nécessaires à utiliser dans les travaux de sélection.

Le concept de carte génétique

T. Morgan et ses collaborateurs K. Bridges, A. Sturtevanti G. Meller ont montré expérimentalement que la connaissance des phénomènes de liaison et de croisement permet non seulement d'établir le groupe de liaison des gènes, mais également de construire des cartes génétiques des chromosomes, qui indiquent l'ordre de localisation des gènes dans le chromosome et les distances relatives entre eux.

Une carte génétique des chromosomes est un diagramme de la disposition relative des gènes situés dans le même groupe de liaison. De telles cartes sont compilées pour chaque paire de chromosomes homologues.

La possibilité d'une telle cartographie repose sur la constance du pourcentage de croisement entre certains gènes. Des cartes génétiques des chromosomes ont été établies pour de nombreuses espèces d'organismes.

La présence d'une carte génétique indique un haut degré de connaissance d'une espèce particulière d'organisme et présente un grand intérêt scientifique. Un tel organisme est un excellent objet pour des travaux expérimentaux ultérieurs qui ont une signification non seulement scientifique mais aussi pratique. En particulier, la connaissance des cartes génétiques permet de planifier des travaux visant à obtenir des organismes présentant certaines combinaisons de traits, désormais largement utilisées dans la pratique de la sélection.

La comparaison des cartes génétiques de différentes espèces d'organismes vivants contribue également à la compréhension du processus évolutif.

Dispositions fondamentales de la théorie chromosomique de l'hérédité

Les gènes sont localisés sur les chromosomes. De plus, différents chromosomes contiennent un nombre inégal de gènes. De plus, l’ensemble des gènes de chacun des chromosomes non homologues est unique.

Les gènes alléliques occupent des loci identiques sur les chromosomes homologues.

Les gènes sont situés sur un chromosome dans une séquence linéaire.

Les gènes sur un chromosome forment un groupe de liaison, grâce auquel se produit l'héritage lié de certains traits. Dans ce cas, la force d’adhésion est inversement proportionnelle à la distance entre les gènes.

Chaque espèce biologique est caractérisée par un certain ensemble de chromosomes - un caryotype.

Au tournant des XIXe et XXe siècles, les principales étapes de la division cellulaire sont étudiées. La durée de vie d'une cellule depuis sa formation jusqu'à sa division est cycle cellulaire. Le cycle cellulaire est divisé en étapes dont la plus brillante en termes morphologiques est mitose ou la division cellulaire elle-même. La période entre les mitoses est appelée interphase. Un rôle clé dans la mitose appartient à chromosomes- de telles structures dans les noyaux des cellules qui, pendant la période de division, sont clairement visibles en microscopie optique et à l'aide de méthodes de coloration spécifiques. La substance colorante des chromosomes est appelée chromatine. L’existence des chromosomes a été démontrée pour la première fois par Fleming en 1882. Le terme chromosome a été introduit pour la première fois par Waldeer en 1888 (en grec : chroma – couleur ; soma – corps).

L'ensemble des chromosomes dans une cellule est appelé caryotype. Le nombre et la morphologie des chromosomes sont liés aux caractéristiques de l'espèce. Différentes espèces d'organismes diffèrent par leur caryotype, alors qu'aucune différence de ce type n'est observée au sein d'une même espèce, et les anomalies du caryotype sont le plus souvent associées à des conditions pathologiques graves. Chaque chromosome possède une région fonctionnelle importante appelée centromère. Le centromère divise le chromosome en deux bras : un court (p) Et long (q) . Les chromosomes sont divisés en groupes en fonction de leur longueur et de leur emplacement au centromère. Dans les cellules somatiques supérieures, chaque chromosome est représenté par deux copies, c'est-à-dire ensemble diploïde. Et ce n'est que dans les cellules germinales qu'il y a un seul ou ensemble haploïde chromosomes. Ceci est assuré grâce à une forme particulière de division des cellules germinales - méiose.

Les premières études approfondies concernant la structure et la morphologie des chromosomes dans notre pays ont été réalisées sur des objets végétaux dans les années 20 du siècle dernier par l'éminent cytologue et embryologiste S. G. Navashin et ses étudiants talentueux - M. S. Navashin, G. A. Levitsky, L. N. Delaunay. En 1924, G. A. Levitsky publie le premier manuel au monde sur la cytogénétique : « Base matérielle de l'hérédité », dans lequel il introduit notamment la notion de caryotype au sens où ce terme est utilisé aujourd'hui.

Examinons plus en détail les principales étapes du cycle cellulaire - Fig. 5, étapes de la mitose - Fig. 6 et méiose - Fig. 7.

Figure 5. Cycle cellulaire

Une cellule qui a terminé sa division est au stade G0. L'étape d'interphase la plus longue est la période de repos cellulaire relatif - G 1 ; sa durée peut varier considérablement. Approximativement au milieu du stade G 1, il existe un point de contrôle, après lequel la cellule commence inévitablement à se diviser. Après G 1 commence la très importante étape de synthèse S, au cours de laquelle chaque chromosome est doublé pour former deux chromatide, reliés entre eux par un seul centromère. Viennent ensuite la préparation à la mitose - stade G 2 et à la mitose elle-même - stade M.

Figure 6. Mitose

La mitose, quant à elle, est également divisée en étapes. Sur la scène prophase il se produit la disparition de la membrane nucléaire, la condensation ou le compactage des chromosomes du fait de leur spiralisation, la migration des centrioles vers les pôles opposés, conduisant à la polarisation cellulaire, et la formation broches constitué de microtubules. Les fils des microtubules s'étendent d'un pôle à l'autre et les centromères des chromosomes y sont attachés. Pendant métaphases Les centromères sont situés le long de l’équateur de la cellule perpendiculairement à l’axe du fuseau. C’est durant cette période que les chromosomes sont particulièrement visibles, puisqu’ils sont dans leur état le plus compact. Sur la scène anaphase les centromères se séparent, les chromatides se transforment en chromosomes indépendants et, emportés par les centromères, commencent à se déplacer vers les pôles opposés de la cellule le long des filaments du fuseau. Au stade final - télophase– une déspiralisation des chromosomes se produit, le fuseau disparaît, une membrane nucléaire se forme et le cytoplasme se sépare. Au stade interphase, avec la microscopie optique conventionnelle, les chromosomes en tant que structures individuelles ne sont pas visibles ; seuls les grains de chromatine, répartis de manière aléatoire dans le noyau, sont colorés.

Figure 7. Méiose

La méiose se produit uniquement lorsque les cellules germinales se forment et implique deux divisions cellulaires : méioseje ou division de réduction et la méiose II. Au cours de la prophase de la méiose I, les chromosomes homologues se congèlent (fusionnent) les uns avec les autres sur toute leur longueur, formant bivalent. A ce moment, un échange de régions entre chromatides non sœurs peut se produire - traverser ou recombinaison homologue (Fig. 8.)

Figure 8. Traversée

Au point de recombinaison, une structure en forme de croix visible au microscope optique se forme - chiasma. L'échange ne se produit qu'entre deux des quatre chromatides. Les chiasmes se forment de manière aléatoire et leur nombre dépend en moyenne de la longueur du chromosome : plus le chromosome est long, plus les chiasmes sont gros. Au stade métaphase, les bivalents s'alignent dans le plan équatorial, les centromères étant orientés de manière aléatoire par rapport aux pôles cellulaires. Au stade anaphase, les chromosomes homologues se séparent les uns des autres et commencent à se déplacer vers des pôles opposés. Dans ce cas, la division des centromères ne se produit pas et les chromatides sœurs sont connectées. Cependant, ils peuvent ne plus être identiques les uns aux autres en raison du croisement qui s'est produit. Ainsi, au cours du processus de méiose I, deux cellules haploïdes se forment à partir d'une cellule diploïde. L'intervalle entre la première et la deuxième division de la méiose est appelé interkinésie. Cela peut être assez long, pendant lequel les chromosomes sont décompactés et ont le même aspect qu'en interphase. Il est important de souligner qu’à ce stade, la duplication des chromatides ne se produit pas.

En prophase de la méiose II, le fuseau est restauré, les chromosomes sont situés dans le plan équatorial. En anaphase II, les centromères se divisent et les chromosomes se déplacent vers des pôles opposés. Ainsi, pour un acte de doublement chromosomique, il y a deux cycles successifs de division cellulaire. Une fois la télophase II terminée, la cellule parent diploïde est divisée en quatre cellules germinales haploïdes et les gamètes résultants ne sont pas identiques les uns aux autres - les fragments des chromosomes maternels et paternels sont dans des combinaisons différentes.

En étudiant les processus de mitose et de méiose, W. Setton et E. Boveri sont arrivés en 1902 à la conclusion que les facteurs ou gènes héréditaires postulés par Mendel sont situés dans les chromosomes, puisque le comportement des chromosomes correspond au comportement de ces facteurs héréditaires. En effet, Mendel a suggéré que les cellules somatiques contiennent deux copies d'un facteur héréditaire responsable du même trait ou, comme nous l'avons déjà défini, deux allèles du même gène. Ces allèles peuvent être identiques - AA ou ahh, ou différent - Ahh. Mais un seul des allèles pénètre dans les cellules germinales : UN ou UN. Rappelons que les chromosomes homologues des cellules somatiques sont également contenus en deux exemplaires, et qu'un seul d'entre eux aboutit dans les gamètes. Lors de la fécondation, le double ensemble de chromosomes et d'allèles génétiques est restauré.

Des preuves directes de la localisation des gènes sur les chromosomes ont été obtenues plus tard par T. Morgan (1910) et K. Bridges (1916) lors d'expériences sur la drosophile. Revenant aux lois de Mendel, nous notons que la combinaison indépendante n'est valable que pour les traits dont les gènes sont situés sur des chromosomes différents. Les allèles parentaux de gènes localisés sur le même chromosome ont une forte probabilité de pénétrer ensemble dans la même cellule germinale. Ainsi, l'idée d'un gène est apparue comme une section d'un chromosome ou d'un chromosome lieu, qui est responsable d'un trait et est en même temps une unité de recombinaison et de mutation conduisant à un changement de phénotype.

Les chromosomes des organismes supérieurs sont constitués de euchromatine Et hétérochromatine, conservant sa position compacte tout au long du cycle cellulaire. C'est l'hétérochromatine qui est visible dans les noyaux en interphase sous forme de granules colorés. Une grande quantité d'hétérochromatine est localisée dans la région du centromère et aux extrémités des chromosomes, appelées télomères. Bien que les fonctions de l'hétérochromatine ne soient pas tout à fait claires, on suppose qu'elle joue un rôle important dans le maintien de l'intégrité structurelle des chromosomes, dans leur ségrégation correcte lors de la division cellulaire et dans la régulation de la fonction des gènes. L'euchromatine contenue dans les préparations a une couleur plus claire et, apparemment, la plupart des gènes sont localisés dans ces zones. Les réarrangements chromosomiques se produisent le plus souvent dans le domaine de l'hétérochromatine. Un rôle majeur dans l'étude de la structure et des fonctions des régions hétérochromatiques et euchromatiques des chromosomes appartient à notre remarquable compatriote Alexandra Alekseevna Prokofieva-Belgovskaya. Pour la première fois, une description morphologique détaillée des dix plus grands chromosomes humains et de divers groupes de chromosomes plus petits a été présentée dans les travaux des principaux cytologues russes M. S. Navashin et A. G. Andres au milieu des années 30 du siècle dernier.

En 1956, Thio et Levy, en utilisant des préparations histologiques à la colchicine, ont déterminé que les humains possèdent 46 chromosomes, constitués de 23 paires différentes. La colchicine retarde la division cellulaire au stade métaphase, lorsque les chromosomes sont les plus condensés et donc faciles à reconnaître. En figue. La figure 9 montre un diagramme de coloration différentielle des chromosomes humains.

Figure 9. Schéma de coloration différentielle des chromosomes humains

Chez la femme, les deux chromosomes de chaque paire sont complètement homologues en termes de forme et de coloration. Chez l'homme, une telle homologie n'est conservée que pour 22 paires de chromosomes, appelées autosomes. La paire restante pour les hommes se compose de deux chromosomes sexuels -XEtOui. Chez la femme, les chromosomes sexuels sont représentés par deux chromosomes X homologues. Ainsi, le caryotype normal d'une femme s'écrit (46, XX) et pour un homme - (46, XY). Un seul ensemble de chromosomes se retrouve dans les cellules germinales des hommes et des femmes. Tous les ovules portent 22 autosomes et un chromosome X, mais les spermatozoïdes diffèrent : la moitié d'entre eux ont le même ensemble de chromosomes que les ovules et l'autre moitié a un chromosome Y au lieu d'un chromosome X. Lors de la fécondation, le double jeu de chromosomes est restauré. De plus, qui naîtra - une fille ou un garçon - dépend du spermatozoïde qui a participé à la fécondation, celui qui porte le chromosome X ou celui qui porte le chromosome Y. En règle générale, il s'agit d'un processus aléatoire, de sorte que les filles et les garçons naissent avec une probabilité à peu près égale.

Aux premiers stades de l'analyse du caryotype humain, l'identification individuelle ne pouvait être effectuée que par rapport aux trois premiers plus gros chromosomes. Les chromosomes restants ont été divisés en groupes en fonction de leur taille, de l'emplacement du centromère et de leur présence. satellites ou satellites– de petits fragments compacts séparés du chromosome par de fines constrictions. En figue. 10 montre les types de chromosomes : acrocentriques, métacentriques Et submétacentriques lorsque le centromère est localisé respectivement à l'extrémité du chromosome, au milieu et en position intermédiaire.

Figure 10. Types de chromosomes

Conformément à la classification admise, on distingue 7 groupes de chromosomes chez l'homme : A, B, C, D, E, F et G ou 1, 2, 3, 4, 5, 6 et 7. Pour une meilleure identification des chromosomes, ils sont disposés en groupes ou cariogramme. En figue. La figure 11 montre un caryotype féminin et son caryogramme.

Figure 11. Caryotype féminin et son caryogramme

Au début des années 70 du 20e siècle, des méthodes de coloration différentielle des chromosomes utilisant le colorant Giemsa (méthodes G-, R-, C-, Q) ont été développées. Dans ce cas, des stries transversales caractéristiques sont révélées sur les chromosomes, appelées disques ou bandes, dont la localisation est spécifique à chaque paire de chromosomes. Les méthodes de coloration différentielle des chromosomes permettent d'identifier non seulement chaque chromosome, mais également des régions individuelles de chromosomes, numérotées séquentiellement du centromère au télomère, ainsi que des segments au sein des régions. Par exemple, l'entrée Xp21.2 signifie le bras court du chromosome X, région 21, segment 2. Cette entrée est très pratique pour déterminer l'affiliation de gènes ou d'autres éléments du génome à des locus chromosomiques spécifiques. En particulier, le gène de la dystrophie musculaire de Duchenne est localisé dans la région Xp21.2 - DMD. Ainsi, des bases méthodologiques ont été créées pour étudier les caractéristiques du caryotype dans différents types d'organismes, déterminant sa variabilité individuelle et ses anomalies dans certaines conditions pathologiques. La branche de la génétique qui s'occupe de l'étude des chromosomes et de leurs anomalies s'appelle cytogénétique. Les premières cartes cytogénétiques des chromosomes humains ont été compilées par C. B. Bridges et Sturtevant.

Dans la première moitié du XXe siècle, la théorie chromosomique de l'hérédité a connu un développement important. Il a été démontré que les gènes sont disposés linéairement sur les chromosomes. Gènes sur une forme chromosomique groupe d'embrayage et sont hérités ensemble. De nouvelles combinaisons d'allèles de gènes sur un chromosome peuvent se former en raison d'un croisement, et la probabilité de cet événement augmente avec l'augmentation de la distance entre les gènes. Des unités de mesure de la distance génétique ont été introduites - centimorgans ou morganides, du nom du fondateur de la théorie chromosomique de l'hérédité - Thomas Morgan. On pense que deux gènes sur le même chromosome sont situés à une distance de 1 centimorgan (cm) si la probabilité de croisement entre eux pendant la méiose est de 1 %. Bien entendu, les centimorgans ne sont pas des unités absolues de mesure de la distance dans les chromosomes. Ils dépendent directement du croisement, qui peut se produire à des fréquences différentes dans différentes parties des chromosomes. En particulier, dans la région de l'hétérochromatine, le croisement se produit moins intensément.

Notez que la nature décrite ci-dessus de la division des cellules somatiques et germinales - mitose et méiose, est valable pour eucaryotes, c'est-à-dire les organismes dont les cellules ont des noyaux. Chez les bactéries appartenant à la classe procaryote, il n'y a pas de noyaux, mais un chromosome est présent dans la cellule et, en règle générale, il a la forme d'un anneau. En plus du chromosome, les cellules procaryotes peuvent contenir des structures annulaires beaucoup plus petites en un grand nombre de copies, appelées plasmides.

En 1961, M. Lyon émettait l'hypothèse que chez la femme un des chromosomes X serait inactivé. De plus, dans différentes cellules, les chromosomes X d’origine tant paternelle que maternelle peuvent subir une inactivation. Lors de l'analyse d'un caryotype féminin, le chromosome X inactivé apparaît comme une structure chromatinienne compacte, bien colorée, de forme ronde, située à proximité de la membrane nucléaire. Ce Le corps de Barr ou hétérochromatine sexuelle. Son identification est la méthode la plus simple de diagnostic cytogénétique du sexe. Rappelons que dans le chromosome Y il n'y a pratiquement pas d'homologues des gènes du chromosome X, cependant, l'inactivation de l'un des chromosomes X conduit au fait que la dose de la plupart des gènes localisés dans les chromosomes sexuels chez l'homme et la femme c'est la même chose, c'est-à-dire que l'inactivation du chromosome X chez la femme est l'un des mécanismes de compensation de la dose de gènes. Le processus d'inactivation du chromosome X est appelé lyonisation, et c'est aléatoire. Par conséquent, dans le corps des femmes, le ratio de cellules avec un chromosome X inactivé d'origine paternelle ou maternelle sera à peu près le même. Ainsi, les femmes hétérozygotes pour une mutation d'un gène localisé sur le chromosome X ont un phénotype mosaïque - une partie des cellules contient un allèle normal et l'autre un mutant.

Thème 32. Théorie chromosomique de l'hérédité. La loi de Morgan

Introduction
1. T. G. Morgan - le plus grand généticien du 20e siècle.
2. Attraction et répulsion
3. Théorie chromosomique de l'hérédité
4. Arrangement mutuel des gènes
5. Cartes des groupes de liaison, localisation des gènes dans les chromosomes
6. Cartes cytologiques des chromosomes
7. Conclusion
Bibliographie

1. INTRODUCTION

La troisième loi de Mendel - la règle de l'héritage indépendant des caractères - présente des limites importantes.
Dans les propres expériences de Mendel et dans les premières expériences menées après la deuxième découverte des lois de Mendel, des gènes situés sur différents chromosomes ont été inclus dans l'étude et, par conséquent, aucune divergence avec la troisième loi de Mendel n'a été trouvée. Un peu plus tard, des faits contredisant cette loi ont été découverts. Leur accumulation et leur étude progressives ont conduit à l'établissement de la quatrième loi de l'hérédité, appelée loi de Morgan (en l'honneur du généticien américain Thomas Gent Morgan, qui l'a formulée et justifiée pour la première fois), ou règle de liaison.
En 1911, dans l’article « Ségrégation libre versus attraction dans l’hérédité mendélienne », Morgan écrivait : « Au lieu d’une ségrégation libre au sens mendélien, nous avons trouvé une « association de facteurs » localisés à proximité les uns des autres sur les chromosomes. La cytologie a fourni le mécanisme requis par les données expérimentales.
Ces mots formulent brièvement les principales dispositions de la théorie chromosomique de l'hérédité développée par T. G. Morgan.

1. T. G. MORGAN - LE PLUS GRAND GÉNÉTICISTE du 20ème siècle.

Thomas Gent Morgan est né le 25 septembre 1866 dans le Kentucky (USA). En 1886, il fut diplômé de l'université de cet État. En 1890, T. Morgan obtint son doctorat en philosophie et, l'année suivante, devint professeur dans un collège pour femmes de Pennsylvanie. La période principale de sa vie a été associée à l'Université de Columbia, où, à partir de 1904, pendant 25 ans, il a dirigé le département de zoologie expérimentale. En 1928, il est invité à diriger un laboratoire de biologie spécialement construit pour lui au California Institute of Technology, dans une ville proche de Los Angeles, où il travaillera jusqu'à sa mort.
Les premières études de T. Morgan furent consacrées aux questions d'embryologie expérimentale.
En 1902, le jeune cytologue américain Walter Setton (1877-1916), qui travaillait dans le laboratoire d'E. Wilson (1856-1939), suggérait que les phénomènes particuliers caractérisant le comportement des chromosomes lors de la fécondation étaient, selon toute vraisemblance, un mécanisme des modèles mendéliens. T. Morgan connaissait bien E. Wilson lui-même et les travaux de son laboratoire et c'est pourquoi, lorsqu'en 1908 il établit dans le phylloxéra mâle la présence de deux variétés de spermatozoïdes, dont l'une possédait un chromosome supplémentaire, l'hypothèse d'une le lien est immédiatement apparu avec les caractéristiques du sexe avec l'introduction des chromosomes appropriés. T. Morgan est donc passé aux problèmes de génétique. Il a eu l'idée que non seulement le sexe est associé aux chromosomes, mais que d'autres inclinations héréditaires y sont peut-être localisées.
Le budget modeste du laboratoire universitaire a obligé T. Morgan à rechercher un objet plus adapté aux expériences d'étude de l'hérédité. Des souris et des rats, il passe à la mouche des fruits, la drosophile, dont le choix s'est avéré extrêmement réussi. Les travaux de l'école de T. Morgan, puis de la plupart des autres institutions de recherche en génétique, se sont concentrés sur cet objet. Découvertes majeures en génétique des années 20-30. XXe siècle associé à la drosophile.
En 1910, le premier ouvrage génétique de T. Morgan, « Sex-Limited Heredity in Drosophila », a été publié, décrivant la mutation aux yeux blancs. Les travaux ultérieurs, véritablement gigantesques, de T. Morgan et de ses collègues ont permis de relier les données de cytologie et de génétique en un seul tout et ont abouti à la création de la théorie chromosomique de l'hérédité. Les travaux majeurs de T. Morgan « Bases structurelles de l'hérédité », « Théorie des gènes », « Fondements expérimentaux de l'évolution » et d'autres marquent le développement progressif de la science génétique.
Parmi les biologistes du XXe siècle. T. Morgan se distingue comme un brillant généticien expérimental et comme chercheur sur un large éventail de questions.
En 1931, T. Morgan fut élu membre honoraire de l'Académie des sciences de l'URSS et en 1933, il reçut le prix Nobel.

2. ATTRACTION ET RÉPULSION

Pour la première fois, Bateson et Punnett ont remarqué pour la première fois un écart par rapport à la règle de l'héritage indépendant des caractères en 1906, en étudiant la nature de l'héritage de la couleur des fleurs et de la forme du pollen chez les pois de senteur. Chez le pois de senteur, la couleur pourpre des fleurs (contrôlée par le gène B) est dominante sur le rouge (selon le gène B), et la forme oblongue du pollen mature (« pollen long »), associée à la présence de 3 pores, qui est contrôlée par le gène L, domine le pollen « rond » à 2 pores dont la formation est contrôlée par le gène l.
En croisant des pois de senteur violets à pollen long et des pois de senteur rouges à pollen rond, toutes les plantes de première génération ont des fleurs violettes et un pollen long.
Dans la deuxième génération, parmi les 6 952 plantes étudiées, 4 831 plantes à fleurs violettes et pollen long, 390 à fleurs violettes et pollen rond, 393 à fleurs rouges et pollen long et 1 338 à fleurs rouges et pollen rond ont été trouvées.
Ce rapport correspond bien au clivage que l'on attend si, lors de la formation des gamètes de première génération, les gènes B et L se retrouvent 7 fois plus souvent dans les combinaisons dans lesquelles ils ont été retrouvés dans les formes parentales (BL et bl) que dans de nouvelles combinaisons (Bl et bL) (Tableau 1).
Il semble que les gènes B et L, ainsi que b et l, soient attirés les uns par les autres et ne puissent être que difficilement séparés les uns des autres. Ce comportement des gènes était appelé attraction génétique. L'hypothèse selon laquelle les gamètes portant les gènes B et L dans les combinaisons dans lesquelles ils ont été présentés dans les formes parentales se retrouvent 7 fois plus souvent que les gamètes portant une nouvelle combinaison (dans ce cas Bl et bL) a été directement confirmée dans les résultats appelés analyser les croisements.
Lors du croisement d'hybrides de première génération (F1) (génotype BbLl) avec un parent récessif (bbll), la répartition suivante a été obtenue : 50 plantes à fleurs violettes et pollen long, 7 plantes à fleurs violettes et pollen rond, 8 plantes à fleurs rouges et pollen long, et 47 plantes à fleurs rouges et pollen rond, ce qui correspond très bien au ratio attendu : 7 gamètes avec d'anciennes combinaisons de gènes pour 1 gamète avec de nouvelles combinaisons.
Dans les croisements où l'un des parents avait le génotype BBll et l'autre le génotype bbLL, la ségrégation dans la deuxième génération avait un caractère complètement différent. Dans l'un de ces croisements F2, il y avait 226 plantes à fleurs violettes et pollen long, 95 à fleurs violettes et pollen rond, 97 à fleurs rouges et pollen long, et une plante à fleurs rouges et pollen rond. Dans ce cas, il semble que les gènes B et L se repoussent. Ce comportement des facteurs héréditaires était appelé répulsion génétique.
Étant donné que l'attraction et la répulsion des gènes étaient très rares, cela était considéré comme une sorte d'anomalie et une sorte de curiosité génétique.
Un peu plus tard, plusieurs autres cas d'attraction et de répulsion ont été découverts chez les pois de senteur (forme de la fleur et couleur de l'aisselle des feuilles, couleur de la fleur et forme de la voile de la fleur, et quelques autres paires de caractères), mais cela n'a pas modifié l'évaluation globale du phénomène de l'attraction et la répulsion comme une anomalie.
Cependant, l'évaluation de ce phénomène a radicalement changé après 1910-1911. T. Morgan et ses étudiants ont découvert de nombreux cas d'attraction et de répulsion chez la mouche des fruits drosophile, un objet très favorable à la recherche génétique : sa culture est bon marché et peut être réalisée en laboratoire à très grande échelle, sa durée de vie est courte et en un an on peut obtenir plusieurs dizaines de générations, les croisements contrôlés sont faciles à mettre en œuvre ; il n'y a que 4 paires de chromosomes, dont une paire de chromosomes sexués qui se distinguent clairement les uns des autres.
Grâce à cela, Morgan et ses collègues ont rapidement découvert un grand nombre de mutations dans des facteurs héréditaires qui déterminent des traits clairement visibles et faciles à étudier, et ont pu réaliser de nombreux croisements pour étudier la nature de l'hérédité de ces traits. Dans le même temps, il s'est avéré que de nombreux gènes chez la drosophile ne sont pas hérités indépendamment les uns des autres, mais sont mutuellement attirés ou repoussés, et les gènes montrant une telle interaction pourraient être divisés en plusieurs groupes, au sein desquels tous les gènes présentaient plus ou moins une attirance ou une répulsion mutuelle fortement exprimée.
Sur la base d'une analyse des résultats de ces études, T. G. Morgan a suggéré que l'attraction se produit entre des gènes non allélomorphes situés sur le même chromosome et persiste jusqu'à ce que ces gènes soient séparés les uns des autres à la suite d'une rupture chromosomique lors de la division de réduction, et qu'une répulsion se produise. dans les cas où les gènes étudiés sont situés sur des chromosomes différents d'une même paire de chromosomes homologues
Il s'ensuit que l'attraction et la répulsion des gènes sont des aspects différents d'un même processus, dont la base matérielle est la disposition différente des gènes dans les chromosomes. Par conséquent, Morgan a proposé d'abandonner les deux concepts distincts d'« attraction » et de « répulsion » des gènes et de les remplacer par un concept général de « liaison génétique », estimant que cela dépend de leur emplacement dans un chromosome dans un ordre linéaire.

3. THÉORIE CHROMOSOMALE DU PATRIMOINE

Après une étude plus approfondie de la liaison génétique, il a été rapidement établi que le nombre de groupes de liaison chez la drosophile (4 groupes) correspond au nombre haploïde de chromosomes chez cette mouche, et tous les gènes étudiés de manière suffisamment détaillée ont été répartis entre ces 4 groupes de liaison. Initialement, l'emplacement relatif des gènes au sein d'un chromosome est resté inconnu, mais plus tard, une technique a été développée pour déterminer l'ordre d'emplacement des gènes inclus dans le même groupe de liaison, sur la base de la détermination quantitative de la force de liaison entre eux.
La détermination quantitative de la force de liaison génétique est basée sur les prémisses théoriques suivantes. Si deux gènes A et B dans un organisme diploïde sont situés sur un chromosome et que les allélomorphes récessifs de ces gènes a et b sont situés sur un autre chromosome qui lui est homologue, alors les gènes A et B peuvent se séparer l'un de l'autre et entrer dans de nouvelles combinaisons avec leurs allélomorphes récessifs uniquement dans le cas où le chromosome dans lequel ils se trouvent est cassé dans la zone située entre ces gènes et au site de la rupture, une connexion se produit entre des sections de ce chromosome et son homologue.
De telles cassures et nouvelles combinaisons de régions chromosomiques se produisent en réalité lors de la conjugaison de chromosomes homologues lors de la division de réduction. Mais dans ce cas, les échanges de sections n'ont généralement pas lieu entre les 4 chromatides qui composent les chromosomes des bivalents, mais seulement entre deux de ces 4 chromatides. Par conséquent, les chromosomes formés à la suite de la première division de la méiose, lors de tels échanges, sont constitués de deux chromatides inégales - inchangées et reconstruites à la suite de l'échange. Dans la division II de la méiose, ces chromatides inégales divergent vers des pôles opposés, et grâce à cela, les cellules haploïdes résultant de la division réductrice (spores ou gamètes) reçoivent des chromosomes constitués de chromatides identiques, mais seulement la moitié des cellules haploïdes reçoivent des chromosomes reconstruits, et la seconde moitié reçoit inchangée.
Cet échange de sections de chromosomes est appelé croisement. Toutes choses égales par ailleurs, les croisements entre deux gènes situés sur le même chromosome sont d'autant moins fréquents qu'ils sont proches l'un de l'autre. La fréquence de croisement entre les gènes est proportionnelle à la distance qui les sépare.
La détermination de la fréquence de croisement se fait généralement à l'aide de croisements dits analytiques (croisement d'hybrides F1 avec un parent récessif), bien que le F2 obtenu par autofécondation d'hybrides F1 ou par croisement d'hybrides F1 entre eux puisse également être utilisé à cette fin.
On peut considérer cette détermination de la fréquence de croisement en prenant l'exemple de la force d'adhésion entre les gènes C et S chez le maïs. Le gène C détermine la formation d’endosperme coloré (graines colorées) et son allèle récessif provoque un endosperme incolore. Le gène S provoque la formation d’un endosperme lisse et son allèle récessif s détermine la formation d’un endosperme ridé. Les gènes C et S sont situés sur le même chromosome et sont assez fortement liés les uns aux autres. Dans l'une des expériences menées pour quantifier la force d'adhésion de ces gènes, les résultats suivants ont été obtenus.
Une plante à graines lisses colorées, homozygote pour les gènes C et S et possédant le génotype CCSS (parent dominant), a été croisée avec une plante à graines ridées incolores de génotype CCSS (parent récessif). Les hybrides F1 de première génération ont été recroisés avec le parent récessif (croisement test). De cette manière, 8368 graines F2 ont été obtenues, dans lesquelles la répartition suivante a été trouvée en fonction de la couleur et des rides : 4032 graines lisses colorées ; 149 peints froissés ; 152 lisses non peints ; 4035 non teint froissé.
Si, lors de la formation des macro et microspores chez les hybrides F1, les gènes C et S étaient distribués indépendamment les uns des autres, alors dans le croisement test, ces quatre groupes de graines devraient être représentés en nombre égal. Mais ce n'est pas le cas, puisque les gènes C et S sont situés sur le même chromosome, liés les uns aux autres, et par conséquent, les conflits avec les chromosomes recombinés contenant les gènes Cs et cS ne se forment qu'en présence de croisements entre les gènes C et S, ce qui est relativement rare.
Le pourcentage de croisement entre les gènes C et S peut être calculé à l'aide de la formule :

X = a + b / n x 100 %,

Où a est le nombre de croisements entre grains d'une classe (grains de génotype Cscs, issus de la combinaison des gamètes Cs de l'hybride F1 avec les gamètes cs du parent récessif) ; c - le nombre de grains croisés de deuxième classe (cScs) ; n est le nombre total de grains obtenus à la suite de l'analyse du croisement.
Schéma montrant l'hérédité des chromosomes contenant des gènes liés chez le maïs (d'après Hutchinson). Le comportement héréditaire des gènes de l'aleurone coloré (C) et incolore (c), de l'endosperme plein (S) et ridé (s), ainsi que des chromosomes portant ces gènes lors du croisement de deux types purs entre eux et lors du rétrocroisement de F1 avec un double récessif est indiqué.
En substituant dans la formule le nombre de grains de classes différentes obtenus dans cette expérience, on obtient :

X = a + b / n x 100 % = 149 + 152 / 8368 x 100 % = 3,6 %

La distance entre les gènes dans les groupes de liaison est généralement exprimée en pourcentage de croisement, ou en morganidés (un morganidé est une unité exprimant la force de liaison, nommée sur la suggestion de A. S. Serebrovsky en l'honneur de T. G. Morgan, égale à 1 % de croisement sur). Dans ce cas, on peut dire que le gène C est situé à une distance de 3,6 morganides du gène S.
Vous pouvez maintenant utiliser cette formule pour déterminer la distance entre B et L dans les pois de senteur. En substituant les nombres obtenus par croisement analytique et donnés ci-dessus dans la formule, nous obtenons :

X = a + b / n x 100 % = 7 + 8 / 112 x 100 % = 11,6 %

Chez les pois de senteur, les gènes B et L sont situés sur le même chromosome à une distance de 11,6 morganidés l'un de l'autre.
De la même manière, T. G. Morgan et ses étudiants ont déterminé le pourcentage de croisement entre plusieurs gènes inclus dans le même groupe de liaison pour les quatre groupes de liaison de drosophile. Il s'est avéré que le pourcentage de croisement (ou la distance chez les morganidés) entre différents gènes faisant partie du même groupe de liaison s'est avéré très différent. Outre les gènes entre lesquels les croisements se produisaient très rarement (environ 0,1 %), il existait également des gènes entre lesquels la liaison n'était pas du tout détectée, ce qui indiquait que certains gènes étaient très proches les uns des autres, tandis que d'autres étaient très proches les uns des autres. . loin.

4. LOCALISATION RELATIVE DES GÈNES

Pour déterminer l'emplacement des gènes, on a supposé qu'ils étaient disposés dans un ordre linéaire sur les chromosomes et que la véritable distance entre deux gènes était proportionnelle à la fréquence de croisement entre eux. Ces hypothèses ont ouvert la possibilité de déterminer la position relative des gènes au sein des groupes de liaison.
Supposons que les distances (% de croisement) entre trois gènes A, B et C soient connues et qu'elles soient de 5 % entre les gènes A et B, 3 % entre B et C et 8 % entre les gènes A et C.
Supposons que le gène B soit situé à droite du gène A. Dans quelle direction à partir du gène B le gène C doit-il être situé ?
Si l'on suppose que le gène C est situé à gauche du gène B, alors dans ce cas la distance entre les gènes A et C devrait être égale à la différence des distances entre les gènes A - B et B - C, soit 5% - 3 % = 2%. Mais en réalité, la distance entre les gènes A et C est complètement différente et est égale à 8 %. L’hypothèse est donc incorrecte.
Si l'on suppose maintenant que le gène C est situé à droite du gène B, alors dans ce cas la distance entre les gènes A et C devrait être égale à la somme des distances entre les gènes A - B et les gènes B - C, soit 5 % + 3% = 8 %, ce qui correspond tout à fait à la distance établie expérimentalement. Par conséquent, cette hypothèse est correcte et l'emplacement des gènes A, B et C sur le chromosome peut être schématiquement représenté comme suit : A - 5 %, B - 3 %, C - 8 %.
Une fois les positions relatives des 3 gènes établies, la localisation du quatrième gène par rapport à ces trois peut être déterminée en connaissant sa distance par rapport à seulement 2 de ces gènes. On peut supposer que la distance du gène D à deux gènes - B et C parmi les 3 gènes A, B et C évoqués ci-dessus est connue et qu'elle est égale à 2% entre les gènes C et D et 5% entre B et D. Une tentative de placer le gène D à gauche du gène C échoue en raison de la différence évidente entre la différence de distance entre les gènes B - C et C - D (3 % - 2 % = 1 %) et la distance donnée entre les gènes. B et D (5%). Et, à l'inverse, placer le gène D à droite du gène C donne une correspondance complète entre la somme des distances entre les gènes B - C et les gènes C - D (3% + 2% = 5%) avec la distance donnée entre les gènes B et D (5%). Une fois que nous avons établi l'emplacement du gène D par rapport aux gènes B et C, sans expériences supplémentaires, nous pouvons calculer la distance entre les gènes A et D, puisqu'elle doit être égale à la somme des distances entre les gènes A - B et B - D. (5% + 5% = 10%).
Lors de l'étude de la liaison entre les gènes inclus dans le même groupe de liaison, un contrôle expérimental des distances entre eux, préalablement calculé de la même manière que pour les gènes A et D, a été effectué à plusieurs reprises, et dans tous les cas un très bon résultat. un accord a été obtenu.
Si l'emplacement de 4 gènes est connu, disons A, B, C, D, alors le cinquième gène peut leur être « lié » si les distances entre le gène E et deux de ces 4 gènes sont connues, et les distances entre le gène E et deux de ces 4 gènes sont connues. Les quadruples de E et des deux autres gènes peuvent être calculés comme cela a été fait pour les gènes A et D dans l’exemple précédent.

5. CARTES DES GROUPES DE LIAISON, LOCALISATION DES GÈNES DANS LES CHROMOSOMES

En reliant progressivement de plus en plus de gènes aux trois ou quatre gènes liés d'origine, pour lesquels leurs positions relatives avaient été préalablement établies, des cartes de groupes de liaison ont été dressées.
Lors de la compilation de cartes de groupes de couvées, il est important de prendre en compte un certain nombre de caractéristiques. Un bivalent peut connaître non pas un, mais deux, trois et même plus de chiasmes et de croisements liés aux chiasmes. Si les gènes sont situés très proches les uns des autres, la probabilité que deux chiasmes apparaissent sur le chromosome entre ces gènes et que deux échanges de fils (deux croisements) se produisent est négligeable. Si les gènes sont situés relativement loin les uns des autres, la probabilité d'un double croisement dans la région chromosomique entre ces gènes dans la même paire de chromatides augmente considérablement. Pendant ce temps, le deuxième croisement dans la même paire de chromatides entre les gènes étudiés annule en fait le premier croisement et élimine l'échange de ces gènes entre chromosomes homologues. Par conséquent, le nombre de gamètes croisés diminue et il semble que ces gènes soient plus proches les uns des autres qu’ils ne le sont réellement.
Schéma de double croisement dans une paire de chromatides entre les gènes A et B et les gènes B et C. I - moment du croisement ; II - chromatides recombinées AcB et aCb.
De plus, plus les gènes étudiés sont éloignés les uns des autres, plus le double croisement se produit souvent entre eux et plus la distorsion de la distance réelle entre ces gènes provoquée par le double croisement est grande.
Si la distance entre les gènes étudiés dépasse 50 morganidés, il est alors généralement impossible de détecter un lien entre eux en déterminant directement le nombre de gamètes croisés. Chez eux, comme dans les gènes des chromosomes homologues qui ne sont pas liés les uns aux autres, lors du croisement analytique, seuls 50 % des gamètes contiennent une combinaison de gènes différents de ceux qui étaient présents dans les hybrides de première génération.
Par conséquent, lors de l'élaboration de cartes de groupes de liaison, les distances entre des gènes éloignés sont déterminées non pas en déterminant directement le nombre de gamètes croisés dans les croisements tests impliquant ces gènes, mais en ajoutant les distances entre de nombreux gènes rapprochés situés entre eux.
Cette méthode de compilation de cartes de groupes de liaison permet de déterminer plus précisément la distance entre des gènes localisés relativement éloignés (pas plus de 50 morganidés) et d'identifier le lien entre eux si la distance est supérieure à 50 morganidés. Dans ce cas, le lien entre des gènes éloignés a été établi du fait qu’ils sont liés à des gènes situés de manière intermédiaire, qui, à leur tour, sont liés les uns aux autres.
Ainsi, pour les gènes situés aux extrémités opposées des chromosomes II et III de la drosophile - à une distance de plus de 100 morganidés les uns des autres, il a été possible d'établir le fait de leur localisation dans le même groupe de liaison en identifiant leur liaison avec des intermédiaires gènes et le lien de ces gènes intermédiaires entre vous.
Les distances entre des gènes éloignés sont déterminées en additionnant les distances entre de nombreux gènes intermédiaires, et ce n'est que grâce à cela qu'elles sont établies de manière relativement précise.
Dans les organismes dont le sexe est contrôlé par les chromosomes sexuels, le croisement se produit uniquement dans le sexe homogamétique et est absent dans le sexe hétérogamétique. Ainsi, chez la drosophile, le croisement se produit uniquement chez les femelles et est absent (plus précisément, il se produit mille fois moins fréquemment) chez les mâles. À cet égard, les gènes des mâles de cette mouche, situés sur le même chromosome, présentent une liaison complète quelle que soit leur distance les uns par rapport aux autres, ce qui facilite l'identification de leur localisation dans le même groupe de liaison, mais rend impossible la détermination la distance qui les sépare.
La drosophile a 4 groupes de liaison. L'un de ces groupes compte environ 70 morganidés et les gènes inclus dans ce groupe de liaison sont clairement associés à l'héritage sexuel. Par conséquent, il peut être considéré comme certain que les gènes inclus dans ce groupe de liaison sont situés sur le chromosome sexuel X (dans 1 paire de chromosomes).
L'autre groupe de liaison est très petit et sa longueur n'est que de 3 morganidés. Il ne fait aucun doute que les gènes inclus dans ce groupe de liaison sont situés dans les microchromosomes (paire IX de chromosomes). Mais les deux autres groupes de liaison ont à peu près la même taille (107,5 morganidés et 106,2 morganidés) et il est assez difficile de décider à laquelle des paires d'autosomes (paires de chromosomes II et III) correspond chacun de ces groupes de liaison.
Pour résoudre le problème de la localisation des groupes de liaison dans les gros chromosomes, il a été nécessaire de recourir à une étude cytogénétique d'un certain nombre de réarrangements chromosomiques. De cette manière, il a été possible d'établir qu'un groupe de liaison légèrement plus grand (107,5 morganides) correspond à la paire de chromosomes II et qu'un groupe de liaison légèrement plus petit (106,2 morganides) est situé dans la paire de chromosomes III.
Grâce à cela, il a été établi quels chromosomes correspondent à chacun des groupes de liaison chez la drosophile. Mais même après cela, on ne savait toujours pas comment les groupes de liaison génétique sont localisés dans leurs chromosomes correspondants. L'extrémité droite du premier groupe de liaison chez la drosophile est-elle, par exemple, située près de la constriction cinétique du chromosome X ou à l'extrémité opposée de ce chromosome ? La même chose s'applique à tous les autres groupes d'embrayage.
La question de savoir dans quelle mesure les distances entre les gènes exprimées chez les morganidés (en % de croisement) correspondaient aux véritables distances physiques entre eux dans les chromosomes restait également ouverte.
Pour découvrir tout cela, il a fallu, au moins pour certains gènes, établir non seulement leur position relative dans les groupes de liaison, mais aussi leur position physique dans les chromosomes correspondants.
Cela s'est avéré possible seulement après que, à la suite de recherches conjointes du généticien G. Meller et du cytologue G. Paynter, il a été établi que sous l'influence des rayons X chez la drosophile (comme tous les organismes vivants), il y a un transfert ( translocation) de sections d'un chromosome à un autre. Lorsqu'une certaine section d'un chromosome est transférée à une autre, tous les gènes situés dans cette section perdent leur lien avec les gènes situés dans le reste du chromosome donneur et acquièrent une liaison avec les gènes du chromosome receveur. (Plus tard, il a été découvert qu'avec de tels réarrangements chromosomiques, il n'y a pas seulement un transfert d'une section d'un chromosome à un autre, mais un transfert mutuel d'une section du premier chromosome au second, et de celui-ci une section du deuxième chromosome est transféré à l'endroit de la section séparée dans le premier).
Dans les cas où une cassure chromosomique, lors de la séparation d'une région transférée à un autre chromosome, se produit entre deux gènes proches l'un de l'autre, l'emplacement de cette cassure peut être déterminé assez précisément à la fois sur la carte des groupes de liaison et sur le chromosome. Sur une carte de liaison, le point d'arrêt est situé dans la zone située entre les gènes extrêmes, dont l'un reste dans le groupe de liaison précédent et l'autre est inclus dans le nouveau. Sur un chromosome, l'emplacement de la cassure est déterminé par des observations cytologiques d'une diminution de la taille du chromosome donneur et d'une augmentation de la taille du chromosome receveur.
Translocation de sections du chromosome 2 au chromosome 4 (selon Morgan). La partie supérieure de la figure montre les groupes de liaison, la partie médiane montre les chromosomes correspondant à ces groupes de liaison et la partie inférieure montre les plaques métaphasiques de la mitose somatique. Les chiffres indiquent le nombre de groupes de liaison et de chromosomes. A et B - la partie « inférieure » du chromosome s'est déplacée vers le chromosome 4 ; B - la partie « supérieure » du chromosome 2 s'est déplacée vers le chromosome 4. Les cartes génétiques et les plaques chromosomiques sont hétérozygotes pour les translocations.
À la suite de l'étude d'un grand nombre de translocations différentes réalisées par de nombreux généticiens, des cartes dites cytologiques des chromosomes ont été établies. Les emplacements de toutes les cassures étudiées sont marqués sur les chromosomes, et grâce à cela, la localisation de deux gènes voisins à droite et à gauche de celui-ci est établie pour chaque cassure.
Les cartes cytologiques des chromosomes ont tout d'abord permis d'établir quelles extrémités des chromosomes correspondent aux extrémités « droite » et « gauche » des groupes de liaison correspondants.
La comparaison des cartes « cytologiques » des chromosomes avec celles « génétiques » (groupes de liaison) fournit un matériau essentiel pour élucider la relation entre les distances entre gènes voisins exprimés chez les morganidés et les distances physiques entre les mêmes gènes dans les chromosomes lors de l'étude de ces chromosomes au microscope.
Comparaison des « cartes génétiques » des chromosomes I, II et III de Drosophila melanogaster avec des « cartes cytologiques » de ces chromosomes en métaphase basées sur des données de translocation (d'après Levitsky). Sp est le site de fixation des filetages de la broche. Le reste indique divers gènes.
Un peu plus tard, une triple comparaison de la localisation des gènes sur des « cartes génétiques » de liaison, des « cartes cytologiques » de chromosomes somatiques ordinaires et des « cartes cytologiques » de glandes salivaires géantes a été réalisée.
En plus de la drosophile, des « cartes génétiques » assez détaillées des groupes de liaison ont été compilées pour certaines autres espèces du genre Drosophila. Il s'est avéré que chez toutes les espèces étudiées de manière suffisamment détaillée, le nombre de groupes de liaison est égal au nombre haploïde de chromosomes. Ainsi, chez la drosophile, qui possède trois paires de chromosomes, 3 groupes de liaison ont été trouvés, chez la drosophile avec cinq paires de chromosomes - 5, et chez la drosophile avec six paires de chromosomes - 6 groupes de liaison.
Parmi les vertébrés, la souris domestique la mieux étudiée, chez laquelle 18 groupes de liaison ont déjà été établis, tandis que chez l'homme, qui possède 23 paires de chromosomes, 10 groupes de liaison sont connus. Un poulet avec 39 paires de chromosomes n'a que 8 groupes de liaison. Il ne fait aucun doute qu'avec une étude génétique plus approfondie de ces objets, le nombre de groupes de liaison identifiés augmentera et correspondra probablement au nombre de paires de chromosomes.
Parmi les plantes supérieures, le maïs est la plus étudiée génétiquement. Il possède 10 paires de chromosomes et 10 groupes de liaison assez importants ont été trouvés. Grâce à des translocations obtenues expérimentalement et à quelques autres réarrangements chromosomiques, tous ces groupes de liaison sont confinés à des chromosomes strictement définis.
Dans certaines plantes supérieures, étudiées de manière suffisamment détaillée, une correspondance complète a également été établie entre le nombre de groupes de liaison et le nombre de paires de chromosomes. Ainsi, l'orge a 7 paires de chromosomes et 7 groupes de liaison, la tomate a 12 paires de chromosomes et 12 groupes de liaison, le muflier a un nombre de chromosomes haploïdes de 8 et 8 groupes de liaison ont été établis.
Parmi les plantes inférieures, le champignon marsupial a été étudié génétiquement de la manière la plus détaillée. Il possède un nombre de chromosomes haploïdes de 7 et 7 groupes de liaison ont été établis.
Il est désormais généralement admis que le nombre de groupes de liaison dans tous les organismes est égal à leur nombre haploïde de chromosomes, et si chez de nombreux animaux et plantes, le nombre de groupes de liaison connus est inférieur à leur nombre haploïde de chromosomes, alors cela ne dépend que de le fait qu'ils n'ont pas été suffisamment étudiés génétiquement et, par conséquent, seule une partie des groupes de liaison disponibles a été identifiée.

CONCLUSION

De ce fait, on peut citer des extraits des travaux de T. Morgan :
"... Puisqu'il y a liaison, il semble que la division de la substance héréditaire soit dans une certaine mesure limitée. Par exemple, environ 400 nouveaux types de mutants sont connus chez la mouche des fruits, la drosophile, dont les caractéristiques ne sont que quatre groupes de liaison...
... Les membres d'un groupe de liaison peuvent parfois ne pas être aussi entièrement liés les uns aux autres, ... certains des caractères récessifs d'une série peuvent être remplacés par des caractères sauvages d'une autre série. Cependant, même dans ce cas, elles sont toujours considérées comme liées, car elles restent liées entre elles plus souvent qu'on n'observe un tel échange entre séries. Cet échange s'appelle CROSS-ING-OVER - cross-over. Ce terme signifie qu'entre deux séries de liaisons correspondantes, un échange correct de leurs parties peut avoir lieu, dans lequel un grand nombre de gènes sont impliqués...
La théorie des gènes établit que les caractéristiques ou propriétés d'un individu sont fonction d'éléments appariés (gènes) intégrés dans la substance héréditaire sous la forme d'un certain nombre de groupes de liaison ; il établit ensuite que les membres de chaque paire de gènes, lorsque les cellules germinales mûrissent, sont divisés conformément à la première loi de Mendel et, par conséquent, chaque cellule germinale mature n'en contient qu'un seul assortiment ; il établit également que les membres appartenant à différents groupes de liaison sont répartis indépendamment lors de l’héritage, conformément à la deuxième loi de Mendel ; de la même manière, il établit qu'il existe parfois un échange naturel - un croisement - entre les éléments correspondants de deux groupes de liaison ; enfin, il établit que la fréquence du croisement fournit des données prouvant la disposition linéaire des éléments les uns par rapport aux autres..."

BIBLIOGRAPHIE

1. Génétique générale. M. : Ecole Supérieure, 1985.
2. Lecteur sur la génétique. Maison d'édition de l'Université de Kazan, 1988.
3. Petrov D. F. Génétique avec les bases de la sélection, M. : Ecole supérieure, 1971.
4. Biologie. M. : Mir, 1974.

Le fondateur de la théorie, Thomas Gent Morgan, généticien américain et lauréat du prix Nobel, a avancé une hypothèse sur les limites des lois de Mendel.

Dans ses expériences, il a utilisé la mouche des fruits drosophile, qui possède des qualités importantes pour les expériences génétiques : simplicité, fertilité, un petit nombre de chromosomes (quatre paires) et de nombreuses caractéristiques alternatives clairement définies.

Morgan et ses étudiants ont découvert ce qui suit :

1. Les gènes situés sur le même chromosome sont hérités conjointement ou liés.
2. Des groupes de gènes situés sur le même chromosome forment des groupes de liaison. Le nombre de groupes de liaison est égal à l’ensemble haploïde de chromosomes chez les individus homogamétiques et à n+1 chez les individus hétérogamétiques.
3. Un échange de sections (crossing over) peut se produire entre chromosomes homologues ; À la suite du croisement, apparaissent des gamètes dont les chromosomes contiennent de nouvelles combinaisons de gènes.
4. La fréquence de croisement entre chromosomes homologues dépend de la distance entre les gènes localisés sur un même chromosome. Plus cette distance est grande, plus la fréquence de croisement est élevée. L'unité de distance entre les gènes est considérée comme étant 1 morganidé (1% de croisement) ou le pourcentage d'occurrence d'individus croisés. Si cette valeur est de 10 morganidés, on peut affirmer que la fréquence des croisements chromosomiques aux emplacements de ces gènes est de 10 % et que de nouvelles combinaisons génétiques seront identifiées chez 10 % de la progéniture.
5. Pour connaître la nature de la localisation des gènes sur les chromosomes et déterminer la fréquence de croisement entre eux, des cartes génétiques sont construites. La carte reflète l'ordre des gènes sur un chromosome et la distance entre les gènes sur le même chromosome. Ces conclusions de Morgan et de ses collègues ont été appelées théorie chromosomique de l'hérédité. Les conséquences les plus importantes de cette théorie sont les concepts modernes du gène en tant qu'unité fonctionnelle de l'hérédité, sa divisibilité et sa capacité à interagir avec d'autres gènes.

Exemple d'héritage chaîné :

• Vg - ailes normales de drosophile ;
• vg - ailes rudimentaires ;
• BB - couleur du corps gris ;
• bb - couleur du corps sombre.

Entrée en expression chromosomique :

Dans ce cas, la règle d'uniformité des hybrides de première génération est respectée. Conformément aux deuxième et troisième lois de Mendel, on pourrait s'attendre à ce que 25 % de chacun des phénotypes possibles (mouches grises à ailes longues, mouches grises à ailes courtes, mouches noires à ailes longues et mouches noires à ailes courtes) soient présents dans croisements de tests ultérieurs. Cependant, les expériences de Morgan n'ont pas donné de tels résultats. Lors du croisement d'une femelle VgVgbb, récessive pour les deux caractères, avec un mâle hybride de F1, 50 % de mouches grises aux ailes courtes et 50 % de mouches au corps noir et aux ailes longues se sont formées :

Si une femelle dihybride est croisée avec un mâle homozygote récessif, alors la progéniture suivante est formée : 41,5% - gris avec ailes courtes, 41,5% - noir avec ailes longues, 8,5% - gris avec ailes longues, 8,5% - noir avec ailes courtes .

Ces résultats indiquent la présence de liaisons génétiques et de croisements entre eux. Puisque 17 % des individus recombinants ont été obtenus dans la descendance du deuxième croisement, la distance entre les gènes Vg et B est de 17 %, soit 17 morganidés.

Héritage lié au sexe

Les ensembles de chromosomes des différents sexes diffèrent par la structure des chromosomes sexuels. Le chromosome Y mâle ne contient pas la plupart des allèles présents sur le chromosome X. Les traits déterminés par les gènes des chromosomes sexuels sont appelés liés au sexe. Le mode de transmission dépend de la répartition des chromosomes lors de la méiose. Dans les sexes hétérogamétiques, les traits liés au chromosome X et n'ayant pas d'allèle sur le chromosome Y apparaissent même lorsque le gène qui détermine le développement de ces traits est récessif. Chez l’homme, le chromosome Y se transmet du père aux fils et le chromosome X aux filles. Les enfants reçoivent le deuxième chromosome de leur mère. C'est toujours le chromosome X. Si la mère est porteuse d'un gène pathologique récessif sur l'un des chromosomes X (par exemple, le gène du daltonisme ou de l'hémophilie), mais qu'elle n'est pas elle-même malade, alors elle est porteuse. Si ce gène est transmis aux fils, ils peuvent naître avec cette maladie, car il n'y a pas d'allèle sur le chromosome Y qui supprime le gène pathologique. Le sexe d'un organisme est déterminé au moment de la fécondation et dépend du complément chromosomique du zygote résultant. Chez les oiseaux, les femelles sont hétérogamétiques et les mâles homogamétiques. Les abeilles n’ont aucun chromosome sexuel. Les mâles sont haploïdes. Les abeilles femelles sont diploïdes.

Dispositions de base de la théorie chromosomique de l'hérédité :

• chaque gène a un locus (emplacement) spécifique sur le chromosome ;
• les gènes sur un chromosome sont situés dans une certaine séquence ;
• les gènes sur un chromosome sont liés et sont donc hérités principalement ensemble ;
• la fréquence de croisement entre gènes est égale à la distance qui les sépare ;
• l'ensemble des chromosomes dans les cellules d'un type donné (caryotype) est un trait caractéristique de l'espèce.

Les schémas découverts par l'école de Morgan, puis confirmés sur de nombreux objets, sont connus sous le nom général de théorie chromosomique de l'hérédité. . Les principales dispositions de la théorie chromosomique de l'hérédité sont les suivantes :

1. Les gènes sont situés sur les chromosomes. Chaque chromosome représente

groupe de liaison génétique. Le nombre de groupes de liaison dans chaque espèce est égal au nombre haploïde de chromosomes.

2. Chaque gène occupe une place spécifique (locus) sur le chromosome.

Les gènes sont disposés linéairement sur les chromosomes.

3. Un échange peut se produire entre chromosomes homologues

gènes alléliques.

4. La distance entre les gènes sur un chromosome est proportionnelle au pourcentage

traversant entre eux.

Les lois de la théorie de l’hérédité s’appliquent également aux humains.

Héritage de traits liés au sexe

L'ensemble chromosomique de cellules d'un individu particulier (caryotype) se compose de deux types de chromosomes : autosomes (les chromosomes sont les mêmes chez les deux sexes) et chromosomes sexuels (chromosomes X et Y, qui distinguent les mâles et les femelles). La combinaison des chromosomes sexuels détermine le sexe d'un individu particulier. Dans la plupart des organismes (en particulier les humains), le sexe féminin correspond à un ensemble de chromosomes XX (c'est-à-dire que tous les ovules résultants contiennent normalement un chromosome X), et le sexe masculin - les chromosomes XY (lors de la spermatogenèse, ils forment 50 % des spermatozoïdes). contenant le chromosome X et 50 % des spermatozoïdes contenant le chromosome Y). Un sexe qui possède deux chromosomes X est appelé homogamétique, et ХY – hétérogamétique

Cependant, dans la nature, il existe un certain nombre d'exceptions à cette question. Ainsi, par exemple, chez certains insectes, amphibiens, oiseaux, etc., le corps masculin aura deux chromosomes X et le corps féminin aura XY ; chez les Orthoptères, le sexe féminin est homogamétique (XX) et le sexe masculin est hétérogamétique (X0), c'est-à-dire il lui manque un chromosome Y. Généralement, dans ces cas, le chromosome X est désigné par Z et le chromosome Y est désigné par W.

Panneaux, dont les gènes sont localisés sur les chromosomes sexuels sont appelés verrouillé avec le sol. Les chromosomes X et Y ont des régions homologues communes. Ils contiennent des gènes qui déterminent des traits hérités de manière égale chez les hommes et les femmes.

En plus des régions homologues, les chromosomes X et Y ont des régions non homologues, tandis que la région non homologue du chromosome X contient des gènes trouvés uniquement sur le chromosome X et la région non homologue du chromosome Y contient des gènes trouvés uniquement sur le chromosome X. sur le chromosome Y. Les régions non homologues du chromosome X contiennent un certain nombre de gènes. Par exemple, chez l'homme, des maladies telles que l'hémophilie, l'atrophie optique, le diabète sucré, le daltonisme sont transmises par ces zones, et chez les mouches drosophiles, par exemple, la coloration du corps et la couleur des yeux.

Mode de transmission de l'hémophilie chez l'homme :

X H - un gène qui détermine la coagulation sanguine normale ;

X h est un gène responsable de l'incoagulabilité du sang (hémophilie).

R X N X h Ο  X N Y

le porteur du gène est en bonne santé

hémophilie

G X N, X h X N, Y

F 1 X N X N, X N X h, X N Y, X h Y

porteur sain - malade en bonne santé

Le gène qui contrôle la coagulation sanguine (H) est dominant et son allèle, le gène de l'hémophilie (h), est récessif. Par conséquent, si une femme est hétérozygote pour ce gène (X H X h), elle ne développera pas d'hémophilie. Les hommes n’ont qu’un seul chromosome X et s’il possède le gène de l’hémophilie (h), alors l’homme est hémophile.

Une fille hémophile ne peut naître que du mariage d'une femme hétérozygote hémophile avec un homme atteint de cette maladie, mais de tels cas sont rares.

Chez les individus de sexe hétérogamétique (XH), un certain nombre d'allèles localisés dans des zones non homologues ne forment pas de paires alléliques, c'est-à-dire ne portent qu'un seul allèle par paires. Cette condition, lorsqu'une région donnée du chromosome et les allèles qui y sont localisés sont présentés au singulier, est appelée hémizygotie. L'hémizygotie est présente dans un petit nombre d'allèles localisés dans des régions non homologues du chromosome Y humain. Leur transmission se fait exclusivement par la lignée masculine et les caractéristiques elles-mêmes sont appelées holandriques. Par exemple, le développement des caractères sexuels primaires et secondaires du sexe masculin, la croissance des poils de l'oreillette (hypertrichose), etc. sont héréditaires.