Cours 2: Les génomes et l'origine de la variabilité génétique Flashcards
(103 cards)
1
Q
Quel est le moteur de l’évolution?
A
Les mutations aléatoires
2
Q
L’évolution serait-elle possible sans mutations?
A
Non, car aucune variation génétique ne serait générée pour la sélection naturelle ou la dérive génétique
3
Q
Quels sont les trois grands domaines? Qui s’est séparé en premier?
A
- Bactéries, Archées, Eucaryotes
- Les bactéries
4
Q
Quelles sont les caractéristiques du génome bactérien?
A
- Génome compact
- Souvent un seul chromosome circulaire
- Taille modestes
- 80 à 95% séquences codantes
- Contient séquences intergéniques courtes, éléments régulateurs et de l’ADN non codant
5
Q
Quels sont les modes de transfert chez les bactéries?
A
- Horizontal, par division cellulaire
- Transformation : absorption de ADN environnant
- Transduction: Absorption de l’ADN étranger via vecteur viral
- Conjugaison : transfert d’ADN entre cellules bactériennes qui sont en contact physique direct avec l’environnement
6
Q
Quelles sont les similitudes entre les Archées et les Bactéries?
A
- Chromosome circulaire unique
- Taille génome (0,5 à 0,7 Mb)
- Reproduction asexuée
- Peuvent échanger matériel génétique de manière similaire à la conjugaison bactérienne
7
Q
Quelles sont les différences entre les Archées et les Bactéries?
A
- Enzymes de transcription/traduction proches de celles des eucaryotes
- Possibilité de porter des introns dans les gènes codants
8
Q
Comment sont organisés les génomes eucaryotes?
A
- ADN en chromosome linéaire dans le noyau
- Mitochondries et chloroplastes ont leur propre ADN circulaire
- ADN compacté par histones :
- Nucléosomes: huit histones
- Histone H1: stabilise structure
9
Q
Chez les eucaryotes, y-a-t-il un lien entre la taille du génome et le nombre de gènes?
A
Non, contrairement aux bactéries et archées
10
Q
Par quoi est dû la variation de taille dans les génomes des eucaryotes?
A
L’ADN non codant
11
Q
En quoi sont organisées les séquences codantes d’un gène?
A
- Les exons
12
Q
Les exons sont entrecoupés de quoi? Sont-ils codant ou non-codant?
A
Les introns, non-codants
13
Q
À quel extrémité est le codon de départ?
A
5’
14
Q
À quel extrémité est le codon stop?
A
3’
15
Q
Quels sont les 3 types des séquences régulatrices?
A
- Promoteurs
- Amplificateurs
- Silencieux/répresseurs
16
Q
Quel phénomène permet à un gène de coder pour plusieurs protéines? Comment?
A
- Épissage alternatif
- Épissage altenatif des exons
17
Q
Quels sont les traitement du pré-ARNm en ARNm mature? (Juste les nommer)
A
- Ajout de la queue poly-A
- Épissage des introns
- Épissage alternatif
18
Q
Comment se fait l’ajout de la queue poly-A?
A
Après la transcription, des protéines spécialisées coupent l’extrémité 3´ du pré-ARNm et
ajoutent une chaîne de nucléotides adénine (A) pour former la queue poly-A
19
Q
La queue poly-A est essentielle pour quoi?
A
- Exportation de l’ARNm hors du noyau
- Stabilité de l’ARNm
20
Q
Comment se fait l’épissage des introns?
A
Les introns commencent généralement par une séquence GT et se terminent par une séquence AG, appelées signaux d’épissage.
* Les spliceosomes, complexes ARN-protéines, reconnaissent ces signaux et catalysent l’élimination
des introns et la jonction des exons.
21
Q
Que contient l’ARNm final?
A
- Exons
- 5’ UTR
- 3’ UTR
- queue poly-A
22
Q
Qu’est-ce qui augmente la diversité des protéines au-delà du nombre des gènes?
A
Épissage alternatif
23
Q
Qu’est-ce qu’un promoteur? Où se situ-t-il?
A
Site de liaison de l’ARN polymérase, qui initie la transcription.
Situé en amont du gène
24
Q
Que sont les activateurs et répresseurs? Où se situent-ils?
A
- Motifs d’ADN qui se lient à des facteurs de transcription pour renforcer ou réprimer la transcription
- Peuvent être en amont, en aval ou à l’intérieur des introns
25
C'est quoi la région 5' UTR? Où est-elle située? Est-elle traduite
- Contient des signaux qui régulent la traduction
- Reconnue par le ribosome pour initier la traduction
- Située en avant du codon de départ
- Région non-traduite
26
C'est quoi la région 3' UTR? Où est-elle située? Est-elle traduite
- Séquences régulatrices pour l'expression génique
- Sites de liaisons pour protéines régulatrices et des microARN (miARN) qui peuvent influencer l'expression du gène en favorisant la dégradation du transcript
- Située après le codon stop
- région non-traduite
27
Que sont les gènes d'ARN?
- Gènes qui produisent ARN fonctionnels, jamais traduit en protéines
28
Quels sont les différents types d'ARN produit par les gènes d'ARN et à quoi servent-ils?
- ARNt (ARN de transfert), essentiel à la synthèse protéique
- ARNr (ARN ribosomique), essentiel à la synthèse protéique
- snARN (ARN nucléaires), rôle dans l'épissage
- miARN (microARN), régulation de l'expression génétique
- siARN (petits ARN interférents) régulation de l'expression génétique
29
Quels sont les exemples d'ADN fonctionnel non-transcrit?
- Origine de réplication
- Centromère : structure clé pour division cellulaire
- Télomères: protègent les extrémités des chromosomes
- Complexe de pré-réplication (chez eucaryotes)
30
Le centromère sert de site d'attache pour quoi?
Le kinétochore
31
Qu'est-ce que le kinétochore
- Structure protéique complexe contrôlant la ségrégation des chromosomes lors de la division cellulaire
32
De quoi est composé le centromère chez la plupart des eucaryotes?
Séquences d'ADN hautement répétitives auxquelles s'attache le kinétochore
33
Qui possède un kinétochore?
Chaque chromatide d'un chromosome répliqué
34
Où se fixe les microtubules lors de la mitose/méiose?
aux kinétochores et tirent les chromatides vers des pôles opposées de la cellule
35
De quoi sont constitués les télomères? Où sont-il situés? Quels sont leur rôles?
- Séquences d'ADN hautement répétitives
- Situés à l'extrémité des chromosomes
- Protège les chromosomes contre la dégradation et empêche la fusion avec d'autres chromosomes
36
C'est quoi les éléments d'ADN parasitaire?
- Élément d'ADN de virus ou parasites intragénomique (éléments transposables)
- Souvent intégrés si profondément dans les génomes eucaryotes qu'ils sont vus comme des composantes du génome ou des entités externes parasitant leur hôtes
37
Que sont les éléments transposables? Quels types de transposition peuvent-ils faire? Quelles sont les deux classes?
1. Peuvent changer de position génomique (gènes sauteurs)
2. Transposition conservative: élément excisé et réinséré ailleurs
Transposition réplicative: élément se copie lui-même et la copie est insérée ailleurs
3. Classe I : rétrotransposons : transcrits en ARN puis rétrotranscrits en ADN avant intégration
Classe 2; transposons ADN: contiennent transposase, enzyme catalysant la transposition
38
Quel est le mécanisme de transposition conservative?
Transposase excise l'élément et l'insère ailleurs dans le génome
39
Quel est le mécanisme de transposition réplicative?
l'élément est transcrit en ARN, rétrotranscrit en ADN puis inséré à un nouvel emplacement
40
Que génère l'intégration de TE (éléments transposables)?
Séquences répétées dans l'ADN hôte, flanquant l'élément transposable
41
Quels sont les gènes principaux des rétrovirus et quels sont leur rôles?
- gag: encode matrice virale et la capside, ce qui protège l'ADN viral
pol: encode protéines de synthèse et d'intégration de l'ADN viral, notamment Transcriptase inverse et endonucléase
- env: encode l'enveloppe virale permettant au virus d'entrer dans une cellule hôte
42
Complexité des rétrotransposons
TEs de classe I :
* Rétrovirus : les TEs les plus complexes (classe I),
contiennent gag, pol et env.
* LTR :TEs avec longues répétitions terminals,
similaires aux rétrovirus mais sans env fonctionnel. * LINEs : possèdent des cadres ouverts de lecture
(ORF) codant pour la transcriptase inverse et l’endonucléase.
* SINEs : éléments non autonomes, dépendent des
LINEs pour leur transposition, contiennent des
promoteurs (Box A et B).
Les transposons de classe II sont flanqués de
répétitions inversées (IR) et codent pour la transposase.
43
Qu'est-ce que les SINEs manquent et qu'utilisent-ils pour compenser?
Les SINEs, les TEs les plus simples de classe I, manquent de gènes pour la transcriptase inverse et utilisent les LINEs pour se propager.
44
Quels transposons peuvent être conservatif ou réplicatif?
de Classe II
45
Est-ce que tous les éléments capables de transposition sont des virus?
Non, ça dépend de leur capacité ou non à se déplacer horizontalement d'un hôte à un autre
46
Quelles sont les hypothèse d'origine des virus et des TEs?
* Les virus ont évolué à partir de TEs intragéniques, échappant au génome pour se
propager.
* Les TEs intragéniques proviennent de virus parasitiques ayant perdu leur capacité de
propagation horizontale.
* Une hypothèse alternative suggère que les virus pourraient précéder l’apparition du dernier ancêtre commun universel (LUCA), en raison de similitudes structurelles entre virus infectant les trois domaines de la vie.
47
Quel est l'Impact de la transposition réplicative sur l'évolution du génome?
*La transposition réplicative peut produire rapidement de nombreuses copies d’un TE, entraînant une augmentation de la taille du génome.
*Environ 44 % du génome humain est constitué de séquences issues de la transposition, bien que la plupart soient inactives.
*Les TEs dégénérés (pseudogènes) représentent une part importante de l'ADN non fonctionnel.
48
Quels sont les effets des TEs sur l'organisme hôte?
*La plupart des TEs sont neutres ou nuisibles, mais des effets positifs accidentels sont possibles :
*Les rétrovirus peuvent transférer des gènes horizontalement entre espèces, conférant des fonctions adaptatives.
*Les TEs insérés près de gènes codants peuvent détruire ou altérer leur fonction.
*Les coûts incluent la réplication de l’ADN supplémentaire et le lien avec des maladies (par ex. cancer).
49
Quels sont les mécanismes de défenses de l'hôte contre les TEs?
1.Répresseurs épigénétique : méthylation ou modification des histones empêchant la
transcription du TE.
2.ARN interférents : dégradation des copies de TEs ou inhibition de leur intégration dans
le génome.
50
Quelles sont les hypothèses d'origins et fonction des introns?
* L’hypothèse introns-précoces suggère une origine ancestrale facilitant la recombinaison entre modules protéiques.
* L’hypothèse introns-tardifs propose une apparition des introns dans les eucaryotes avec un gain progressif.
* Une hypothèse combinée (Koonin, 2006) associe les introns à des éléments viraux auto- épissables anciens, impliquant des adaptations comme le spliceosome.
51
Quel pourcentage du génome humain est constitué d'ADN non codant? À quoi correspond-t-il?
Environ 70 % du génome humain est constitué d’ADN non codant :44 % provient de
TEs. * 26 % correspond aux introns. * Le reste inclut des pseudogènes et des segments d’ADN dupliqués et divergents.
*L'ADN non fonctionnel provient également de : *Transposons mutés devenant des pseudogènes. *Gènes hôtes inactivés (par exemple, à la suite d'événements de duplication). *Sources inconnues, telles que des séquences hautement divergentes.
52
Quelles sont les deux types de mutations?
*Mutations somatiques : affectent l’individu (ex. cancer) mais ne sont pas transmises. *Mutations germinales : responsables de la variation génétique transmise aux générations suivantes.
53
Quels sont les effets bénéfique des mutations?
augmentent en fréquence grâce à la sélection naturelle.
54
Quels sont les effets néfastes des mutations?
Éliminés par sélection
55
Quels sont les effets neutres des mutations?
évoluent par dérive génétique.
56
Les mutations surviennent quand?
*Réparation de l’ADN ou réplication défectueuse.
*Exposition à des agents mutagènes (radiations, produits chimiques).
57
Qu'est-ce qu'une mutation ponctuelle et quels sont les types?
- Substitution d'un nucléotide à un site spécifique du génome
- Transition: Remplacement d'une purine par une autre (A,g) ou pyrimidine par une autre (CT)
- Transversion: Remplacement entre une purine et une pyrimidine (A,C/T ou G,C/T)
58
Quelle mutation ponctuelles est plus fréquente?
Transition
59
Quels sont les effets des mutations sur le phénotype dans les régions non-codantes?
Rarement des effets phénotypiques.
60
Quels sont les effets des mutations sur le phénotype dans les régions codantes?
* Mutations synonymes : Pas d’effet sur la séquence des acides aminés (code
génétique redondant).
* Ex. AAA et AAG → Lysine.
* Mutations non synonymes : Changent la séquence d’acides aminés.
* Faux-sens : Remplacement d’un acide aminé par un autre.
* Non-sens : Transformation d’un codon en codon stop → Protéine tronquée et
souvent non fonctionnelle.
61
Quel type de mutation est ciblée par la sélection naturelle?
mutations non synonymes
62
Quel est le principal mécanisme de mutation pour les microsatellites?
Glissement réplicatif
63
Quel est le résultat du glissement réplicatif?
* Insertions ou délétions courtes (microsatellites : répétitions de 2 à 5 nucléotides, ex. CACACACA).
* Formation possible de structures
secondaires (épingle à cheveux).
* Mauvais alignement des brins → Ajout
ou suppression de répétitions.
64
Quel est le mécanisme du glissement réplicatif?
Les enzymes de réparation de l'ADN reconnaîtront le déséquilibre résultant de la longueur entre le brin matrice et le nouveau brin et inséreront ou supprimeront une unité répétée pour le rendre complémentaire.
65
Comment peut-on utiliser les microsatellites?
Les microsatellites subissent souvent des mutations dues au glissement réplicatif.
* Cela génère de nombreux allèles différents au sein d'une population. * Applications pratiques :
* Identifier des relations génétiques (paternité, parenté).
* Utiliser comme empreintes moléculaires uniques pour chaque individu.
* Lier des suspects à des scènes de crime.
66
Quel est l'origine des indels?
* Le glissement réplicatif peut provoquer des insertions et des délétions dans le génome.
* Ces mutations ont des conséquences graves si elles touchent des séquences codantes.
67
Qu'est-ce qu'une mutation par décalage de cadre?
*L’insertion ou la délétion de nucléotides non divisible par 3 modifie le cadre de lecture.
*Entraîne la production de protéines aberrantes, souvent nuisibles à l'organisme.
68
Quel est la conséquence des mutation par décalage de cadre?
*Entraîne la production de protéines aberrantes, souvent nuisibles à l'organisme.
69
Est-ce que les indels peuvent être bénéfiques?
Oui,
*Certains gènes contrôlant les rythmes circadiens présentent des polymorphismes de longueur.
*Ces variations permettent une adaptation évolutive au milieu local.
70
C'est quoi la recombinaison des allèles et que permet-elle?
- Pendant la méiose, les allèles hérités de la mère et du père sont redistribués
- Permet: Le mélange des allèles à l’intérieur des chromosomes grâce au « crossing-over », La création de combinaisons d’allèles (haplotypes) différentes de celles des parents. La formation de mutations nouvelles.
71
Qu'est-ce que la conversion génique?
Lors de la prophase I : * Les chromosomes homologues s’alignent et forment
des hétéroduplex avec un déséquilibre dans
l’appariement des bases.
* Les enzymes de réparation de l’ADN corrigent les
appariements non complémentaires pour rétablir la
complémentarité.
* Un chromosome est converti par l’autre.
72
Quand est-ce que la conversion génique se produit?
où une allèle impose sa séquence à son homologue.
* Conversion biaisée : une direction préférée (ex. :
G remplace T). * Conversion non biaisée : égalité des probabilités.
73
Qu'est-ce que le crossing-over inégal?
Le mauvais alignement des chromosomes homologues pendant la prophase I de la méiose peut provoquer : * Des croisements inégaux. * Résultats : un chromosome avec insertion et un autre avec délétion * Origine : Séquences répétées (ex. : éléments transposables).
74
Qu'est ce que le crossing-over inégal peut provoquer?
1.Translocations (haut) : échange de segments
entre chromosomes non homologues. 2.Inversions (bas) : flip à 180° d’un segment
chromosomique.
75
Quel genre de mutations sont causées par le crossing-over inégal?
Nuisibles et sélectionnées conte, par contre certaines mutations peuvent être neutre ou avantageuses et être fixées par sélection naturelle ou dérive génétique
76
Qu'est-ce que peut entraîner un crossing-over inégal?
Une duplication génique
77
Répétition en Tandem des Gènes Opsines
Les singes et primates de l’Ancien Monde ont des gènes opsines répétés en tandem sur le
chromosome X, contrairement aux singes du Nouveau Monde qui n’en ont qu’un seul. * Cette duplication a eu lieu après la divergence des deux lignées il y a ~35 millions
d’années. * Les singes hurleurs ont indépendamment développé une vision trichromatique par
duplication génique. * Chez d’autres singes du Nouveau Monde :
* Femelles hétérozygotes : vision trichromatique. * Mâles et femelles homozygotes : daltonisme rouge-vert.
78
Chez qui s'est produite la duplication des gènes Opsines chez les Primates et quels sont les résultats?
* Chez l’ancêtre commun des grands
singes et primates de l’Ancien Monde.
* Chez les singes hurleurs, indépendamment.
* Résultat : photopigments sensibles à
différentes longueurs d’onde et vision des
couleurs.
79
Comment une duplication aboutit à un pseudogène?
si une copie mute et devient non
fonctionnelle.
80
Qu'est-ce qui explique l'apparition de longues répétitions?
le crossing-over inégal
81
Est ce que les paralogues répétées en tandem restent similaires au sein d'une espèce?
Oui, même si elles divergent entre espèces
82
Quels sont les mécanismes d'évolution concertée?
* Conversion génique : Une mutation se propage parmi les paralogues via des
alignements erronés pendant la méiose.
* Crossing-over inégal : Élimination et duplication répétées des séquences.
83
Quel est l'effet de la conversion génique sur les séquences paralogues?
elle les homogénise
84
Quels sont les effets du crossing-over inégal sur les paralogues?
* Augmenter ou diminuer le nombre de copies répétées.
* Garantir une origine récente des paralogues existants.
Résultat : Moins de divergence entre paralogues actuels.
85
La duplication des gènes permet quoi?
l’apparition de nouvelles fonctions
Ex: myoglobine et hémoglobine
86
Qu'est-ce que la polyploïdie?
* Erreur lors de la méiose → gamètes diploïdes (2n).
* Fusion des gamètes diploïdes → descendants tétraploïdes (4n).
* Hybridation entre un tétraploïde (4n) et un parent diploïde
(2n) → descendants triploïdes (3n), souvent stériles.
* Gamètes triploïdes → déséquilibre chromosomique(aneuploïdie)
87
Chez qui la polyploïdie est présente?
Fréquent chez les plantes, rare chez les animaux.
88
À quoi est souvent associé la polyploïdie?
L'isolement reproductif
89
De nombreux paralogues deviennent quoi?
* Des pseudogènes.
* Ou sont supprimés.
90
Quand est-ce que se produisent les recombinaisons d'exons?
lorsque :
* Un ou plusieurs exons d’un gène sont insérés dans un autre gène
* Des exons au sein d’un même gène sont dupliqués.
91
Quel est le mécanisme principal de la recombinaison d'exon?
Recombinaison au sein des introns
* Les introns sont beaucoup plus longs que les exons chez les eucaryotes.
* Les crossing-overs sont donc plus fréquents dans les introns.
* Les introns contiennent souvent des séquences répétées (éléments transposables).
92
Quels sont les résultats possible de la recombinaison d'exons?
* Échange d’exons entre gènes.
* Duplication d’exons dans un même gène
93
Que peuvent provoquer les répétitions dispersées dans les introns?
Alignement incorrect entre les gènes non homologues
94
Que peut entrainer un double crossing-over
- Suppression d'un exon
- Insertion de cet exon dans un autre gène
95
Chez qui les gènes ayant évolué par recombinaison d'exons sont-ils les plus nombreux?
Les animaux
96
La majorité des protéines modulaires créées par la recombinaison d'exons sont...?
- Associées à la multicellularité
- Agissent dans les fluides corporels ou sur les membranes cellulaires
- Facilitent la communication cellulaire
97
Quel est l'hypothèse évolutive de la recombinaison d'exons chez les animaux?
Ce mécanisme a joué un rôle clé dans la diversification des animaux, notamment au
début de la période cambrienne (~540 millions d'années).
98
Quels mécanismes expliquent la diversité du génome humain?
- Polyvalence des protéines : Une même protéine peut avoir plusieurs fonctions selon son
lieu d’expression.
- Édition d’ARN : Une même séquence d’ARNm peut être modifiée.
* Ex. APOB :
* Apolipoprotéine B-100 (foie) → transporte les lipides dans le sang. * Apolipoprotéine B-48 (intestin) → aide à l’absorption des lipides (via enzyme
cytidine désaminase).
- Épissage alternatif : Un gène peut produire plusieurs ARNms en assemblant différemment
ses exons.
* 74 % des gènes humains multi-exoniques produisent plusieurs protéines (Johnson et al.,
2003).
99
Qu'est-ce qu'un introgression?
- Source externe de variation génétique
- Transfert de gènes entre espèces via hybridation
100
Quels sont les résultats possibles des introgression?
* Hybrides stériles ou non viables → Pas d’effet génétique. * Réussite de croisements rétrogressifs → Transfert de gènes.
101
Quelles sont les différences entre les introgressions et les mutations?
* Les gènes introgressés ont déjà été soumis à la sélection naturelle.
* Ils sont donc plus susceptibles d’être bénéfiques dans leur nouveau contexte génétique
102
Qu'est le mimétisme müllérien?
Espèces de papillon imitent motifs d'ailes colorées de papillons toxiques. Protège contre les prédateurs grâce au mimétisme
103
Par quel façon sont transmis les gènes de mimétisme?
Par introgression
