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BOOST SVT - CROSSING-OVER INÉGAL, DUPLICATION GÉNIQUE

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Crossing-over inégal, duplication géniques et familles multigéniques

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Les crossing-over sont des mécanismes normaux au cours de la prophase I de méiose. C'est le moment où les chromosomes sont appariés, ils sont tellement proches qu'il se produit parfois des enjambements (croisements précis à des endroits des chromatides) et des échanges de chromatides entre chromosomes homologues. Parfois les portions échangées ne sont pas équivalentes : elles ne portent pas forcément les mêmes gènes ou le même nombre de gènes.

 

I. Mécanisme de crossing-over inégal

 

crossing-over-duplication

 

On a représenté une paire de chromosomes homologues appariés (prophase I). Ces chromosomes homologues sont dupliqués et portent chacun quatre gènes. Le chromosome numéro 1 a ses chromatides 1 et 3 qui portent chacune A, B, C et D (en rouge). Ce chromosome est apparié à son homologue dont on a représenté les gènes A, B, C et D (en bleu) sur les chromatides 2 et 4.

Le chiasma est un point d’enjambement au niveau duquel il peut se produire un échange entre les chromatides. Le chiasma se situe entre B et C sur le chromosome dont les gènes sont représentés en rouge alors qu'il se situe entre les gènes A et B sur le chromosome où les gènes sont représentés en bleu. Il n'y a donc pas d'équivalence pour les deux chromosomes homologues sur la position du chiasma. Lorsque le chiasma est mal situé (non placé au même endroit des chromosomes), s'il y a échange de portions de chromatides, ces portions ne vont pas être équivalentes. Sur le schéma, elles ne sont pas équivalentes dans leur longueur et donc dans les gènes qui vont être échangés.

Résultat de ce crossing-over inégal : un premier gamète porterait la chromatide 1 qui n'a pas été concernée par le crossing-over inégal (elle a toujours quatre gènes rouges A, B, C, D). En revanche, la chromatide 2 porte le gène A bleu et seulement C et D en rouge, elle a donc perdu le gène B. On parle d'une perte ou plus précisément d'une délétion génique. La chromatide 3 possède A et B en rouge et à nouveau B, C et D en bleu. Il y a eu un ajout car elle a deux fois le gène B. On parle d'une insertion génique. Puisqu'il y a deux fois le gène B dans ce gamète, on peut dire qu'il y a eu duplication (copie du gène B). La chromatide 4 n'a pas été concernée par le crossing-over et porte toujours A, B, C, D en bleu (c'est une chromatide inchangée). Pour les chromatides 2 et 3, c'est donc le résultat d'un crossing-over inégal : une délétion d’un gène entier et une insertion d'un gène entier.

 

II. Conséquences du crossing-over inégal

 

Ce crossing-over inégal a abouti à une duplication du gène B. Ainsi, dans les générations qui vont suivre, imaginons que le gamète qui contenait la chromatide numéro 3 soit utilisé et donne naissance à un individu qui vit normalement. Supposons que la duplication de ce gène B n'apporte pas de handicap mettant en péril la survie, soit de la cellule œuf, soit de l’individu. Imaginons que ce gamète donne naissance à un nouvel individu qui va lui-même transmettre son patrimoine génétique à sa descendance, etc. Au fil des générations, que va-t-il se passer ?

Nous avons maintenant dans cette lignée deux versions du gène B. On sait que l'ADN subit des mutations aléatoires et imprévisibles au cours du temps. Donc plus il y a de générations, plus les deux versions du gène B vont subir des mutations. Cependant, comme ces mutations sont aléatoires et qu'elles se produisent sur l'ensemble des gènes, les mutations vont être différentes pour les deux versions du gène B possédées par cette lignée. Il y a donc des mutations distinctes qui vont finalement donner naissance à deux versions légèrement différentes (mais de plus en plus différentes) du gène B. On peut les appeler B et B’. Chaque version de ce gène va évoluer de son côté, c’est-à-dire subir ses propres mutations qui, au fil du temps, vont transformer très légèrement ce gène B.

 

III. Familles multigéniques

 

Sur ce chromosome, on a deux gènes identiques au départ, qui sont devenus B et B’. Auparavant, ils étaient côte à côte dans le génome. On peut supposer que les gènes B vont soit rester proches, soit éventuellement être séparés l'un de l'autre (il existe parfois certains mécanismes génétiques qui déplacent des portions de chromosomes dans le génome).

Ces deux gènes vont avoir des séquences nucléotidiques très ressemblantes. On peut les comparer avec des logiciels comme Anagène ou GénieGen. Si on comparait B et B’, on trouverait un fort pourcentage de nucléotides en commun entre la séquence B et la séquence B’.

Les rôles (fonction au niveau moléculaire et au niveau de l'organisme de ces gènes) vont rester comparables. Si les gènes B et B’ ont des séquences nucléotidiques proches, alors les protéines seront elles aussi à priori ressemblantes et pourraient jouer des rôles comparables dans l'organisme. Mais, il arrive parfois qu'une simple mutation puisse changer complètement la forme ou le rôle de la protéine codée.

Ces gènes B et B’ qui évoluent distinctement l'un de l'autre forment alors une famille multigénique. Il s'agit d'un ensemble de deux (ou plus) de gènes qui ont une origine commune. Dans l'exemple, cette origine est due à un crossing-over inégal qui a donné naissance sur un chromosome (le chromosome numéro 3) à deux versions du gène B. Ces versions évoluent ensuite séparément, subissent leurs propres mutations mais constituent une famille multigénique dans le sens où elles vont se ressembler au niveau nucléotidique.

On peut prendre l'exemple des opsines qui sont des protéines permettant de capter la lumière dans la rétine. Elles font partie des photorécepteurs. Il en existe trois types chez l'homme : l'opsine S, l'opsine M et l'opsine L. Ces trois protéines sont codées par des gènes qu’on considère faisant partie d’une famille multigénique, c’est-à-dire qu’ils descendent tous les trois d’un unique gène ancestral.