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Le croisement chromosomique se produit-il chez le mâle et la femelle ou vice versa ?

Le croisement chromosomique se produit-il chez le mâle et la femelle ou vice versa ?


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Ma compréhension est une paire de chromosomes homologues, ce qui signifie un chromosome mâle et femelle à l'intérieur de l'ADN. Donc, si c'est homologue, comment le mâle se comporte-t-il avec la femelle ? Est-ce qu'il se retourne et change de direction, ce qui ne pourrait pas arriver car le chromosome mâle 1 (disons) est indiscernable de la femelle ? Et qu'en est-il du chromosome XY chez l'homme, disons ? Je sais que certains sont pseudo-autosomiques, mais la plupart sont des nucléotides de chromosomes sexuels normaux. Alors qu'en est-il d'eux ?


La question n'est pas claire pour moi, mais j'espère que cela aidera un peu.

Ma compréhension est une paire de chromosomes homologues, ce qui signifie un chromosome mâle et femelle

Il n'y a pas de chromosome mâle et femelle. Les chromosomes n'ont pas de sexe. Chez l'homme, à l'exception du chromosomeOuitous les chromosomes peuvent être trouvés chez des individus de tout sexe.

Il existe cependant des chromosomes hérités paternellement et des chromosomes hérités maternellement. Comme vous l'avez dit, le chromosome hérité de la mère est indiscernable du chromosome hérité du père lorsque l'on compare leur séquence (ils peuvent très bien différer en termes de changements épigénétiques).

chromosome à l'intérieur de l'ADN.

Un chromosome n'est pas à l'intérieur de l'ADN. L'ADN est le nom de la très longue molécule dont est (principalement) constitué un chromosome. L'ADN peut être organisé sous différentes formes dont l'une est en chromosomes (une autre serait un plasmide par exemple). Bien que cela puisse encore sembler drôle, il est plus correct de parler d'ADN à l'intérieur d'un chromosome que de parler de chromosome à l'intérieur d'ADN.

Donc, si c'est homologue, comment le mâle se comporte-t-il avec la femelle ?

C'est très peu clair… faire quoi ? Pourquoi le chromosome hérité du père (en supposant que c'est ce que vous entendez par chromosome mâle) ferait quelque chose avec le chromosome hérité de la mère plutôt que l'inverse ? S'il ressort clairement de ce qui suit que vous aimeriez parler de recombinaison, je ne comprends pas où vous voulez en venir.

est-ce qu'il se retourne et change de direction, cela ne pourrait pas arriver car le chromosome mâle 1 (par exemple) est indiscernable de la femelle?

Je ne comprends pas à quel genre de "flip" vous pensez. Vous devriez probablement jeter un œil à l'article de wikipedia pour le cross-over.

En bref, les synapses se forment pendant la prophase I de la méiose et lorsque la ségrégation se produit, les synapses sont résolues avec une probabilité de $frac{1}{2}$ de provoquer un événement de recombinaison. Les synapses se produisent car elles permettent d'apparier des paires de chromosomes homologues qui assureront leur séparation lors de l'anaphase 1. Vous devriez probablement prendre le temps de revoir le sens de ce paragraphe.

Et qu'en est-il du chromosome XY chez l'homme, disons ?

Désolé, c'est un peu flou aussi.

Je sais que certains sont pseudo-autosomiques, mais la plupart sont des nucléotides de chromosomes sexuels normaux. Alors qu'en est-il d'eux ?

On dirait que vous comprenez mal ce qu'est un chromosome sexuel et ce que signifie pseudo-autosomique.

Bref, chez l'homme, il n'y a qu'une seule paire de chromosomes sexuels (XXouXYselon le sexe). Les 22 autres paires de chromosomes sont des autosomes. Il n'existe pas de chromosome pseudo-autosomique chez l'homme, mais il existe une région pseudo-autosomique sur leOui-chromosome.

La plupartOuile chromosome ne se recombine jamais (tandis que leXle chromosome se recombine uniquement chez les femmes) car il n'est jamais présent avec un autreOuichromosome dans la même cellule. Il n'y a qu'une courte séquence au-dessus duOuichromosome qui se recombine avec leXchromosome, cette région est appelée région pseudo-autosomique. Cette région existe probablement encore pour permettre la séparation desXetOuichromosomes pendant l'anaphase I.


Veuillez également noter que vous semblez très concentré sur les humains (sans le dire et peut-être sans vous en rendre compte). La diversité de la détermination du sexe est énorme. Vous voudrez peut-être jeter un œil à Est-ce que les mâles de toutes les espèces sexuelles ont des chromosomes Y ?


Il existe une différence entre les processus des méioses et des mitoses. La méiose conduit généralement à 23 chromosomes dans une nouvelle cellule, tandis que les mitoses conduisent généralement à 46 chromosomes dans une nouvelle cellule. Parce que chaque être humain normal doit avoir 46 chromosomes, vous devez en obtenir 23 de votre père et 23 de votre mère. La méiose crée des cellules qui sont nécessaires à la procréation humaine. La mitose crée des cellules qui aident un individu à grandir.

Presque chaque cellule de votre corps possède ses propres 46 chromosomes. Les globules rouges, par exemple, sont des cellules qui n'ont pas de chromosomes. Lorsqu'une cellule a 23 chromosomes, elle s'appelle une cellule haploïde, et lorsqu'elle en a le double, elle s'appelle une cellule diploïde.

Les chromosomes ne sont pas spécifiques à un genre. Les chromosomes sexuels ne confèrent le sexe que selon que vous obtenez une copie de chacun de X et Y, ou deux copies du chromosome X. Ainsi, vous pourriez avoir un homme transmettant 23 gènes à sa fille, puis la fille transmettra certains de ces chromosomes, après recombinaison génétique, à son fils ou sa fille. Ce n'est pas grave. La séparation est plus ou moins aléatoire.

Au cours de la recombinaison génétique, les chromosomes homologues se croisent par des brins d'ADN coupés par des processus biomoléculaires. L'image de ce processus s'appelle une jonction Holliday. Donc, ils se retournent et changent de direction, mais ce ne sont que des brins (alias des chaînes) d'ADN.


Changements dans le nombre et l'arrangement des gènes

Un seul chromosome peut entraîner une perte de petit morceau à l'extrémité terminale, c'est ce que l'on appelle une déficience ou une déficience terminale. Parfois, un chromosome peut cependant se casser en deux points quelconques, libérant un segment intercalaire qui peut avoir la forme d'un anneau ou d'une tige, si ses extrémités cassées sont fusionnées.

Si un centromère est présent dans le segment cassé, il survit sous forme de chromosome petit mais déficient. S'il n'y a pas de centromère avec le segment cassé, il est dit délétion et est vite perdu lors de la division nucléaire.

Un chromosome qui présente une délétion devient un chromosome déficient. Dans le cas du centromère diffus, le segment supprimé du chromosome conserve sa survie et est ajouté en tant qu'extra-chromosome à l'ensemble d'origine.

Dans ce type de changement structurel, le contenu génétique total de l'organisme est affecté. Si ABCDEFG sont les gènes d'un chromosome, alors ABCDE est une déficience et ABFG est une délétion. Selon Roberts (1975), toutes les déficiences sont en réalité interstitielles ou délétion en raison de la présence universelle de télomères.

Effet cytologique de la délétion :

Chez l'hétérozygote de délétion, l'appariement des chromosomes a lieu normalement, mais dans la région de la délétion où un certain nombre de gènes manquent, les chromosomes normaux sont expulsés sous la forme d'une boucle, ce qui est généralement appelé formation de boucle. La carence réduit la quantité de croisement.

Effets génotypiques et phénotypiques des carences :

La carence est mortelle en raison de la perte de gènes. Les individus présentant une déficience homozygote ne survivent pas parce qu'un ensemble complet de gènes est absent. Lorsqu'un segment est perdu d'un seul membre d'une paire homologue, formant un hétérozygote déficitaire, l'individu survit mais présente un effet phénotypique anormal ou inhabituel.

La perte d'un très petit segment d'un chromosome par délétion se comporte comme une unité mendélienne en héritage. Par conséquent, de très petites déficiences sont parfois confondues avec des mutations génétiques.

En d'autres termes, de petites délétions peuvent ne pas empêcher le développement de l'organisme, mais elles produisent un caractère mutant chez l'individu. Un cas classique de carence a été découvert et élaboré par Bridges en 1917.

Un caractère mutant chez la drosophile appelé encoche produit une marge crantée des ailes. Cela est dû à une petite délétion dans une certaine partie du chromosome X. Il a hérité comme dominant lié au sexe chez la femelle et mortel chez le mâle.

Dans le F1 progénitures les femelles aux ailes échancrées étaient toutes aux yeux blancs, alors que l'on s'attendrait normalement à des formes aux yeux rouges, puisque le rouge est un caractère dominant. En l'absence d'allèle dominant dû à la délétion, le gène récessif trouve une expression phénotypique. Ce type d'expression inattendue d'un caractère récessif qui est causé par l'absence d'un allèle dominant est appelé psendodominance.

(La suppression peut être terminale dans laquelle les segments manquants sont à la fin du chromosome et ils peuvent être intercalaires dans lesquels les parties manquantes sont au milieu du chromosome.)

(ii) Duplication :

La présence d'une partie d'un chromosome en excès du complément normal est connue sous le nom de duplication ou parfois un segment ou une partie du chromosome se répète dans le même chromosome. Ces segments dupliqués supplémentaires sont appelés duplications.

Parfois, un noyau s'avère aberrant en ce qu'il contient du matériel supplémentaire au-delà de celui que l'on trouve dans le complément chromosomique normal. Le matériel supplémentaire peut être soit sous la forme de chromosomes entiers ou de jeux de chromosomes supplémentaires (si le morceau cassé a un centromère, il est inclus en tant que chromosome supplémentaire) ou il peut s'agir simplement d'une partie du chromosome.

Le dernier est appelé duplication qui est différent des deux premiers. C'est-à-dire l'addition d'un ou plusieurs gènes à la suite de laquelle l'organisme porte le même segment du chromosome répété dans son complément chromosomique haploïde.

(En cas de délétion et de déficience, la perte d'un ou plusieurs gènes est observée. En cas de duplication, l'ajout d'un ou plusieurs gènes, à la suite de quoi l'organisme porte le même gène répété dans son complément chromosomique haploïde).

Types de duplications:

(a) Duplication extra-chromosomique :

Si un centromère est présent dans le morceau éclaté, il se comporte comme un chromosome supplémentaire ou supplémentaire indépendant.

Le segment dupliqué se trouve à côté des mêmes gènes, dans le chromosome. Les gènes dupliqués se trouvent dans le même ordre que dans le chromosome normal, par exemple, si l'ordre des gènes dans le chromosome normal est ABCDEFGH.IJKL, la duplication en tandem doit être ABCDECDEFGH.IJKL (le point représente le centromère).

(c) Duplication en tandem inversée :

Dans ce cas, l'ordre des gènes dans le segment dupliqué d'un chromosome est juste l'inverse de la séquence d'origine. Par exemple, dans le cas ci-dessus, ce serait ABCDEEDCFGH.IJKL.

(d) Duplication déplacée :

Dans certains cas, le segment dupliqué n'est pas adjacent ou proche du segment normal. Selon que la portion dupliquée se trouve du même côté du centromère (homo-brachial) ou de l'autre côté que l'original (hétérobrachial). Dans ce cas, nous aurions ABCDEFGCDEH.IJKL.

(e) Translocation ou duplication transposée :

Dans ce cas, le segment dupliqué est attaché à un chromosome non homologue. La région dupliquée peut être transposée à un chromosome non homologue de manière interstitielle (ou intercalaire) ou terminale (terminal). Dans ce cas, il s'agirait de MNOPCDEQ.RSTUV.

Chez Drosophila, Bridges a découvert que certains individus qui sont définitivement homozygotes pour les gènes récessifs présentaient les caractères dominants. Ceci sur l'analyse, a été trouvé en raison de matériel chromosomique supplémentaire portant le gène dominant.

Si le matériel chromosomique supplémentaire est pourvu d'un centromère, il peut exister en tant que chromosome séparé, mais lorsqu'il est dépourvu de centromère, il est attaché à l'un des chromosomes normaux. Les duplications sont moins nocives que celles des effets des délétions.

Un petit segment d'un chromosome peut parfois être dupliqué à la suite d'un croisement inégal et une telle duplication est appelée répétition. Chez la drosophile mutante, les yeux étroits et resserrés sont dus à un petit gène dupliqué. La duplication a aidé à l'évolution. En raison de l'augmentation du nombre de gènes, il est possible que différentes mutations apparaissent dans le même gène sans affecter les fonctions normales de l'organisme.

Changements dans l'arrangement des gènes loci:

(i) Déplacement :

Le terme translocation a été utilisé par Bridges et Morgan en 1923 pour indiquer le comportement inhabituel des chromosomes au cours duquel un segment de l'un d'eux s'attache à un autre chromosome. C'est la plus importante et la plus complexe de toutes les aberrations chromosomiques. Au cours de ce processus, un segment supprimé passe de sa position normale dans un chromosome à une nouvelle situation dans un chromosome différent.

Lors de la translocation, des segments de longueurs égales ou inégales sont échangés entre deux membres d'une paire homologue, ou entre des chromosomes non homologues. Cet échange entre chromosomes est appelé translocation mutuelle ou réciproque.

Lors d'une translocation simple, seul un morceau de chromosome s'attache à un autre chromosome sans échange. On soupçonne cependant que la translocation simple est également réciproque mais l'un des segments est très petit.

Outre les translocations simples et réciproques, un autre type de translocation est visible qui implique une rupture en trois points mais une union en deux points connue sous le nom de translocation Shift. De plus, dans la translocation allélosomique, des échanges de segments se produisent entre des chromosomes non homologues.

Les translocations n'impliquent aucune perte ou ajout de parties chromosomiques, mais simplement un réarrangement de ses parties ou de ses gènes dans les chromosomes, et non la qualité ou la quantité des gènes.

Pour cette raison, ils sont parfois appelés réarrangements chromosomiques. Ils réduisent le croisement en empêchant l'appariement des chromosomes. Les individus porteurs des réarrangements sont phénotypiquement normaux, à moins que les relations d'un gène ou de gènes avec des gènes adjacents n'affectent l'expression phénotypique, c'est-à-dire « l'effet de position ».

Un autre type rare de "translocation latérale" a également été observé, dans lequel un segment trans-localisé s'attache aux côtés du chromosome récepteur.

La translocation a été appelée au début un croisement «illégitime», indiquant que les deux processus se ressemblent. La principale similitude entre les deux est que (i) il y a une rupture des chromosomes suivie d'une union et d'un échange de segments.

Mais la translocation et le croisement diffèrent l'un de l'autre sur les points ou les points suivants :

(i) Le croisement se produit comme un processus naturel et normal au cours duquel des segments de chromatides non sœurs de taille égale sont échangés entre des chromosomes homologues. Les chromatides non sœurs présentent une rupture aux points correspondants et une nouvelle combinaison de gènes est formée mais aucun nouveau gène n'est introduit. Le pourcentage de franchissement peut également être prédit dans la plupart des cas.

(ii) Dans une translocation typique, il y a un échange de chromosomes non homologues. Ainsi, des gènes de l'extérieur sont introduits dans le groupe de liaison. Les translocations ne sont jamais sous-prévues et ne suivent aucune règle établie. Il n'est pas nécessaire que les segments échangés soient de taille égale.

Effet cytologique de la translocation :

Les techniques génétiques de détection et d'étude des translocations seront mieux comprises lorsque les phénomènes cytologiques produits par les translocations seront connus. Supposons que deux chromosomes ayant respectivement les gènes ABCDE.FGHI et LMNOPQ.RST échangent des segments et donnent lieu à la translocation des chromosomes LMNDE.FGHI et ABCOPQ.RST.

L'individu ainsi formé reçoit de l'un de ses parents les chromosomes normaux et de l'autre parent les chromosomes de translocation. Un tel individu est un hétérozygote de translocation. Étant donné que l'appariement des chromosomes (synapsis) à la prophase méiotique I, le zygotène, est causé par l'attraction spécifique de segments homologues contenant des gènes alléliques, on peut s'attendre à ce qu'un hétérozygote de translocation produise un appariement en forme de croix.

L'occurrence d'un croisement dans chacun des quatre bras de la croix entraînera la formation de chiasmata dans chaque bras. Au lieu de bivalents, c'est-à-dire une paire de chromosomes homologues synapsés, un quadrivalent sera formé.

Groupe de quatre chromosomes associés, chaque membre du groupe étant partiellement homologue à deux autres chromosomes du groupe. Le quadrivalent apparaîtra à la diacinèse et à la métaphase I de la première division méiotique sous la forme d'un cercle ou d'un anneau de quatre chromosomes, qui peut être soit tordu comme indiqué sur la figure, à gauche, soit ouvert comme dans le dessin central de la même figure.

Si les chiasmes ne se forment pas dans un bras de la croix pachytène ou diplotène, l'anneau se transforme en une chaîne ouverte de quatre chromosomes. De tels anneaux ou chaînes de chromosomes ont été observés et interprétés par Belling à la méiose dans le Datura et ont ensuite été trouvés dans le maïs, les pois, le blé, Tradescantia et d'autres plantes et chez certains animaux. Ils se produisent régulièrement dans de nombreuses plantes d'onagre qui portent des fleurs jaunes.

Les chromosomes associés dans un anneau ou une chaîne peuvent être distribués de différentes manières aux gamètes formés à la suite de la méiose. Les deux chromosomes originaux, ABCDE.FGHI et LMNOPQ.RST peuvent aller au même gamète, et le chromosome de translocation, ABCOPQ.RST et LMNDE.FGHI, à un autre gamète.

On peut noter que dans chacun de ces gamètes, chaque gène symbolisé par une lettre n'apparaît qu'une seule fois, les gamètes étant formés par des individus normaux. D'autre part, si les chromosomes adjacents dans l'anneau vont au même pôle à la division méiotique, les quatre types de gamètes sont formés.

La propriété commune de ces quatre types de gamètes est qu'ils portent deux fois certains gènes et n'en ont pas du tout. Autrement dit, ils sont porteurs de duplications pour certains et de déficiences pour d'autres gènes.

Les translocations entraînent une modification des relations de liaison entre les gènes. De nouveaux groupes de liaison sont établis. Les gènes assortis indépendamment deviennent liés et les gènes liés commencent à montrer un assortiment indépendant, à condition que leurs groupes de liaison soient modifiés en raison de la translocation.

[Les translocations hétérozygotes sont semi-stériles. Chez les animaux, parfois, les gamètes déséquilibrés sont visibles mais les zygotes qu'ils forment ne sont pas capables de se développer et de se différencier normalement. Dans des plantes comme Rhoeo et Oenothera, les hétérozygotes de translocation sont devenus stables en raison de la présence de létals équilibrés ou de létals qui ne sont pas exprimés dans des conditions hétérozygotes],

(ii) Inversion :

Il y a des translocations qui se produisent au sein d'un seul chromosome. Il a été principalement démontré par Sturtevant et Dobzhansky dans le chromosome des glandes salivaires de la drosophile.

L'inversion implique une rotation d'une partie d'un chromosome ou d'un ensemble de gènes de 180° sur son propre axe. La rupture et la réunion sont essentielles pour que la réversion se produise et le résultat net n'est ni un gain ni une perte du matériel génétique, mais simplement un réarrangement de la séquence du gène. Ils peuvent être soit terminaux (occurrence à la fin du chromosome) soit intercalaires lorsque des changements se produisent au milieu du chromosome.

Les inversions qui incluent le centromère sont appelées inversions péricentriques tandis que celles qui n'impliquent pas le centromère sont appelées inversions paracentriques. Si l'ordre normal des gènes dans un chromosome est ABC.DEFG, la séquence ou l'ordre des inversions paracentriques et péricentriques sera respectivement ABC.DGFE et AED.CBFG.

Chez les individus homozygotes pour les inversions, le zygotène et le pachytène sont normaux en raison des similitudes d'anomalies dans les chromosomes homologues. Mais l'inversion hétérozygote est suffisamment petite, les régions inversées opposées ne s'apparient pas et le croisement est empêché dans cette partie du chromosome.

Un croisement dans la région inversée de l'inversion paracentrique hétérozygote aboutit à un chromosome avec deux centromères et un segment acentrique. Lorsque les deux centromères du chromosome dicentrique se déplacent vers deux pôles opposés, un pont chromatidique se forme à l'anaphase I. Le segment acentrique n'est pas attaché au fuseau, se trouve libre dans le cytoplasme et n'est pas libre correctement. Ainsi, les séparations méiotiques sont généralement anormales.

Dans le cas où la séparation méiotique est normale, quatre types de gamètes sont formés : un avec une séquence génétique normale, un deuxième avec une séquence génétique inversée, un troisième avec un chromosome dicentrique et une duplication de certains gènes et un quatrième avec un chromosome acentrique et une délétion de certains gènes. Les deux derniers types de gamètes ne sont généralement pas viables, de sorte que les hétérozygotes pour les inversions paracentriques sont hautement stériles et que seuls des parents comme une descendance sont produits.

En d'autres termes, le croisement est empêché grâce à une inversion paracentrique. Le croisement dans une inversion péricentrique hétérozygote n'aboutit pas à un pont chromatidique, mais à des délétions et des duplications dans les gamètes. Par conséquent, les inversions péricentriques empêchent également apparemment le croisement.

Les inversions péricentriques impliquant des bras inégaux entraînent des changements drastiques dans la morphologie des chromosomes. Par exemple, les chromosomes métacentriques (en forme de V) peuvent être transformés en chromosomes en forme de bâtonnet (acrocentriques) ou vice-versa.

Comme les homozygotes d'inversion sont fertiles et les hétérozygotes d'inversion sont stériles, cela conduit à l'établissement de deux groupes d'organismes au sein d'une même espèce.

Ainsi, l'inversion a été utile dans le maintien d'un état hétérozygote, donc utile dans l'origine de nouvelles espèces. En inversion, le croisement est supprimé et seules les descendances parentales sont produites. Les létaux récessifs peuvent être un avantage supplémentaire car les hétérozygotes pour eux seront viables mais homozygotes non viables.

Les divers réarrangements chromosomiques décrits ci-dessus provoquent souvent des changements visibles dans les organismes. Ces changements phénotypiques visibles produits à la suite d'un changement dans les segments chromosomiques constituent des effets de position.

Ce changement de comportement des gènes dû au réarrangement a été étudié chez la drosophile et découvert pour la première fois par Sturtevant et Bridges en 1925. Ils ont découvert que la formation de l'œil de Bar chez la drosophile est due à un effet de position.

Lewis a classé les effets de position en deux catégories :

(i) Type panaché :

Ce type d'effets de position a été étudié par Muller et d'autres. Ces effets entraînent une instabilité somatique de l'action des gènes. Les effets de position variée entraînent la diversification d'un caractère généralement observé dans une structure ou une zone particulière du corps, des taches de couleurs différentes, par exemple, peuvent apparaître dans les yeux de la drosophile à la suite d'un réarrangement du locus ‘w’ (œil blanc) .

Les inversions ou les translocations qui placent ‘w’ près de l'hétérochromatine peuvent provoquer une panachure blanche ou un mosaïcisme pour la couleur des yeux. Ce concept d'hétérochomatinisation produisant des effets de position variés contient des marchandises dans divers exemples de couleurs d'yeux.

Un grand nombre de réarrangements structurels chez la drosophile produisent des effets de position stable somatique. Ceux-ci incluent l'œil barré, les ailes velues, etc. Les exemples classiques d'œil barré ont été réalisés par Sturtevant et Bridges. Dans ce personnage de barre, les yeux se rétrécissent et le nombre de facettes se réduit. Cela résulte de la duplication de gènes.

Il existe une relation quantitative approximative entre le nombre de segments chromosomiques et la taille de l'œil. Lorsque le segment a été dupliqué de diverses manières, le caractère barré est devenu important avec la réduction des facettes produisant des yeux barrés, doubles et ultra barrés. Deux hypothèses ont été avancées pour expliquer le mécanisme de l'effet de position.

Cette théorie suppose que les effets de position sont causés par une interaction locale entre les produits géniques de loci adjacents ou sont basés sur le changement de l'environnement chimique dans lequel le gène est placé après le réarrangement. Cela implique qu'un seul gène n'est pas complètement indépendant dans la production des effets de position mais que l'action est influencée par les gènes voisins.

2. Hypothèse structurelle :

Selon ce point de vue, il se produit une sorte de changement physique dans le locus du gène lui-même où la rupture se produit, les molécules de nucléoprotéines peuvent être déformées au cours du changement physique.

Non-disjonction des chromosomes :

La non-disjonction signifie la non-séparation de paires de chromosomes homologues au cours de la méiose. Un tel cas a été signalé pour la première fois par Bridges (1913) chez la drosophile. Il a découvert que parfois, dans l'œuf de drosophile, les deux chromosomes ne se séparent pas après la synapse et passent au même pôle, laissant l'autre sans chromosome et « 8216X ».

Par conséquent, trois types d'œufs sont produits comme indiqué ci-dessous :

(i) Oeufs normaux, contenant chacun un chromosome X,

(ii) ufs contenant deux chromosomes X.

(iii) ufs sans les chromosomes X.

Ainsi, une anomalie quantitative ou une anomalie du chromosome X se produit. La couleur des yeux blancs chez la drosophile est un caractère récessif lié au sexe. Lorsqu'une femelle aux yeux blancs est croisée avec un mâle aux yeux rouges, il y a croisement de l'héritage.

Dans le F1 progénitures, les mâles ont les yeux blancs et les yeux rouges des femelles. Mais il y a quelques exceptions et environ une en 2000- 3000 F1 les descendants présentent des yeux rouges chez le mâle et blancs chez la femelle. Cela s'est avéré être dû à la non-disjonction des chromosomes X.

2. Non-Disjonction secondaire :

Tous les mâles exceptionnels sans chromosome Y sont stériles bien qu'ils soient assez mâles en apparence et en comportement. Cependant, les femelles aux yeux blancs ‘X X Y' sont normales et fertiles. Des ponts les ont croisés jusqu'à des mâles normaux aux yeux rouges et ont observé chez leur progéniture la non-disjonction secondaire. Dans leur descendance, environ 96% des filles ont les yeux rouges et 4% les yeux blancs. Parmi les fils, environ 96% ont les yeux blancs et 4% les yeux rouges.

Au cours de la division de réduction chez les femelles XXY, les chromosomes X et Y sont répartis de différentes manières et quatre types d'œufs sont formés.

(i) Oeufs avec un seul chromosome X

(ii) ufs avec un chromosome X et un chromosome Y

(iii) ufs avec chromosome 2X

(iv) ufs avec un chromosome Y.

Fécondés par les spermatozoïdes d'un mâle normal aux yeux rouges, trois ovules devraient produire huit types différents de zygotes. 3/8 types de zygotes ne se produiront pas avec une fréquence égale. L'estimation de la figure montre plusieurs façons de tester la validité de cette hypothèse de travail compliquée.

Toutes les femmes aux yeux blancs et certaines des femmes aux yeux rouges doivent porter non seulement deux chromosomes X mais aussi un chromosome Y. Bridges a non seulement fait ces prédictions, mais les a vérifiées par examen cytologique des différentes classes de mouches.

La non-disjonction des chromosomes X chez la drosophile conduit à l'apparition de zygotes qui ont un chromosome de plus (XXX, XXY, XYY) ou un chromosome de moins que les mouches normales, puisque le chromosome Y contient relativement peu de gènes, les mouches avec des chromosomes Y supplémentaires semblent être normaux, tandis que les mâles dépourvus de chromosome Y ne diffèrent de la normale que par leur stérilité. Au contraire, la présence d'un chromosome X supplémentaire (XXY) est généralement mortelle.

La non-disjonction se produit occasionnellement non seulement pour les chromosomes X et Y, mais aussi pour d'autres chromosomes. Elle se traduit par la production de zygotes qui possèdent un des chromosomes du complément normal en triple (Trisomies, types 2n+1) qui ont des chromosomes représentés un seul au lieu de deux (Monosomies, types 2n-1).


Résumé

Il est classiquement prévu que les chromosomes sexuels arrêtent de se recombiner dans le sexe hétérogamétique, renforçant ainsi le lien entre les gènes déterminant le sexe (SD) et les gènes antagonistes du sexe (SA). Avec la même logique, une asymétrie sexuelle préexistante dans la recombinaison devrait affecter l'évolution de l'hétérogamité, par exemple, un faible taux de recombinaison mâle pourrait favoriser les transitions vers les systèmes XY, en générant une liaison immédiate entre les gènes SD et SA. De plus, l'accumulation de mutations délétères sur les chromosomes Y non recombinants devrait favoriser les transitions XY-à-XY (qui rejettent le Y décomposé), mais défavoriser les transitions XY-à-ZW (qui fixent le Y décomposé comme un autosome). Comme beaucoup d'amphibiens anoures, Hyla il a été démontré que les grenouilles arboricoles présentent une hétérochiasmie drastique (les mâles ne se recombinent qu'aux extrémités des chromosomes) et sont généralement XY, ce qui semble correspondre aux attentes ci-dessus. Au lieu de cela, nous démontrons ici que deux espèces, H. sarda et H. savignyi, partagent un système ZW commun depuis au moins 11 Ma. Étonnamment, le modèle typique de recombinaison masculine restreinte s'est maintenu depuis lors, malgré l'hétérogamité féminine. Par conséquent, les chromosomes sexuels se recombinent librement chez les femelles ZW, pas chez les mâles ZZ. Cela suggère que l'hétérochiasmie ne limite pas l'hétérogamétie (et vice versa), et que le rôle des gènes SA dans l'évolution des chromosomes sexuels pourrait avoir été surestimé.


Top 3 des lois fondamentales de la génétique

Les points suivants mettent en évidence les trois lois fondamentales de la génétique proposées par Mendel. Les lois sont : 1. Loi de Ségrégation 2. Loi de Dprésomption 3. Loi de l'assortiment indépendant et di-hybride Traverser.

1. Loi de Ségrégation:

Selon Altenburg, cette loi peut être définie comme “Non-mélange d'allèles, c'est-à-dire que l'allèle pour la taille ne se mélange pas avec l'allèle pour le nanisme chez les hybrides.” Les descendants issus de deux parents reçoivent d'eux des contributions de caractéristiques héréditaires par le biais de gamètes. Ces gamètes sont les maillons de liaison entre les générations successives.

Les caractères contrastés tels que les tiges hautes et naines des pois sont déterminés par quelque chose qui est transmis des parents à la progéniture par les gamètes sont appelés facteurs ou gènes. Le point important est que différents facteurs tels que ceux de la taille et de la naine (D et d) ne se mélangent pas, ne se contaminent pas ou ne se mélangent pas tant qu'ils restent ensemble dans l'hybride.

Au lieu de cela, les différents facteurs séparent ou séparent en passant purs et non contaminés à deux gamètes différents produits par l'hybride, puis se transmettent aux différents individus ou aux descendants de l'hybride. Chaque gamète porte l'un des deux membres d'une paire de facteurs contrastés ou alternatifs, c'est-à-dire pour la taille ou la naine (D ou d) et jamais les deux.

D d (F1 hybride grand) → les facteurs D et d restent ensemble purs

La méthode conventionnelle ou coutumière la plus simple pour désigner ces facteurs mendéliens consiste à attribuer à chacun une lettre, le facteur dominant étant représenté par une majuscule et récessif par une minuscule. Dans le croisement de plantes hautes et naines de race pure, notons D pour le gène de la taille et d pour la forme alternative de ce gène qui entraîne la nanisme de la tige. D et d sont appelés allèles ou allélomorphes.

Car un individu se développe à partir de l'union de deux gamètes produits par les parents mâle et femelle. Il reçoit deux allèles D et d. La vraie plante haute reproductrice peut être représentée comme DD et son gamète comme D et la vraie plante naine reproductrice comme dd et son gamète comme d.

Lorsque les deux plantes sont croisées, un œuf (D) est fécondé par le gamète mâle (d) ou vice-versa. Le zygote hybride résultant aura à la fois D et d. Ainsi les deux allèles d'un gène sont représentés par le même symbole de gène et se différencient l'un de l'autre par leur première lettre en majuscule ou en minuscule (D ou d).

Un gène peut être représenté par un symbole dérivé du nom du personnage qu'il gouverne. Le gène contrôlant la longueur de la tige en tant que nain chez le pois peut être représenté par la petite lettre ‘d’ et le symbole de l'allèle produisant la forme dominante du caractère est le même que celui de l'allèle récessif, mais la première lettre de ce le symbole est en majuscule. Par exemple, la tige haute est dominante et se voit attribuer D

Selon le principe de ségrégation, les allèles portés par la grande plante hétérozygote (Dd) ne se mélangent pas, ne fusionnent pas, ne se mélangent pas ou ne se contaminent pas entre eux, malgré le fait que le phénotype de la F1 l'hybride ne montre que le caractère grand, et il ne donne aucune indication visible de la présence du gène (d) dans le génotype. Les allèles se séparent lorsque l'organisme hybride produit des gamètes de sorte qu'environ la moitié des gamètes porteront D et l'autre moitié d.

Lors de la fécondation, les gamètes se combinent au hasard. Il existe une opportunité égale pour les différents types de gamètes de s'unir les uns aux autres. Le gamète mâle peut s'unir ou fusionner avec le gamète femelle avec D ou d. L'autre type de gamète mâle ‘d’ peut également avoir une chance égale de s'unir ou de fusionner avec le gamète femelle D ou d. Par conséquent, quatre recombinaisons se produisent. Un quart (1/4) d'entre elles sont des plantes hautes homozygotes n'ayant que l'allèle de la taille (DD).

L'autre moitié d'entre eux (deux sur quatre) est hétérozygote et possède à la fois les allèles D et d. Comme D est dominant sur d, ces plantes sont hautes. Un quart (1/4) d'entre elles sont des plantes homozygotes n'ayant que l'allèle de la naine (dd). en fa2 génération, les plantes hautes et naines apparaissent dans le rapport 3 : 1 (3/4 plantes hautes et 1/4 plantes naines).

Mendel a testé la validité de l'hypothèse factorielle en appliquant une méthode plus stricte au moyen de laquelle elle pourrait être confirmée ou infirmée. Dans le F2 de son croisement de plantes hautes avec des plantes naines, il y avait des plantes hautes et naines approximativement dans un rapport de 3:1. L'interprétation de ces résultats par Mendel au moyen de la loi de ségrégation montre qu'il existe deux types de F2 plantes hautes.

Environ 1/3 d'entre eux devraient être génotypiquement homozygotes pour la taille (DD). Environ 2/3 devraient être hétérozygotes (Dd) portant à la fois les allèles dominants et récessifs (D et d). La validité de ces prédictions peut être testée dans des expériences réelles. Les plantes naines homozygotes devraient se reproduire fidèlement à toutes les générations suivantes si elles sont autofécondées ou croisées avec d'autres.

Toutes les plantes bien qu'elles se ressemblent ne se comporteraient pas de la même manière. Environ 1/3 d'entre eux homozygotes avec la formule génétique (DD) devraient se reproduire. Mais 2/3 du F2 plantes hautes, les hétérozygotes (Dd) devraient se reproduire exactement comme le F1 plantes hybrides. Ils devraient produire des plantes hautes et naines dans le rapport phénotypique 3: 1 et le rapport génotypique 1:2:1. C'est ce que Mendel a obtenu dans ses expériences. Ainsi, la loi de ségrégation a été confirmée dans des expériences réelles.

Les caractères deviennent séparés ou séparés dans la deuxième filiale (F2) génération. Ainsi, les facteurs responsables des caractères héréditaires sont des unités indépendantes qui, bien qu'entrent ensemble dans les croix, mais se séparent à nouveau en caractères distincts. Cette loi est de loin la plus importante des découvertes de Mendel. Cette loi est parfois appelée loi de pureté des gamètes ou loi de division des hybrides.

(La loi de ségrégation signifie que lorsqu'une paire d'allélomorphes sont réunis dans l'hybride (F1), ils restent ensemble dans l'hybride sans mélange et en F2 génération, ils se séparent complets et purs lors de la formation des gamètes. Cette loi est également connue sous le nom de loi de la pureté des gamètes).

(Les deux allèles présents dans le F1 sont capables de se séparer et de se transmettre à des gamètes séparés sous leur forme originale, produisant deux types différents de gamètes à des fréquences égales, c'est ce qu'on appelle la ségrégation).

Principaux faits concernant les ségrégations :

Pour résumer l'expérience de croisement monohybride de Mendel, les points cardinaux suivants sont remarquables :

Les différences héréditaires entre les individus dépendent de la différence dans les unités cellulaires des gènes ou des facteurs. Ces gènes sont des unités héréditaires, contrôlent un caractère particulier et sont présents à un endroit fixe dans les chromosomes appelés loci. Ainsi, les gènes du caractère grand chez les pois indiqués par « 8216D« dans le chromosome se trouvent à un locus fixe et les gènes du caractère nain « 8216d« se trouvent au même locus dans l'autre chromosome.

La loi de ségrégation elle-même montre la pureté des gamètes et leur liberté de se mélanger ou de se mélanger les uns avec les autres. Les gamètes ne contiennent qu'un seul facteur ou gène et sont purs pour un trait ou un caractère particulier régi par le même facteur ou gène de gamète.

3. Non-mélange d'allèles chez les hybrides :

Ces gènes ou facteurs d'hérédité, quelle qu'en soit la nature, s'unissent lorsqu'ils sont issus de différentes sources parentales dans les hybrides dont ils peuvent être séparés au cours des générations successives ou ultérieures et non modifiés avec la présence d'autres allèles chez les hybrides.

En résumé, le croisement entre le pois haut et le pois nain est le suivant :

L'original grand et nain variété de pois constituent la première génération parentale (P1). Les hybrides produits par leur croisement constituent la première génération filiale (F1) et la progéniture des hybrides constituent la deuxième filiale ou F2 génération.

Johansen (1911) a proposé les quatre termes suivants pour distinguer les individus entre eux :

Un organisme ou hybride ou zygote dans lequel les deux membres d'une paire de gènes sont semblables (DD ou dd) sont appelés homozygotes (grec : Homos = alike = zygos, joug (lien ou sous esclavage d'un autre).

Les individus ayant des gènes identiques (DD ou dd) sont appelés homozygotes. Les homozygotes sont toujours purs.

Un organisme, un hybride ou un zygote dans lequel les deux membres d'une paire de gènes sont différents (Dd) est qualifié d'hétérozygote (hétéros = dissemblable). Les individus hétérozygotes sont toujours hybrides. Dans le F2 génération, il y a un ratio de 3 plantes hautes et 1 naine apparemment mais génétiquement, ce ratio est de 1 DD de hauteur : 2 Dd de hauteur : 1 dd naine.

3. Génotype et phénotype :

Le génotype est le terme utilisé pour désigner la constitution génétique d'un organisme. Il représente l'ensemble des possibilités héréditaires au sein de l'individu. Dans les expériences de croisement monohybride, la plante hybride de F1 génération est phénotypiquement grande mais génétiquement c'est un hybride (Dd).

La caractéristique morphologique externe d'un organisme constitue son phénotype ou c'est le terme utilisé pour désigner les caractéristiques visibles d'un organisme ou d'un individu. Il représente la somme totale de toutes les caractéristiques apparentes d'un organisme, indépendamment de sa constitution génétique ou de son génotype.

Dans le F2 génération, 3 sur 4 (3/4) sont phénotypiquement grands mais génotypiquement un tiers (1/3) d'entre eux est pur et deux tiers (2/3) hybrides grands avec deux allèles contrastés.

Ce que nous observons ou ce qui est visible ou autrement mesurable s'appelle des phénotypes. Alors que les facteurs génétiques responsables de la création du phénotype sont appelés génotype. Le phénotype est déterminé par les allèles dominants.

Monohybride Back cross ou Test Cross :

Le croisement entre le F1 l'hybride (Dd) avec l'un de ses parents (DD ou dd) est appelé rétrocroisement tandis que le croisement entre F1 hybride (Dd) et parent récessif homozygote (dd) est appelé croisement test car il confirme la pureté des gamètes.

(i) Le croisement ci-dessus entre homozygote dominant (DD) et hybride (Dd) est appelé rétrocroisement dominant et (ii) Le croisement entre homozygote récessif (dd) et hybride (Dd) est appelé rétrocroisement récessif. Ce rétrocroisement récessif a une grande importance dans l'expérimentation car les rapports phénotypiques et génotypiques sont identiques. Par conséquent, le rétrocroisement récessif est appelé croisement de test pour identifier ou tester la nature des gamètes ou si un individu est homozygote ou hétérozygote, comme indiqué ci-dessous.

En cas de Back cross :

Schéma montrant le rétrocroisement monohybride entre F1 parent homozygote hybride et dominant

Phénotype – 2 Queue : 2 nains (50 % de haut et 50 % de nains)

Génotype – 2 Grand : 2 nains (50 % de haut et 50 % de nains)

Diagramme montrant le croisement d'essai monohybride entre F1 parent homozygote hybride et récessif (1 : 1).

2. Loi de Dprésomption :

Les premières expériences de Mendel étaient des croisements entre des variétés de pois différant par un seul caractère visible. Ce sont des expériences de croisement monohybride.

Un hétérozygote (F1 hybride) contient deux gènes contrastés, mais un seul des deux est capable de s'exprimer, tandis que l'autre reste caché. Le gène capable de s'exprimer dans F1 hybride est connu sous le nom de gène dominant, tandis que l'autre gène qui est incapable de s'exprimer en présence du gène dominant est le gène récessif. Sans aucun doute, le gène récessif est incapable de s'exprimer, mais est transmis à la génération suivante sans changement.

Lorsque Mendel a croisé de vrais pois de reproduction, avec de vrais pois nains de reproduction, les premiers descendants formés étaient tous des plantes de grande taille.

Le caractère nain semble avoir été supprimé et la taille semble dominer. Des caractères tels que la taille, la rougeur, la rondeur des graines, les cotylédons de couleur jaune, les gousses gonflées, les gousses vertes non mûres et les fleurs axiales, ont été appelés dominants et leurs allèles respectifs tels que nanisme, blancheur, rides des graines, cotylédons de couleur verte, gousses rétrécies, les gousses jaunes non mûres et les fleurs terminales étaient appelées récessives.

La loi de dominance stipule ainsi que sur une paire de caractères allélomorphes (= caractères alternatifs ou contrastés) l'un est dominant et l'autre récessif. Mendel a trouvé ce fait vrai entre les sept paires de caractères qu'il a étudiées. La paire de caractères contrastants ou alternatifs est appelée paire allélique ou paire allélomorphe et chaque membre de la paire peut être considéré comme l'allèle de l'autre.

Ainsi, la taille et la naine sont des allèles l'une de l'autre. Les unités héréditaires qui sont responsables de l'apparition du caractère chez les descendants ou les descendances ont été appelées facteurs ou déterminants. Maintenant, on les appelle des gènes.

Quatre types de dominance sont observés :

Le phénomène dans lequel les deux allèles sont exprimés dans l'hybride (F1) est appelé co-dominance. Les antigènes des groupes sanguins de l'homme sont l'un des meilleurs exemples de co-dominance. Il produit un rapport 1:2:1 en F2.

2. Domination complète ou dominance simple :

C'est la capacité d'un allèle à masquer ou à inhiber la présence d'un autre allèle au même locus chez l'hétérozygote ou F1 hybride.

3. Dominance incomplète:

Si le F1 les hybrides ou hétérozygotes sont phénotypiquement intermédiaires entre les deux types homozygotes.

4. Au-dessus de la domination :

La supériorité de l'hétérozygote ou de l'hybride sur ses deux homozygotes ou parents (DD et dd) est appelée surdominance. Contrairement à la dominance complète, partielle et co-dominante, la sur-dominance n'est pas les caractéristiques d'un allèle mais est la conséquence de l'état hétérozygote du gène apparenté.

3. Loi de l'assortiment indépendant et di-hybride Traverser:

Mendel a découvert non seulement des croisements dans lesquels le parent différait par une seule paire ou des caractères, mais aussi d'autres dans lesquels le parent différait par deux paires. Un tel croisement, qui comprend deux paires de caractères contrastés à la fois, est appelé croisement di-hybride. La loi de l'assortiment indépendant s'applique à l'héritage de deux ou plusieurs paires de caractères.

Pour une expérience di-hybride, Mendel a croisé deux plants de pois, dont l'un était homozygote pour les graines jaunes et rondes et l'autre pour les graines vertes et ridées. Les gènes des caractères jaunes et ronds étaient dominants par rapport aux caractères verts et ridés décrits par les Mendel. Le F1 les hybrides produits à la suite de ce croisement étaient ronds jaunes et étaient hétérozygotes pour les deux allèles connus sous le nom de Di-hybride.

Génotypes et phénotypes de F2 descendance :


Le rapport phénotypique ci-dessus, que Mendel a obtenu, peut être considéré comme un rapport phénotypique monohybride 3 : 1 multiplié algébriquement par 3 : 1, ce qui signifie (3 : 1) x (3 : 1) = 9 : 3 : 3 : 1.

Bien que Mendel n'était pas au courant du comportement des chromosomes pendant la méiose, il a même supposé alors que les membres de chacune des deux paires de facteurs (WW, ww) pour les deux paires de caractères contrastés (rond/ridée) sont séparés indépendamment ou librement des membres de l'autre paire.

En bref, selon Mendel au moment de la division de réduction lors de la formation des gamètes, les membres de chaque paire de chromosomes (= gènes ou facteurs) se séparent (ou se séparent) les uns des autres.

Ils ne diluent pas et n'affectent pas l'autre paire et se comportent indépendamment. La séparation des chromosomes ou des gènes appartenant à une paire sans référence à ceux appartenant à l'autre paire lors de la division de réduction est connue sous le nom d'assortiment indépendant (ou séparation) de gènes.

Le dihybride (GgWw) produit quatre types de gamètes (types parentaux ou non parentaux ou types croisés ou non croisés) à savoir GW, Gw, gW, gw qui, par autofécondation, ont produit F2 génération de 16 manières possibles. Puisque G (jaune) et W (rond) sont des caractères dominants, quels que soient les gènes (G ou W), les graines montreront des caractères dominants.

Génotypiquement, un di-hybride typique affichera le rapport suivant :

1GGWW : 2 GgWW : 2 GGWw : 4 GgWw : 1 ggWW : 2 ggWw : 1 GGww : 2 Ggww : 1 ggww. Leur rapport phénotypique sera de 9 Jaune rond : 3 Jaune froissé : 3 Vert rond : 1 Vert froissé.

Méthode fractionnaire de calcul Rapport:

La méthode du damier pour déterminer le rapport mendélien donnée par Punnet est utile dans certains aspects. Il représente graphiquement toutes les étapes essentielles comme la formation des gamètes, leur union pour former des zygotes et les phénotypes résultants. Mais son inconvénient est qu'il prend du temps et que de nombreuses autres erreurs peuvent s'y glisser. Par conséquent, M.D. Jones (1947) a décrit une méthode fractionnaire pour déterminer les rapports qui est de nature algébrique.

(ii) F2 phénotypes di-hybrides :

Les rapports génotypiques peuvent être obtenus en divisant les dominants en homo et hétérozygotes, c'est-à-dire

Si nous croisons le di-hybride (GgWw) avec le parent récessif homozygote (ggww) alors le di-hybride produira quatre types de gamètes (GW, Gw, gW, gw) tandis que les graines vertes ridées ne formeront qu'un seul type de gamète (gw ).

Ce gamète fusionne avec quatre types de gamètes, produisant ainsi quatre classes de descendants comme suit :

1 Rond jaune : 1 Jaune froissé : 1 Vert rond : 1 Vert froissé

Ainsi, un croisement de test dihybride donnera un rapport génotypique et phénotypique de 1: 1: 1: 1 car quatre types de gamètes différents seront produits par le F1 hybride en nombre égal.

En cas de croisement di-hybride, Mendel a démontré l'assortiment indépendant (ou la ségrégation) de facteurs ou de gènes. De même, des expériences tri-hybrides ont été réalisées par Mendel impliquant trois paires de caractères.

Par exemple, il a pris des graines grises rondes jaunes et les a croisées avec des graines blanches ridées vertes, la F1 la descendance sera hétérozygote pour trois gènes et ressemblera phénotypiquement au parent dominant. Chacun de ces F1 la descendance produira 8 types de gamètes et donc 64 combinaisons de F2 progéniture.

Résultats du croisement tri-hybride élaboré par la lignée fourchue méthode:

Génotypes de F2 et leurs proportions relatives:

Phénotypes de F2 et leurs proportions relatives:

Un croisement test tri-hybride donnera un rapport phénotypique et génotypique de 1: 1: 1: 1: 1: 1: 1: 1: 1, car 8 types de gamètes différents et en nombre égal seront produits par le F1 hybride. Les croisements de test sont d'une grande importance car ils donnent ou produisent les mêmes rapports génotypiques et phénotypiques.

Il ressort des descriptions précédentes que le nombre de gènes hétérozygotes impliqués dans un croisement augmente le nombre de types de gamètes et le nombre de types de F2 progéniture.

Phénotypes GgWwCc, GgWwcc, GgwwCc, Ggwwcc, ggWwCc, ggWwcc, ggwwCc, ggwwcc.


Résultats

Stratégie de cartographie

Nous avons étudié les taux de recombinaison spécifiques au sexe sur l'ensemble de la souris Chr 1 tels qu'ils se sont produits dans les méioses des hybrides F1 C57BL/6J (B6) et CAST/EiJ (CAST) des deux sexes à une résolution moyenne de 225 kb, et affinés davantage. la région subtélomérique étendue de 24,7 Mb. Pour tester les effets potentiels que l'empreinte parentale pourrait avoir sur la recombinaison, les animaux F1 ont été produits par des croisements réciproques, puis rétrocroisés avec C57BL/6J. La cartographie de l'emplacement des croisements dans ces descendants de rétrocroisement a fourni des informations sur les événements de recombinaison survenant dans les hybrides F1. Au total, 6028 descendants ont été génotypés, dont 1465 descendants de femelles B6xCAST, 1537 de femelles CASTxB6, 1479 de mâles B6xCAST et 1547 de mâles CASTxB6. Au total, nous avons détecté et localisé 5472 événements croisés sur Chr 1, atteignant une résolution génétique de 0,017 cM dans la progéniture combinée. La fréquence à laquelle des chromosomes avec différents nombres de croisements ont été observés est résumée dans le tableau 1 . Nous avons trouvé significativement plus de croisements multiples chez les femmes que chez les hommes (test p㰐 � par χ 2) comme décrit précédemment [22].

Tableau 1

Nombre de croisements par chromosome01234Total des échantillons testés
Femelle B6xCAST3637503311921465
Femelle CASTxB64327353422801537
Total Féminin 795 1485 673 47 2 3002
Mâle B6xCAST517731226501479
Mâle CASTxB6516770259201547
Total Hommes 1033 1501 485 7 0 3026

Les descendants de rétrocroisements ont été génotypés en deux cycles consécutifs avec des tests de polymorphisme de nucléotide unique (SNP) développés à l'aide du système Amplifluor (voir Matériels et méthodes). Au premier tour, tous les ADN de la descendance ont été cartographiés sur l'ensemble du chromosome à une résolution de 10 Mb. Cela était suffisant pour détecter pratiquement tous les croisements, étant donné la forte interférence dans la méiose de la souris [33]. Au deuxième tour, les croisements se produisant dans chaque intervalle ont été cartographiés à l'aide de marqueurs SNP supplémentaires à une résolution physique moyenne de 225 Ko. Pour fournir un échantillon d'informations encore plus détaillées, les recombinants du sous-télomérique 24,7 Mb ont été soumis à des séries de tests supplémentaires en utilisant une combinaison de SNP et de marqueurs de polymorphisme de longueur de séquence simple (SSLP). Parmi les croisements se produisant dans cette région, 81,4% ont été mappés à une résolution inférieure à 100 ko : 8,2% à une résolution de 50� ko, 33,5% à une résolution de 20� ko, 8,6% à un point d'accès proche résolution de 5� ko et 31,1% ont été mappés à υ ko, assurant une résolution de niveau hotspot. Tous les marqueurs utilisés dans cette étude, leurs positions selon le NCBI Build 36, la résolution physique et le nombre de croisements dans chaque intervalle sont inclus dans le tableau S1. Des croisements individuels dans cinq des points chauds nouvellement identifiés (indiqués dans le tableau S1) ont été séquencés pour déterminer les emplacements exacts des points d'échange de chromatides dans les limites de résolution fournies par les emplacements des SNP internes.

Variation régionale de l'activité de recombinaison le long de Chr 1 à une résolution de 225 kb

Au total, la longueur de la carte génétique moyenne par sexe de Chr 1 dans le croisement B6xCAST était de 90,9 cM, ce qui représente un taux moyen de 0,469 cM/Mb sur 193,8 Mb, à l'exclusion du centromère adjacent à 3 Mb pour lequel aucune information de séquence n'est disponible selon Séquence NCBI build 36.

À une résolution de 225 kb, l'activité de recombinaison était distribuée de manière très inégale le long du chromosome, formant des domaines alternés d'activité supérieure et inférieure (figure 1A). L'activité de recombinaison n'a été trouvée que dans 64% de tous les intervalles le long du chromosome, les 36% restants étant complètement dépourvus de recombinaison. À plusieurs endroits le long du chromosome, l'activité de recombinaison avait tendance à être regroupée en séries d'intervalles consécutifs qui étaient tous actifs, formant des « zones ctorrides » ». Les plus concentrés d'entre eux mesuraient 1,4𠄶.1 Mb et se situaient à 37� Mb, 51�,4 Mb, 72�,8 Mb, 81,6� Mb, 131,4�,8 Mb , et 189,5�,6 Mo (boîtes rouges sur la figure 1A ).

A. Carte de recombinaison moyenne par sexe de Chr 1 dans le croisement C57BL/6J퟊ST/EiJ. Les cases représentent des séries d'intervalles consécutifs montrant une recombinaison (rouge) ou aucune recombinaison (bleu). B. Carte cytologique de Chr 1 (de l'ENSEMBL). C. Corrélation entre les taux de recombinaison chez les souris rétrocroisées C57BL/6J퟊ST/EiJ et les souris HS à différentes résolutions. La ligne rouge représente la tendance logarithmique la mieux ajustée extrapolée à une corrélation nulle. La fonction de meilleur ajustement et son coefficient de corrélation sont affichés, indiquant que la corrélation entre les deux croix approche zéro à des distances d'environ 0,05 Mb.

En conséquence, les intervalles dépourvus d'activité de recombinaison avaient tendance à se regrouper dans des «zones froides» dont la plus grande mesurait plus de 6 Mo de long. Ceux-ci étaient les plus importants autour de 44,6�.8 Mb, 48,6� Mb, 84,8�.0 Mb, 96�.8 Mb, 102,6�,6 Mb, 110� Mb, 119� 0,6 Mb, 149,2�.4 Mb, 158,6�.2 Mb (boîtes bleues sur la figure 1A ).

Nous n'avons détecté aucune corrélation significative le long du chromosome entre les emplacements des zones torrides et froides et les modèles de bandes cytologiques traditionnels (figure 1B).

Conservation des variations régionales mais non locales des taux de recombinaison

Pour tester dans quelle mesure les propriétés de recombinaison d'un chromosome sont conservées au cours de l'évolution, nous avons comparé nos résultats, obtenus dans un croisement de seulement deux souches, avec la carte de recombinaison de Shifman et. Al. [17]. La carte de Shifman a été préparée à une résolution moyenne de 550 kb en utilisant la descendance de souris de souche hétérogène (HS) qui fusionnent les fonds génétiques de huit souches de souris, y compris C57BL/6J mais pas CAST/EiJ. Les deux croisements ont une distribution régionale similaire de recombinaison le long du chromosome, mais ne partagent pas une fraction substantielle de points chauds, le cas échéant.

La conservation régionale entre les deux croisements a été indiquée par la corrélation significative des taux de recombinaison le long du chromosome lors de tests à de longs intervalles (r =𠂠.87 à une résolution de 8,75 Mb, corrélation de Pearson). Cependant, cette corrélation a nettement diminué lorsque des intervalles plus petits (4,4 Mo, 2,2 Mo, 1,1 Mo et à la résolution maximale de 0,55 Mo) étaient comparés (figure 1C). À l'échelle de la demi-mégabase, nous n'avons trouvé qu'une faible corrélation régionale (r =𠂠.38).

Ces corrélations estimées sont quelque peu atténuées par la variation d'échantillonnage dans les estimations des taux de recombinaison, et cette atténuation augmente à une résolution plus élevée, puisque la variation d'échantillonnage est plus importante à une résolution plus élevée (en raison du plus petit nombre d'événements de recombinaison observés dans des intervalles plus petits). Mais pour les tailles d'échantillons dans ces études, l'atténuation des corrélations estimées est négligeable (de l'ordre de 1/1000) et ne peut donc pas expliquer la forte diminution observée de la corrélation de l'échelle de 8,75 Mb à l'échelle de 0,55 Mb.

De longues régions de très faible ou pas de recombinaison étaient évidentes dans les deux croisements et ont fourni les parallèles les plus forts entre les croisements. Ces régions comprennent celles autour de 43� Mb, 96� Mb, 111� Mb et plusieurs régions plus petites entre 141� Mb. L'absence de recombinaison dans ces régions ne peut être attribuée à des inversions, qui empêcheraient la survie des recombinants. Deux raisons principales s'opposent à cette possibilité. Premièrement, certains parents du fond génétique mixte auront inévitablement la même orientation de la région en question si elle était inversée dans certaines des huit souches, et donc une recombinaison serait détectée dans leur descendance. Deuxièmement, certains intervalles dans ces régions ne sont pas totalement dépourvus de recombinaison dans les deux croisements mais ont des taux très faibles.

Effets du contexte génétique sur les taux de recombinaison globaux

En plus de la variation locale des taux de recombinaison, le bagage génétique joue également un rôle dans la détermination des taux de recombinaison globaux. La longueur de la carte génétique de Chr 1 était �% plus élevée chez les souris HS que dans notre croisement à deux souches. Les raisons de cette différence significative sont incertaines. L'absence de corrélation locale indique que cette différence n'est pas simplement due à une utilisation accrue des mêmes points chauds chez les souris HS. Les données génétiques actuelles [22] concordent avec les décomptes du nombre moyen de chiasmata par méiose au cours de la spermatogenèse chez les souches consanguines [34] et les décomptes des foyers MLH1 marquant les sites de croisement sur Chr 1 [35]. Il est possible que la recombinaison dans un contexte génétique très hétérogène soit assez différente de celle observée dans les croisements de souches consanguines. L'importance du bagage génétique dans la recombinaison est également suggérée par des différences substantielles entre les taux de recombinaison des croisements à des intervalles spécifiques. Par exemple, dans la région de 24,7 Mb qui a été cartographiée à une résolution considérablement plus élevée (voir ci-dessous), l'activité de recombinaison était souvent présente dans un croisement de souris (B6xCAST ou HS) mais pas dans l'autre.

Positionnement par rapport aux gènes, aux exons et aux sites de départ de la transcription

Nous avons trouvé une corrélation positive globale entre la densité de gènes et la recombinaison le long de l'ensemble du chromosome sur des distances de mégabases (r =𠂠.557 à 10 Mo). Cependant, cet effet diminue sur des distances plus courtes (r =𠂠.164 à 500 ko) ( Tableau 2 ). A 200 ko, la corrélation était faible (r =𠂠.079) mais statistiquement significatif. De plus, cette corrélation positive n'était pas uniforme le long du chromosome mais était limitée à certaines régions seulement, et statistiquement significative uniquement pour la région entre 100� Mb (corrélation maximale r  =𠂠.877 à 5 Mo pour les données moyennes par sexe). Dans cette région, la corrélation positive était encore détectée, et statistiquement significative, à 200 kb (r =𠂠.278). Pour le premier et le deuxième segment de 50 Mb (3� et 50� Mb), la corrélation était positive mais non statistiquement significative, tandis que la corrélation pour la dernière région (150� Mb) était légèrement négative jusqu'à 2Mb mais pas statistiquement significatif. La partie 24,7 Mb du dernier segment a été cartographiée à une résolution plus élevée (voir ci-dessous) et a montré une corrélation légèrement négative entre la densité de gènes et la recombinaison à 200 kb qui a disparu à 50 kb.

Tableau 2

Sexe200ko500ko1mb2mb5mb10mb
Chr 1 entier
r p r p r p r p r p r p
Femelle 0.093 0.000 0.184 0.001 0.206 0.001 0.308 0.000 0.482 0.000 0.678 0.001
Homme 0.055 0.045 0.126 0.011 0.141 0.023 0.255 0.0050.2500.0640.3270.107
Sexe-Moyenne 0.079 0.007 0.164 0.001 0.187 0.005 0.304 0.001 0.379 0.009 0.557 0.005
3� Mo
Femelle 0.131 0.0300.1650.0510.1550.1280.0960.3040.3770.131
Homme0.0790.1150.1720.0530.1460.1420.1200.2510.0620.352
Sexe-Moyenne0.1150.051 0.180 0.0360.1610.1210.1170.2850.2090.238
50� Mo
Femelle0.0190.7710.0720.4870.0750.6140.1660.4380.6260.053
Homme0.0740.2510.0840.4140.1120.4490.3360.1090.6000.067
Sexe-Moyenne0.0550.3960.0850.4090.1030.4870.2860.176 0.674 0.032
100� Mo
Femelle 0.295 0.000 0.405 0.000 0.495 0.001 0.696 0.000 0.876 0.000
Homme 0.191 0.007 0.299 0.006 0.419 0.003 0.558 0.003 0.821 0.003
Sexe-Moyenne 0.278 0.000 0.403 0.000 0.505 0.000 0.689 0.000 0.877 0.001
150� Mo
Femelle𢄠.0350.3170.0510.321𢄠.0100.469𢄠.0190.4990.5760.068
Homme𢄠.0580.2250.0070.440𢄠.0960.305𢄠.2340.1650.2070.251
Sexe-Moyenne𢄠.0530.2180.0250.403𢄠.0710.351𢄠.1750.2480.4330.138
168,8�,5 Mo
50ko100ko200ko
Femelle𢄠.0070.427𢄠.0370.303𢄠.0670.238
Homme0.0180.3350.0100.430𢄠.0800.204
Sexe-Moyenne0.0100.412𢄠.0080.460𢄠.0810.201

r représente le coefficient de corrélation, p est la probabilité calculée par bootstrap. Les corrélations avec pπ.05 sont affichés dans gras.

La recombinaison avait tendance à éviter les déserts de gènes supérieurs à 1,5 Mb mais a montré une tendance à se regrouper à leurs frontières. Le taux moyen dans les grands déserts de gènes totalisant 59,77 Mb (illustré à la figure S1) était de 0,26 cM/Mb par rapport à 0,55 cM/Mb dans les 134,02 Mb restants de non-déserts (p㰐 � par le test χ 2) et 0,467 cM/Mb sur l'ensemble du chromosome. Le taux moyen était de 0,80 cM/Mb dans les régions frontalières de 0,5𠄰.7 Mb entourant les grands déserts de gènes (p㰐 � ) et a rapidement diminué au-delà pour devenir statistiquement impossible à distinguer du taux moyen de chromosomes (p =𠂠.596).

Une corrélation similaire a été trouvée sur l'ensemble du chromosome entre la densité d'exons et la recombinaison (r =𠂠.566 à 10 Mo et r =𠂠.126 à 500 ko, Tableau S2) et sites de début de transcription et recombinaison (r =𠂠.585 à 10 Mo et r =𠂠.121 à 500 ko, tableau S3). Cependant, la corrélation n'était pas statistiquement significative à 200 kb (r =𠂠.043, p =𠂠.101 pour les exons et r =𠂠.026, p =𠂠.204 pour les sites de démarrage de la transcription). Dans ces deux comparaisons, la plupart des corrélations positives étaient statistiquement significatives pour la région entre 100 & 02013150 Mb mais pas pour le reste du chromosome. Dans la région de 24,7 Mb cartographiée à une résolution plus élevée, la densité d'exons et les sites de démarrage de la transcription étaient légèrement corrélés négativement avec la recombinaison jusqu'à 50 kb (r =  𢄠.045 et r =  𢄠.071, respectivement) et cet effet était statistiquement significatif pour les sites de début de transcription (p =𠂠.021).

Deux exemples frappants de zones torrides qui se produisent dans de grands introns prouvent que la recombinaison n'est pas limitée aux régions intergéniques. Le premier se compose d'au moins six points chauds dans le second intron long de 218 kb de Pbx1 (facteur de transcription 1 de la leucémie pré-cellule B, situé à 169,995�.268 Mb, NCBI Build 36), qui est également un point chaud pour les translocations associées à la leucémie lymphoblastique aiguë chez l'homme [36], [37]. La deuxième zone torride comprend au moins trois points chauds dans le troisième intron long de 80 kb de Esrrg (Récepteur gamma de type récepteur d'œstrogène, situé à 189.309�.915 Mb).

Abondance relative d'intervalles avec des taux de recombinaison différents

Nous avons observé une relation exponentielle négative simple entre le taux de croisement entre les intervalles et la probabilité de voir des points chauds de cette activité. Parmi les intervalles d'une longueur moyenne de 225 Ko, les taux de recombinaison (exprimés en cM/Mb pour corriger les variations de longueur d'intervalle) variaient continuellement sur près de trois ordres de grandeur, de 0,017 cM/Mb (la limite inférieure de détection dans ce croisement) jusqu'à 10 cM/Mo. Les intervalles avec des taux de recombinaison différents n'étaient pas également probables à la place, lorsqu'ils étaient classés par ordre d'activité de recombinaison, les taux étaient distribués de manière exponentielle simple où Rm, le taux de recombinaison dans le mintervalle classé était égal à ke cn , où k et c sont des constantes (figure 2A). La figure 2B, qui est également une fonction exponentielle, décrit le taux de recombinaison cumulé parmi les intervalles classés par rang. Une relation exponentielle similaire pour le taux de recombinaison cumulé a été rapportée par McVean et al [38] pour le génome humain.

A. Distribution de la recombinaison dans des intervalles de taux croissants (les intervalles sans recombinaison ne sont pas inclus). Les taux sont présentés en échelle logarithmique pour souligner la forme exponentielle de la distribution. L'écart à l'extrémité inférieure de la distribution représente des intervalles de faible activité mappés à une résolution inférieure. La ligne rouge représente la fonction exponentielle la mieux adaptée. La fonction exponentielle et son coefficient de corrélation sont affichés. B. Recombinaison cumulative en fonction de la taille chromosomique. Les taux de recombinaison et la longueur chromosomique sont exprimés en fractions du total. Les intervalles sont classés par ordre croissant de taux de recombinaison.

Ces relations exponentielles indiquent que près de 50% de toutes les activités de recombinaison se sont produites dans seulement 7,6% des intervalles tandis que 22,2% des intervalles représentaient 80% de toutes les activités de recombinaison. Des découvertes similaires selon lesquelles un pourcentage élevé de toutes les recombinaisons est concentré dans une petite fraction d'intervalles chromosomiques ont récemment été rapportées pour le génome humain [39]. Les fractions d'intervalle deviennent encore plus petites avec la diminution de la taille de l'intervalle (voir ci-dessous). Ce résultat, qui suggère que la majorité de tous les événements de recombinaison se produisent dans une fraction relativement petite du chromosome, a des implications pratiques importantes pour les stratégies de cartographie génétique. La conclusion qui suit est qu'un croisement de taille modérée devrait être optimal pour cartographier les gènes et les QTL, car l'ajout de plus de descendants n'augmentera pas considérablement le pouvoir de résolution. Le résultat fournit un terrain d'expérimentation à quelque chose que les généticiens de souris connaissent intuitivement depuis un certain temps : si un gène ne peut pas être cartographié avec les quelques centaines de premiers descendants, la meilleure stratégie consiste à passer à un autre croisement si cela est possible.

Cartographie haute résolution dans le télomère-proximal 24,7 Mo

La cartographie à haute résolution met davantage l'accent sur la répartition inégale des activités de recombinaison entre les intervalles (figure 3A et figure S2).

A. Carte moyenne par sexe de la région de 168,8�,5 sur Chr 1. Les taux de recombinaison dans les intervalles hors échelle sont indiqués sous forme de nombres sur chaque intervalle. Les cercles rouges marquent des cercles complets de points chauds nouvellement identifiés, des points chauds qui ont été séquencés pour déterminer le positionnement précis des échanges croisés. B. Hotspots dans le troisième intron de Esrrg (189,75�,8 Mo). C. Nombre d'intervalles contenant une activité de recombinaison supérieure aux seuils donnés à différentes tailles d'intervalle. Les niveaux de seuil sont indiqués dans la légende.

Le segment télomère-proximal de 24,7 Mb entre 168,8�,5 Mb avait une longueur génétique de 22,7 cM. Cela représente un taux de recombinaison relatif de 0,92 cM/Mb, soit environ le double du taux moyen de l'ensemble du chromosome. Lorsqu'elle a été cartographiée à une résolution moyenne de 75 kb, la distribution des activités de recombinaison parmi les intervalles est restée continuellement variable comme dans les intervalles de 225 kb. Cependant, comme prévu à partir de l'emplacement ponctué des points chauds, une plus petite fraction du génome-52% par rapport à 64% à une résolution de 225 kb𠄼ontenait toutes les recombinaisons. En effet, 50 % de toutes les recombinaisons se sont produites dans 16 intervalles couvrant seulement 1,8 x 00025 de la longueur du segment, chacun de ces intervalles ayant une activité de 0,34 cM ou plus.

Les recombinaisons dans huit de ces seize intervalles les plus actifs ont été mappées à une résolution de 20 kb tandis que celles des huit autres intervalles marqués de cercles rouges sur la figure 3A ont été mappées à une résolution de 𢏃 kb. Tous sauf un des huit intervalles contenaient un seul point chaud, qui était séparé du point chaud adjacent le plus proche par au moins 30 kb de séquence. L'exception notable était la présence de deux hotspots distants de seulement 5 kb dans le troisième intron du Esrrg gène (figure 3B).

Les distances entre intervalles adjacents avec des taux de recombinaison de 0,34 cM ou plus variaient sur trois ordres de grandeur en termes génomiques, allant de 5 kb à 5 Mb (1,52 Mb en moyenne). La variation était beaucoup plus faible en termes génétiques, de 0,37 à 2,44 cM, soit une moyenne de 1,26 cM.

Nombre total de points chauds dans le génome de la souris

À mesure que la taille des intervalles diminue, il devient de plus en plus probable qu'un intervalle ne contienne qu'un seul point chaud. Cela permet d'estimer le nombre total de points chauds dans ce segment de 24,7 Mb, et par extension le nombre total dans le génome. Pour cela, le nombre d'intervalles montrant une activité de recombinaison a été tracé en fonction de la taille de l'intervalle et les lignes de tendance résultantes extrapolées à une taille d'intervalle de 5 Ko, la distance minimale que nous avons trouvée entre les points chauds individuels adjacents ( Figure 3C , résultats résumés dans le tableau S4) . Cela a donné une estimation d'un hotspot par 108 ko en moyenne, soit environ 228 hotspots représentant toutes les recombinaisons dans ce segment parmi 6028 méioses. Comme prévu à partir de la relation exponentielle décrite ci-dessus, les points chauds plus actifs se produisent moins fréquemment. En moyenne, ceux avec des taux supérieurs à 0,1 cM sont susceptibles de se produire une fois par 425 kb, et ceux avec des taux supérieurs à 0,2 cM, environ une fois par mégabase. Ces résultats sont évidemment tempérés par le fait qu'ils ont été obtenus pour une combinaison génétique dans une région du génome dont le taux de recombinaison est supérieur à la moyenne pangénomique.

Dans la mesure où cette région est représentative du reste du génome, sa densité de points chauds fournit une estimation du nombre total de points chauds dans l'ensemble du génome de la souris qui sont actifs dans ce croisement B6xCAST. Nous avons fait cette estimation en reliant la longueur génétique de la région de 24,7 Mb à la longueur génétique totale du génome de la souris. Nous supposons que les longueurs génétiques (mesurées en cM) seront plus pertinentes que les longueurs physiques (mesurées en Mb) en raison de la répartition inégale de la recombinaison le long du chromosome et de l'existence de longues régions dépourvues de recombinaison. Ce calcul, en utilisant la longueur moyenne de la carte du sexe de Dietrich et al [30] de 1361 cM pour le même croisement C57BL/6JxCAST/EiJ, aboutit à une estimation d'environ 13 670 points chauds (228/22,7�) à travers le génome de la souris.

Une étude récente [40] typant 8,23 millions de marqueurs SNP a détecté environ 40 000 blocs d'haplotypes dans 12 souches de souris consanguines classiques sur la base de l'ascendance déduite de souches représentatives des quatre principales sous-espèces de souris. Bien que les limites des blocs d'haplotypes n'aient pas toujours été bien définies, dans la mesure où elles représentent de véritables sites historiques de recombinaison, les échelles de ces deux estimations ne sont pas très éloignées. Notre étude doit être considérée comme une estimation minimale car elle a mesuré la recombinaison à partir de points chauds contemporains dans une génération d'un croisement impliquant seulement deux souches consanguines, et était limitée par la sensibilité de détection de 6028 méioses. L'estimation de Frazer et al [40] a suggéré un nombre plus élevé de points chauds dans le génome des souches consanguines de souris classiques car il ne se limite pas aux points chauds contemporains et reflète le comportement des points chauds historiques générant une recombinaison sur de nombreuses générations dans une variété de contextes génétiques.

L'estimation la plus récente [41] utilisant plus de 3,1 millions de SNP a identifié 32 996 points chauds dans la population humaine, ce qui se situe dans la fourchette de ces estimations pour le génome de la souris.

Spécificité sexuelle de la recombinaison

Les deux sexes différaient à tous les niveaux d'organisation de la recombinaison. Les taux de recombinaison globaux étaient plus élevés chez les femelles que chez les mâles. La recombinaison était distribuée différemment le long du chromosome chez les mâles et les femelles, et il y avait également des points chauds spécifiques au sexe.

La carte de recombinaison femelle de Chr 1 était de 99,5 cM, soit 1,21 fois plus longue que la carte mâle qui était de 82,3 cM, avec des taux de recombinaison moyens sur l'ensemble du chromosome de 0,51 et 0,42 cM/Mb, respectivement. Ces différences étaient statistiquement significatives (p㰐 𢄦 par le test exact de Fisher). Parmi les intervalles de 225 Ko, il y avait une corrélation positive globale entre les taux féminins et masculins (r =𠂠.64) le long du chromosome. Cette corrélation n'a pas changé de manière significative à des tailles d'intervalle plus grandes jusqu'à 8 Mo. La raison sous-jacente pour laquelle la corrélation n'a pas augmenté avec la taille de l'intervalle était la variation substantielle de la distribution de la recombinaison le long du chromosome (figure 4A), qui comprenait des différences à la fois dans le nombre et l'activité de recombinaison relative des intervalles.

A. Carte de recombinaison spécifique au sexe de Chr 1. Ligne rouge, taux de recombinaison femelle ligne bleue, taux de recombinaison mâle. B. Ratio femelle:mâle le long du chromosome. Ligne bleu foncé : ratio femmes:hommes ligne violette : taux de recombinaison moyen par sexe sur l'ensemble de Chr 1.

L'activité de recombinaison était répartie sur une plus grande fraction du chromosome chez les femelles que chez les mâles. Chez les femmes, 57,1% des intervalles étaient actifs sur le plan de la recombinaison, contre seulement 42,2% chez les hommes (un rapport de 1,35). Cette différence était apparente à tous les niveaux d'activité 80% de toutes les activités se sont produites dans 23,2% des femmes contre 13,6% des hommes, et 50% se sont produites dans 8,23% des femmes contre 4,65% des hommes intervalles.

Ces différences entre les sexes dans les taux relatifs de recombinaison étaient contrôlées au niveau régional (figure 4B). Les taux de recombinaison des femelles étaient plus élevés dans la région centromère-proximale de 27 Mb et dans la région entre 79� Mb, tandis que les taux de recombinaison masculine étaient plus élevés dans la région des télomères-proximales à 178� Mb et généralement, mais pas dans l'intégralité, de la région. entre 27� Mo.

Pour étudier les effets régionaux plus en détail, nous avons examiné le basculement entre les recombinaisons féminines et masculines supérieures trouvées dans la région sous-télomérique de 24,7 Mb à cartographie fine. Les taux de recombinaison des femelles étaient généralement plus élevés que ceux des mâles dans la région entre 169� Mb, avec une transition abrupte vers le cas opposé dans la région adjacente entre 178� Mb où les mâles avaient une recombinaison plus élevée (Figure 5 et Figure S3). Fait intéressant, le changement se produit dans une région de très faible recombinaison chez les deux sexes. Globalement, la différence entre les deux sexes était très significative sur l'ensemble de la région (p㰐 𢄤 ).

Les taux de recombinaison dans les intervalles hors échelle sont indiqués sous forme de nombres sur chaque intervalle. Flèches rouges : points chauds majoritairement actifs chez les femmes flèches bleues : points chauds majoritairement actifs chez les hommes.

Bien que les sexes partagent une fraction substantielle des points chauds, il existe de nombreuses différences considérables dans l'activité. La similitude de l'utilisation des points d'accès a été indiquée par l'observation que les comparaisons à plusieurs tailles d'intervalle n'ont pas modifié la corrélation entre les deux sexes (r =𠂠.62). Cependant, il y avait aussi des différences spécifiques au sexe dans l'activité des points chauds qui étaient indépendantes du contrôle régional. Parmi les 28 intervalles avec une recombinaison suffisamment élevée (Ϡ.2cM) pour fournir un nombre suffisant de croisements pour une analyse statistiquement significative, 18 ont montré des différences spécifiques au sexe après ajustement pour des tests multiples (tableau 3). Parmi ces 18, onze ont montré au moins une certaine activité chez les deux sexes, sept étant nettement plus actifs chez les femmes et quatre chez les hommes (pπ.01, qπ.1). Sept des 18 ont été détectés dans un seul sexe, quatre chez les femelles et trois chez les mâles. Ce dernier groupe indique que certains points chauds peuvent être vraiment spécifiques au sexe, ou du moins que les différences dans leur activité sont si grandes (㸐 fois) que la recombinaison n'a pas été détectée dans le sexe à faible activité, même dans plusieurs milliers de méioses.

Tableau 3

Nombre de recombinantsImportance
Emplacement du point d'accès (Mo)femelleMasculin p * q **
171.31500.0000.000
186.317880.0000.000
189.819630.0000.000
187.40150.0000.007
190.21310.0000.007
174.42050.0010.016
176.5900.0010.016
181.30110.0010.016
175.21740.0020.023
186.41130.0030.031
179.24200.0030.031
177.71010.0030.031
171.7700.0060.049
171.91430.0070.056
191.0080.0080.063
176.7600.0100.073
170.340240.0120.085
170.6810.0150.099

* : p les valeurs sont calculées par le test exact de Fisher.

** : q les valeurs sont calculées comme décrit dans [56].

Il est important de noter que cette spécificité sexuelle des points chauds individuels n'est pas limitée par les contrôles régionaux. Par exemple, le hotspot à 173,967 Mb est plus actif chez les hommes bien qu'il se situe au milieu d'une région à prédominance féminine, et le hotspot à 190,204 Mb, qui est considérablement plus actif chez les femmes, se situe néanmoins dans une région à prédominance masculine.

Pour répondre à la question plus large de savoir comment le nombre total et l'activité relative des points chauds diffèrent entre les méioses masculines et féminines, nous avons comparé les deux sexes dans les segments prédominants féminins et masculins de la région subtélomérique de 24,7 Mb en extrapolant les lignes de tendance dépendantes de la résolution pour l'activité vers le bas. à 5 Ko. Fait intéressant, les deux régions ont donné des réponses distinctes. Une plus grande recombinaison féminine dans le segment proximal résultait en grande partie d'un nombre accru de points chauds, alors que dans le segment distal, une plus grande recombinaison masculine était principalement le résultat d'une recombinaison accrue dans un nombre comparable de points chauds (tableau 4). . Dans la zone proximale de 9,8 Mb, où les femelles avaient un taux de recombinaison deux fois plus élevé que les mâles (9,0 cM contre 4,2 cM), elles avaient également deux fois plus de points chauds (72 contre 34) qui étaient un peu plus actifs, tandis que dans la zone distale de 16 Mb où les femelles ont un taux de recombinaison significativement inférieur à celui des mâles (12,4 cM contre 19,8 cM), il y avait des nombres similaires de points chauds inférés (91 contre 88) dans les deux sexes, mais les mâles avaient des taux de recombinaison moyens plus élevés par point chaud.

Tableau 4

Femelles Mâles
Région génomique (Mo)Activité du point d'accès (cm)Nombre de points d'accès Densité (HS/Mo)Nombre de points d'accès Densité (HS/Mo)
168.8-193.5>.032163 6.6122 4.9
>.05105 4.382 3.3
Ϡ.181 3.354 2.2
Ϡ.232 1.330 1.2
Rec. Taux (cm) 21.5 24.0
168.8-178>.03272 7.334 3.5
>.0548 4.923 2.3
Ϡ.128 2.916 1.6
Ϡ.213 1.34 0.4
Rec. Taux (cm) 9.0 4.2
178-193.5>.03291 5.988 5.7
>.0557 3.759 3.8
Ϡ.133 2.138 2.5
Ϡ.219 1.226 1.7
Rec. Taux (cm) 12.4 19.8

Ces différences entre les sexes s'appliquent en grande partie aux points chauds d'activité inférieure, ceux de moins de 0,2 cM. Les nombres inférés de points chauds avec des taux allant jusqu'à 0,2 cM étaient significativement plus élevés chez les femmes que chez les hommes sur l'ensemble de 24,7 Mb (tableau 4). Cependant, cette inégalité ne s'est pas maintenue pour les points chauds d'activité plus élevée, les deux sexes avaient le même nombre de points chauds plus actifs que 0,2 cM.

Contrôle distinct de la chromatide aux points chauds individuels

Une cartographie fine des points d'échange croisés au sein des hotspots a permis d'identifier le chromosome parental initiant la recombinaison et de montrer ainsi que les deux chromatides parentales sont sous contrôle de recombinaison indépendant.

Les emplacements des 457 événements de croisement dans cinq des neuf points chauds mappés à une résolution de σ kb (marqués de cercles rouges complets sur la figure 3A) ont été davantage cartographiés à l'aide de tous les SNP disponibles. Dans chaque cas, les sites de traversée étaient répartis sur des distances allant de 500 à 2000 pb, ce qui est une taille typique pour un hotspot [3] (Dataset S1). Dans certains cas, les activités de recombinaison étaient réparties sur l'ensemble des régions des points chauds suivant une seule distribution normale, mais dans d'autres, elles semblaient être la somme de deux distributions bimodales se chevauchant. La distinction entre les deux distributions dépendait de la disponibilité des SNP pour cartographier avec précision les événements de recombinaison à proximité du centre du hotspot.Lorsque de tels SNP idéalement positionnés étaient disponibles, nous avons observé que les événements de croisement étaient principalement situés des deux côtés du hotspot, avec très peu ou pas de recombinaison au centre (figure 6B). Selon les modèles de recombinaison actuellement valides, une distribution bimodale sera observée lorsque des cassures double brin s'initieront dans des régions très étroites, et les points d'échange croisés qui sont situés aux sites de résolution des jonctions Holliday migreront suffisamment loin des sites initiaux de double ruptures de brins. Notre conclusion selon laquelle une distribution bimodale a été observée lorsque les SNP nécessaires étaient disponibles pour la détection suggère que cela est probablement le cas pour la plupart des points chauds.

A. Positions physiques des SNP utilisées pour déterminer les points d'échange de croisement selon NCBI Build 36. Dans les panneaux B, C et D, l'extrémité gauche (0) correspond à 186 316 643 A/G. B. Répartition des points d'échange croisés dans la descendance femelle et mâle. Le nombre de croisements dans chaque intervalle est affiché. Rouge, femelles bleues, mâles. C. Distribution des croisements réciproques (B-C et C-B) dans la descendance femelle. Le nombre de croisements dans chaque intervalle est affiché. Rouge, bronzage B-C, C-B. D. Distribution des croisements réciproques (B-C et C-B) dans la descendance mâle. Le nombre de croisements dans chaque intervalle est affiché. Bleu, B-C vert, C-B.

Pour le hotspot à 186,3 Mb, la disponibilité de SNP particulièrement adaptés ( Figure 6A ) nous a permis de déduire que pour ce hotspot les chromatides B6 et CAST sont sous contrôle de recombinaison indépendant et spécifique au sexe. Les sites de croisement au sein du hotspot étaient assez différents lorsque les produits de croisement étaient B proximal-C distal contre C proximal-B distal. Cela était vrai pour les animaux F1 issus des deux croisements réciproques, c'est-à-dire qu'il n'y avait pas d'effets d'empreinte. Parmi les 16 croisements survenant dans les méioses femelles, tous les points d'échange B-C étaient positionnés centromère-proximaux au centre du hotspot, alors que tous les recombinants C-B se croisaient dans la partie centromère-distale. Ainsi, le centre du hotspot était d'origine CAST dans tous les croisements ( Figure 6C ), indiquant que, dans ce croisement, les événements de recombinaison chez les femelles n'étaient initiés que sur le chromosome B6 [5]. Chez les mâles, qui ont une recombinaison 5,6 fois plus élevée à ce point chaud, il y avait également un fort biais vers l'initiation sur le chromosome B6, bien que l'effet ne soit pas absolu. Des événements de croisement des deux types ont été distribués des deux côtés de la région centrale, indiquant que la recombinaison pourrait s'initier sur l'une ou l'autre des chromatides parentales (figure 6D). Cependant, l'initiation sur la chromatide B6 était 2,5 fois plus fréquente que sur la chromatide CAST.

Nos résultats pour le hotspot 186,3 montrent clairement que le contrôle global de la recombinaison à un hotspot est la somme des contrôles distincts pour chaque chromatide, et que cette distinction s'applique aux problèmes de spécificité sexuelle et de taux de recombinaison absolus.

Impression des activités de recombinaison

L'examen d'intervalles de 225 Kb sur l'ensemble du chromosome pour comparer les hybrides F1 dérivés des croisements réciproques de B6xCAST et CASTxB6 a fourni des preuves statistiquement significatives des effets du parent d'origine sur les activités de recombinaison chez les deux sexes (p =𠂠.013 pour les mâles réciproques et p =𠂠.009 pour les femelles réciproques). La direction d'impression n'était pas uniforme et l'impression n'a été détectée qu'en trouvant un excès statistiquement significatif de points chauds montrant une préférence pour la recombinaison dans un sens de la croix ou dans l'autre. En aucun cas, nous n'avons trouvé d'empreinte absolue, où les recombinants étaient significativement absents d'une direction de la croix. Une différence statistiquement significative a également été détectée dans la région finement cartographiée de 24,7 Mb du chromosome chez les mâles (p =𠂠.001), mais la différence n'était que marginalement significative chez les femmes (p =𠂠.07). Aucun des points chauds d'activité la plus élevée dans cette région n'a montré d'effets significatifs de parent d'origine après correction pour plusieurs tests. (Voir les tableaux S5 et S6).

Cependant, bien que nous ayons détecté des différences cumulatives légères mais significatives entre les croisements réciproques dans des intervalles de 225 Kb dans la méiose féminine et masculine, et dans la méiose masculine dans le télomère proximal de 24,7 Mb, aucun intervalle n'a donné de preuve significative d'une différence de taux de recombinaison entre le croix réciproques. Il est probable que les effets soient subtils et reconnaissables statistiquement uniquement lorsque les données sont accumulées dans de grandes régions chromosomiques. Les intervalles individuels, pris isolément, ont montré des différences de taux de recombinaison entre les croisements réciproques qui pouvaient raisonnablement être expliquées par une variation aléatoire, mais dans l'ensemble, il y avait beaucoup plus d'intervalles avec des suggestions de différences de taux de recombinaison que ce qui pouvait raisonnablement être expliqué par une variation aléatoire.

Conversions de gènes et interférence génétique

Des données supplémentaires obtenues à partir des animaux rétrocroisés ont fourni la première preuve génétique chez les mammifères que l'interférence génétique, qui régule l'espacement des croisements, n'affecte pas les emplacements relatifs, l'un par rapport à l'autre, des deux résultats distincts du processus de recombinaison, le croisement et conversions géniques non associées au croisement.

Les conversions de gènes survenant dans les méioses mâles ont été détectées dans trois des points chauds cartographiés avec précision en génotypant chaque SNP dans chaque point chaud parmi 1365 descendants de rétrocroisements mâles (tableau 5). Seules onze conversions ont été trouvées, six conversions non associées à des croisements (non crossovers) et cinq conversions associées à des croisements simultanés au même point d'accès. Dans le hotspot le mieux cartographié à 186,3 Mb, les cinq événements que nous avons détectés étaient positionnés dans la partie centrale du hotspot. Les trois non-croisements étaient situés entre les positions 1135� bp sur la figure 6B, et les deux conversions associées aux croisements s'étendaient entre les positions 877� bp. Pour les trois points chauds, les fréquences apparentes des conversions sans croisement étaient inférieures (5 fois) aux fréquences de croisement aux mêmes points chauds, cependant ces ratios doivent être interprétés avec prudence car même si nous avons pu détecter tous les croisements, nous n'étions que capable de détecter l'échantillon de conversions se produisant sur les sites de SNP disponibles. Les rapports relatifs des conversions croisées aux conversions non croisées dans plusieurs points chauds humains et souris ont montré des variations considérables, de plus de 12𢍡 à 1𢍤 [2],[5],[25],[42]. Compte tenu des positions des marqueurs disponibles, les fréquences de conversion réelles pourraient être beaucoup plus élevées que celles détectées. À partir des emplacements SNP, nous avons pu déduire que la longueur minimum-maximum pour les zones de conversion non croisées était de 9� bp. En revanche, les zones de conversion associées au croisement aux mêmes points chauds avaient une durée minimale-maximale de 199� bp. Les deux estimations sont d'échelle similaire à celles rapportées au hotspot DNA3 humain, 55� bp pour les tracts de conversion non associés aux croisements et � bp pour les tracts de conversion associés au croisement [25].

Tableau 5

Point chaud186.3187.8189.78
Conversions RCN312
Conversions CR212
Croisements311110
Taux NCR0.0020.0010.001
Taux CR0.0230.0080.007
Ratio NCR/CR0.0970.0910.200

Les six chromosomes descendants portant des conversions non croisées contenaient sept croisements situés ailleurs le long des chromosomes. Dans quatre cas, les distances entre les croisements et les conversions étaient significativement plus longues, 95� Mb, que la distance d'interférence mâle minimale de 57 Mb entre deux croisements observée dans les 3026 méioses mâles utilisées dans cette étude [22]. Cependant, dans trois cas, les croisements et les conversions n'étaient séparés que de quelques mégabases, la distance la plus proche étant de 1,12 Mb. Nous concluons que le processus d'interférence génétique limitant la proximité des croisements, les uns par rapport aux autres, ne limite pas la proximité des croisements et des conversions non croisées. Notre conclusion est en accord avec l'absence d'interférence entre les conversions croisées et non croisées trouvée à l'origine dans la levure [43].


Effets de la testostérone pubertaire sur l'hippocampe en développement

La deuxième période de développement au cours de laquelle les hormones stéroïdes peuvent exercer un effet organisateur sur le cerveau est pendant la puberté, définie comme une période de l'adolescence marquée par une forte augmentation des stéroïdes gonadiques circulants. Le résultat le plus important de la puberté est l'activation de substrats neuronaux sexuellement différenciés par les stéroïdes gonadiques afin de promouvoir le comportement reproducteur. Cependant, les circuits médiateurs des comportements sociaux et cognitifs sont également sculptés de manière sexuellement différenciée pendant cette période via une variété de mécanismes cellulaires (voir [133, 134], pour revue). Des études animales et humaines montrent que la fonction hippocampique et la neurophysiologie sont à la fois modulées et programmées par les androgènes pubertaires.

Les études d'imagerie longitudinale chez les enfants ne trouvent généralement pas de différences sexuelles prépubères dans la taille ou la morphologie de l'hippocampe, mais un volume hippocampique plus important chez les garçons tout au long de la puberté et de l'adolescence, après correction du volume intracrânien total [135,136,137,138,139,140]. En ce qui concerne les trajectoires de croissance relatives entre les hommes et les femmes, cependant, les données semblent contradictoires. Alors que certaines études démontrent des augmentations parallèles du volume de l'hippocampe tout au long de la puberté chez les garçons et les filles [138, 141], d'autres montrent des trajectoires de croissance sexuellement différenciées, où le volume de l'hippocampe augmente régulièrement avec l'âge et la puberté chez les femmes, mais la croissance ralentit chez les hommes à la fin de la puberté. [137, 139, 142, 143]. Cela peut indiquer une réponse sexuellement différenciée aux stéroïdes gonadiques dans l'hippocampe, ou cela peut indiquer un effet biphasique des androgènes, où l'augmentation des niveaux favorise une trajectoire de croissance positive, mais des niveaux élevés, comme ceux observés dans la circulation des mâles à la fin de la puberté, ont un effet impact négatif sur la croissance. Ceci est corroboré par les données de Wierenga et al. [140], qui corrèle un taux élevé de testostérone circulante chez les adolescentes avec une croissance hippocampique plus lente. De plus, alors que la trajectoire de croissance de l'hippocampe est prédite par l'avancement de l'état de la puberté chez les hommes, chez les adolescentes, le volume de l'hippocampe n'est pas fortement associé à l'état pubertaire, mais est plutôt prédit par l'âge [144] ou les niveaux de testostérone circulante [139, 140, 142 , 145]. Un soutien supplémentaire pour un rôle direct des androgènes dans la détermination de la différence de sexe dans le volume de l'hippocampe pendant l'adolescence est trouvé pendant l'adrénarche, qui est caractérisée par des androgènes dérivés des surrénales élevés et où une plus grande quantité de testostérone circulante est associée à un plus grand volume de l'hippocampe chez les filles [145].

Un schéma similaire d'effets de la testostérone pendant la puberté est observé sur le plan fonctionnel. Chez les adolescents, la réponse aux visages craintifs ou la performance sur des tâches de mémoire dépendantes du contexte sont positivement associées à l'activation de l'hippocampe. La performance du test et l'activation de l'hippocampe sont toutes deux prédites par le stade de développement pubertaire chez les garçons et les filles, cependant, chez les filles, le pouvoir prédictif du stade pubertaire est presque entièrement dû aux niveaux de testostérone circulante, et non à l'âge ou au stade de la puberté [146, 147] . Chez les hommes, l'activation de l'hippocampe pendant le traitement émotionnel est significativement plus importante chez les jeunes garçons qui ont une puberté masculine familiale précoce, par rapport aux garçons non affectés du même âge [148].

Les preuves les plus convaincantes du rôle des androgènes pubertaires dans la maturation hippocampique sont peut-être les études d'imagerie chez les adolescents atteints du syndrome de Klinefelter. Les garçons aneuploïdes avec plus d'un chromosome X initient la puberté mais sont déficients en androgènes [149, 150] et ont un volume de matière grise hippocampique plus petit que les garçons au développement typique [151, 152]. Le traitement avec un analogue de la testostérone pendant l'adolescence normalise le volume hippocampique chez les patients Klinefelter [153], indiquant que les stéroïdes testiculaires, et non le complément des chromosomes sexuels, sont le principal moteur de la maturation hippocampique pendant l'adolescence. Malgré l'impossibilité d'expériences fonctionnelles directes chez l'homme, ce qui émerge est que les androgènes ont un rôle principal dans la direction de la maturation adolescente de l'hippocampe, et le niveau de testostérone circulante est un point de consigne important pour la différenciation sexuelle de cette région du cerveau pendant la puberté dans les deux sexes. Bien qu'un rôle similaire des stéroïdes ovariens pendant la puberté ne soit pas étayé par les données d'imagerie chez l'homme, un rôle de l'estradiol dérivé du cerveau dans le cerveau de l'adolescent, similaire à la période périnatale chez les rongeurs, ne peut être exclu [154]. Les cellules sanguines périphériques des adolescentes pré- et post-pubères présentent des schémas de méthylation spécifiques aux femmes qui surviennent pendant la puberté pour les gènes impliqués dans la signalisation des androgènes et qui sont proches des éléments de réponse aux œstrogènes [155], indiquant que l'augmentation des stéroïdes ovariens pendant la puberté peut programmer de manière épigénétique le réponse aux androgènes chez les filles.

Il existe relativement peu d'études qui mettent en lumière les mécanismes cellulaires potentiels qui interviennent dans les effets de la testostérone pubertaire sur le développement de l'hippocampe. Les données des macaques rhésus démontrent un rôle de la testostérone adolescente dans la régulation de la survie et de la différenciation cellulaires dans l'hippocampe, car la castration au début de la puberté augmente la survie et la maturation des neurones granulaires dans le gyrus denté, alors qu'il n'y a aucun changement dans la prolifération cellulaire [156]. Les changements dans le raisonnement spatial et les tâches de mémoire impliquent des altérations de la plasticité synaptique, et les androgènes jouent un rôle important à cet égard dans l'hippocampe adulte [21, 157]. Il existe également des preuves que les androgènes modulent la plasticité synaptique hippocampique pendant l'adolescence. Les souris mâles subissent une perte de synapses de la colonne vertébrale dendritique dans la sous-région de l'hippocampe CA1 au cours de la puberté, un effet largement inversé par la gonadectomie [158], bien que la gonadectomie prépubère n'empêche pas une perte similaire de synapses chez les rats femelles [159]. Sur le plan fonctionnel, les rats mâles adultes ont une mémoire sociale réduite par rapport aux jeunes, coïncidant avec un passage d'une potentialisation à long terme à une dépression en réponse à une stimulation dans la région CA1 de l'hippocampe. La gonadectomie et l'antagonisme des récepteurs aux androgènes au début de la puberté, mais pas plus tard à l'adolescence, empêchent le passage du développement à la dépression à long terme et améliorent la mémoire sociale chez les adultes [160]. Bien que ces données suggèrent un rôle organisationnel des androgènes pubertaires chez les hommes, il n'est pas clair s'il s'agit de réponses réellement différenciées sexuellement, car les traitements comparatifs utilisant à la fois des hommes et des femmes n'ont pas été inclus dans ces études. Fait intéressant, ces effets cellulaires de la signalisation androgénique dans l'hippocampe de l'adolescent sont opposés à ceux de l'adulte, où les androgènes favorisent la prolifération et la survie cellulaires dans le gyrus denté [19], et la synaptogenèse dans la corne d'Ammon [21, 161].


Méthodes

Isolement du matériel végétal et de l'ADN

Trois populations cartographiques biparentales de Actinidia ont été utilisés pour étudier les taux de recombinaison le long du chromosome 25. La population de cartographie I était une famille de cartographie biparentale interspécifique A. rufa × A. chinensis var. chinensis (A, ‘MT570001’ × ‘Guihai No4’) [22]. Cartographier la population II était un diploïde intraspécifique A. chinensis var. chinensis famille développée à partir d'un croisement entre 'Hort16A' et le parent mâle P1. La cartographie de la population III était également un diploïde intraspécifique A. chinensis var. chinensis famille dérivée d'une femelle issue d'une graine de la province du Henan, et le parent mâle d'une accession de graine de la province du Guangxi, Chine [21].

Les semis de la population cartographique II ont été élevés en culture tissulaire et 236 individus sélectionnés pour le génotypage. De jeunes tissus foliaires expansés, pesant environ 100 mg, ont été récoltés et conservés à - 80 °C par congélation instantanée dans de l'azote liquide. L'extraction de l'ADN génomique a été réalisée par la méthode CTAB [51]. La quantification de l'ADN a été réalisée à l'aide d'une analyse fluorométrique Qubit™.

Génotypage par séquençage (GBS), appel de variantes et sélection de marqueurs de polymorphisme nucléotidique unique (SNP)

La méthode de développement des bibliothèques GBS de la population II a suivi [52], modifiée par l'utilisation de BamHI pour l'étape de digestion de restriction. Les bibliothèques ont été amplifiées individuellement et la préparation réussie vérifiée par analyse d'une aliquote par électrophorèse sur gel d'agarose, avant de regrouper les amplicons avant le séquençage [53]. Les bibliothèques préparées à partir de 236 génotypes ont été séquencées sur 5 pistes à l'aide d'Illumina™ HiSeq2000 en mode single-end, chaque piste générant plus de 200 millions de lectures single-end 100 pb. Deux plaques de banques (192 génotypes) ont été séquencées sur 2 pistes et une demi-plaque (44 génotypes) a été séquencée sur 1 piste. L'appel SNP a été effectué à l'aide du pipeline TASSEL guidé par référence sur le Red5 (version PS1.1.68.5 [54], une version antérieure du génome publié [55]) et les génomes de référence « Hongyang » [56]. Les SNP ont été filtrés selon le critère de filtrage de 0,7 pour une couverture sur tous les génotypes, générant

44 à 50 sites SNP K de chaque génome sur 29 pseudochromosomes et échafaudages non attribués dans le groupe de liaison Chr 30. Les marqueurs SNP ont été déconvolués pour chaque parent en utilisant les critères suivants. Premièrement, les marqueurs SNP ont été sélectionnés qui étaient hétérozygotes (ab) chez un parent et homozygote (aa) chez l'autre parent et vice versa. Cela a généré un ensemble de marqueurs qui seraient théoriquement séparés en 1:1 < ab×aa> (pseudo-testcross) et sont uniques à chaque parent. Ils ont été utilisés pour la construction des cartes de liaison génétique mâle et femelle individuellement.

Construction de carte génétique

Des cartes génétiques utilisant les marqueurs ‘Hort16A’ et P1 SNP ont été construites à l’aide de Joinmap3® (www.kyazma.nl). Les données des marqueurs SNP ont été traitées dans JoinMap en utilisant le format « CP » pour la structure de la population. Les groupes de liaison ont été développés en utilisant les paramètres par défaut pour le regroupement avec des modifications, y compris : .

Taux de recombinaison le long des chromosomes

Les positions physiques des marqueurs SNP de ségrégation sur la carte génétique ont été tracées par rapport aux emplacements physiques des SNP sur des pseudomolécules à l'aide de R 3.3.0 (https://www.R-project.org) dans deux populations, une interspécifique Actinidia rufa × A. chinensis var. chinensis (« MT570001 » × « Guihai No4 ») cartographie la population I et un A. chinensis var. chinensis (« Hort16A » × P1) cartographie de la population II.

Ségrégation des allèles microsatellites au sein du SDR

Le modèle d'hérédité des marqueurs SSR au sein du SDR a été étudié dans une étude intraspécifique. A. chinensis var. chinensis cartographier la population précédemment décrite [20]. Vingt et un marqueurs microsatellites ont été sélectionnés pour l'analyse, dix-huit d'entre eux s'amplifient à partir des 6 Mb terminaux du chromosome 25, les trois autres s'amplifient à partir de la partie distale.Les parents et quatre-vingt-sept descendants de cette population cartographique ont été criblés avec ces marqueurs de la même manière que celle décrite précédemment [57]. Les séquences de ces amorces et les températures de recuit sont données dans le Fichier Additionnel 1 : Tableau S1. Sur la base du modèle de ségrégation des allèles à partir de marqueurs pleinement informatifs, informatifs pour les femmes et pour les hommes, les allèles ont été regroupés dans l'un des quatre groupes en fonction du chromosome dont ils provenaient, c'est-à-dire que le groupe 1 provenait du chromosome X.1, le groupe 2 provient du chromosome X2 (hérité du parent féminin), le groupe 3 provenait de X3, et le groupe 4 de Y1 (hérité du parent mâle).

Alignement de séquences du génome entier, appel de variantes et analyse de parenté

Les adaptateurs et les séquences de faible qualité ou indéterminées de la séquence du génome entier d'Illumina à insertion courte ont été filtrés et découpés à l'aide de fastq-mcf (fastx toolkit, version 0.0.13) [58]. Les lectures appariées avec une couverture d'environ 30x ont été mappées sur le génome de « Hongyang » [56] à l'aide de bwa-mem 0.7.15 [59]. L'appel de variante a été effectué à l'aide de Freebayes 1.1.0 [60], dans des fenêtres de 1 Mo. Les fichiers Variant Call Format (VCF) ont été filtrés à l'aide des variantes bialléliques sans données manquantes à l'aide du pipeline vcflib (https://github.com/vcflib/vcflib) suivant :

vcfbiallélique | vcffilter -f 'NS = 14 & QUAL > 30 & SAR > 3 & PAIRED > 0.8 & SAF > 3.

Les fichiers VCF ont été phasés en utilisant Beagle 4.0 et les valeurs par défaut [61]. Fst, Tajimas Pi et les coefficients de parenté ont été générés pour chaque fenêtre de 1 Mo du pseudochromosome 25 à l'aide de vcftools 0.1.14 [62] et la parenté a été déterminée à l'aide de l'option vcftools relatedness2 [63]. Les taux de désintégration du déséquilibre de liaison (LD) ont été déterminés dans des fenêtres de 1 Mo à l'aide de PopLDDecay (https://github.com/BGI-shenzhen/PopLDdecay). La décroissance de la LD dans chaque fenêtre a été résumée en tant que R 2 médian dans le sous-intervalle de 1 kb à 10 kb.

Préparation chromosomique

Le génotype féminin du diploïde A. chinensis var. chinensis utilisé pour cette étude, CK51_05, est le parent femelle de la population cartographique III a été utilisé précédemment pour construire une carte génétique dans A. chinensis var. chinensis [21]. De jeunes boutons floraux à divers stades ont été collectés et placés immédiatement dans un mélange éthanol/acide acétique 3:1 et conservés à 4 °C pendant au moins un jour. Si les bourgeons devaient être conservés plus de deux semaines, ils étaient transférés à 70% v/v d'éthanol et conservé à - 20 °C jusqu'à utilisation.

Les boutons floraux contenant des méiocytes au stade pachytène ont été identifiés en écrasant une anthère de chacun dans de l'orcéine FLP (formo:lacto:propiono) et en observant le stade méiotique. Une fois les bourgeons au pachytène identifiés, des préparations chromosomiques ont été faites selon la méthode d'Andras SC, Hartman TP, Marshall JA, Marchant R, Power JB, Cocking EC et Davey MR [64], en utilisant les anthères restantes dans chaque bourgeon et modifiées pour utilisez des anthères plutôt que des pointes de racines. Les anthères ont été hydrolysées dans du HCl 1 M à 37 °C pendant 15 à 20 min, puis digérées pendant 80 min dans le mélange enzymatique suivant : 4 % (w/v) Cellulase Onozuka R10 (Merck 102 321), 4% (p/v) cellulase (Sigma C-9442), 2% (p/v) pectoylase (Sigma P-3026) et 1% (p/v) cytohélicase (Sigma C -8274) dissous dans du tampon citrate 0,01 M pH 4,5. Les techniques de drop de Felsenstein J [65] et Henegariu O, Heerema NA, Lowe Wright L, Bray-Ward P, Ward DC et Vance GH [66] ont ensuite été utilisées pour préparer des spreads chromosomiques.

Construction et criblage de la bibliothèque BAC

La banque d'ADN génomique BAC de A. chinensis var. chinensis CK51_05 a été préparé par Bio S&T, Québec, Canada et imprimé sur 23 filtres en nylon dans une configuration d'impression 4 × 4. Les gènes ndhA (Sous-unité A de la NADH-déshydrogénase) et cox2 (cytochrome c oxydase) ont été utilisées pour estimer la contamination par les chloroplastes et les mitochondries, respectivement. Seul 0,6% de la banque BAC contenait de l'ADN organellaire. À partir d'un échantillon de 309 clones BAC, nous avons déterminé que la taille moyenne des inserts était de 71,32 ± 46,15 kb et que 30 % des clones BAC échantillonnés contenaient de grands inserts de 80 à 260 kb.

Des sondes de réaction en chaîne par polymérase (PCR) développées à partir d'un marqueur non polymorphe dérivé du marqueur SmX lié au sexe [67], et de deux marqueurs génétiques flanquant le locus sexuel (Ke225 et udkac096) [21] ont été utilisés pour identifier le SDR de la femelle. parent. Des sondes PCR purifiées ont été marquées de manière non radioactive avec de la digoxigénine-11-dUTP (Roche Diagnostics), hybridées à 65 °C pendant une nuit et détectées comme spécifié [68]. Les clones BAC correspondants ont été isolés et les plus petits clones pour chacun des trois marqueurs sélectionnés et marqués à la biotine par nick-translation (Roche Diagnostics). Ces trois clones étaient 47F17 - contenant Ke225 (59,7 kb), 180D13 - contenant SmX (49,3 kb) et 156B2 - contenant udkac096 (85,2 kb).

Hybridation in situ fluorescente (FISH)

La procédure FISH a suivi une méthode précédemment publiée [64], avec quelques modifications. Brièvement, les sondes (50-100 ng) ont été dissoutes dans 2X SSCP (0,3 M NaCl, 0,03 M de citrate de sodium, 0,04 M de dihydrogénophosphate de sodium, pH 6,5), 50 % de formamide et 10 % de sulfate de dextrane et dénaturées à 85 °C pendant dix minutes. Trente L de ce mélange d'hybridation ont été ajoutés à chaque lame et la lame a été recouverte d'une lamelle en plastique. Les préparations ont été dénaturées pendant 5 min dans du NaOH 0,15 M dans de l'éthanol à 70 %, puis déshydratées à travers une série d'éthanol glacé (70, 85 et 96 % pendant 3 min chacune). L'incubation était à 37 °C pendant 24 h avant un lavage dans 2X SSC (0,3 M NaCl, 0,03 M citrate de sodium) à 42 °C, suivi de deux lavages rigoureux de 0,2X SSC pendant 15 min chacun à 42 °C (Stringency

68 %), et un lavage final dans du tampon de détection (0,1 M Tris, 0,15 M NaCl, pH 7,5) pendant 5 min à température ambiante. La sonde a été détectée en utilisant 50 ng/μL de conjugué cy3-strépavidine (Sigma), 5% (w/v) albumine de sérum bovin (Sigma) dans un tampon de détection pendant 60 min à 37°C. Les lames ont ensuite été lavées deux fois dans un tampon de détection contenant 0,05 % (v/v) Tween® 20 pendant 15 min et les préparations chromosomiques ont été contre-colorées pendant 5 min dans 1 mM de 4′,6-diamidino-2-phénylindole, dichlorhydrate (DAPI) (Sigma) dans 1X PBS pH 7,4 et montées en 40 L de solution de montage (0,2% (v/v) 1, 4-diazabicyclo-[2.2.2]octane (DABCO) (Sigma), 50% (v/v) de glycérol dans 1X PBS pH 7,4). Après stockage à 4 °C pendant 2 à 3 jours avant l'observation, les propagations chromosomiques ont été observées avec un microscope optique Olympus Vanox AHT3 utilisant l'épi-fluorescence, et les images ont été capturées avec un appareil photo numérique RS Photometrics CoolSNAP. Deux images ont été capturées par cellule, à des longueurs d'onde d'excitation de 358 nm et 550 nm. Des images entières ont ensuite été manipulées à l'aide d'Adobe® Photoshop Version 6.0. Les mesures chromosomiques ont été effectuées à l'aide de l'application informatique MicroMeasure version 3.3 [69].


La sélection sur les cellules sexuelles favorise un écart entre les genres de recombinaison

Les mâles et les femelles de la même espèce peuvent être très différents. Les paons se pavanent avec des plumes flashy pour attirer les partenaires, tandis que les paonnes se fondent dans leur environnement avec des couleurs plus sobres. Mais les différences ne sont pas toujours aussi évidentes ou facilement explicables que dans cet exemple classique. Même la quantité de remaniement génétique qui se produit pendant la production d'ovules et de spermatozoïdes diffère entre les mâles et les femelles dans la plupart des espèces. Une raison évolutive pour cela a échappé aux chercheurs depuis que le phénomène a été découvert à l'origine chez les mouches des fruits, les vers à soie chinois et les amphipodes il y a près de 100 ans.

La diversité génétique parmi les organismes est favorisée lorsque l'information génétique est réarrangée pendant la méiose, le processus de division cellulaire qui produit les spermatozoïdes et les ovules (appelés génériquement gamètes). Au cours de ce remaniement génétique, les paires de chromosomes se chevauchent, formant des structures appelées chiasmata (&ldquocrosses&rdquo en grec) et se recombinent physiquement. Ce processus ne crée pas seulement de la diversité, c'est aussi un exemple de diversité et les taux de recombinaison varient selon les chromosomes, les sexes et les espèces.

Une hypothèse du début du 20ème siècle pour expliquer la différence de sexe dans la recombinaison a proposé que la recombinaison soit restreinte dans une paire de chromosomes sexuels différents (X et Y, par exemple) et que la suppression se propage au reste des chromosomes. Selon cette idée, le sexe avec des chromosomes sexuels différents (XY au lieu de XX, par exemple) devrait être celui avec le moins de recombinaison dans tous les chromosomes. Mais ce n'est pas toujours le cas. Certaines espèces hermaphrodites de vers plats, par exemple, sont totalement dépourvues de chromosomes sexuels, mais présentent toujours des différences marquées dans les taux de recombinaison mâles et femelles. Dans un genre de salamandre, plus de remaniement se produit de manière inattendue dans le sexe avec deux chromosomes sexuels différents.

Dans une nouvelle étude analysant un ensemble de données mis à jour de 107 plantes et animaux, Thomas Lenormand et Julien Dutheil renforcent l'argument contre l'hypothèse de suppression de la recombinaison en montrant que chez les espèces avec des chromosomes sexuels, le sexe avec deux chromosomes sexuels différents n'a pas nécessairement un taux de recombinaison réduit. . De plus, ils ont constaté que, en tant que trait, la différence de sexe dans le taux de recombinaison n'est pas beaucoup plus similaire entre deux espèces du même genre qu'entre deux espèces de genres différents, ce qui suggère que la différence évolue rapidement.

Une hypothèse alternative suggère que la sélection sexuelle pourrait jouer un rôle dans les différences de recombinaison. Le succès de la reproduction chez les mâles est souvent fortement influencé par la sélection, donc mélanger des combinaisons génétiques réussies chez les mâles pourrait être contre-productif sur le plan de l'évolution. Mais dans des études antérieures, la sélection sexuelle n'était pas liée à la variation des taux de recombinaison.

Apportant une nouvelle tournure à cette hypothèse, Lenormand et Dutheil ont réalisé que la sélection n'était pas nécessairement limitée au stade adulte et que les différences de sélection parmi les ovules ou les spermatozoïdes pourraient aider à expliquer les différences de recombinaison entre les sexes. Les auteurs ont estimé qu'une plus grande opportunité de sélection sur le sperme que sur l'ovule devrait correspondre à moins de recombinaison pendant la production de sperme que d'ovule (et vice versa), conformément à l'idée que les combinaisons génétiques survivant à la sélection devraient rester plus intactes dans le sexe connaissant la sélection la plus forte au niveau de la sélection. stade gamétique.

Bien que l'on puisse s'attendre à ce que les gamètes mâles soient soumis à une sélection plus forte chez de nombreuses espèces, chez les vrais pins, il semble que ce soient les gamètes femelles. Les ovules rivalisent les uns avec les autres pour les ressources pendant une année entière avant d'être fécondés et, en effet, d'après l'analyse de l'ensemble de données, la production d'ovules implique de faibles taux de recombinaison par rapport au pollen mâle de ce groupe. Chez les mâles, l'opportunité de compétition pollinique a été indirectement estimée en utilisant les taux d'autofécondation. Les auteurs ont supposé que les grains de pollen en compétition pour les ovules d'une plante autofécondante seraient génétiquement similaires et subiraient donc moins de sélection. Encore une fois, dans l'analyse, une faible sélection est corrélée à moins de recombinaison dans la production de gamètes femelles, comme prévu.

La sélection parmi les ovules et les spermatozoïdes est-elle la force évolutive générant une variation basée sur le sexe dans le brassage génétique ? En démontrant que les différences peuvent être influencées par la sélection des gamètes chez les plantes, ce travail a ajouté de la clarté à des observations par ailleurs contradictoires.

Citation : Lenormand T, Dutheil J (2005) Différence de recombinaison entre les sexes : un rôle pour la sélection haploïde. PLoS Biol 3(3) : e63.


Hermaphrodites

L'importance adaptative d'avoir deux itinéraires vers la forme physique

La plus grande différence entre les gonochoristes et les hermaphrodites est sans doute que dans ces derniers, chaque individu a (au moins potentiellement) accès aux voies masculines et féminines de fitness (Figure 1). Il est actuellement difficile de savoir si l'évolution de l'anisogamie conduit à l'origine au gonochorisme ou à l'hermaphrodisme ( Schärer et al., 2014 ), et la réponse peut très bien dépendre du groupe d'organismes spécifique. Malgré cela, de nombreux modèles existants pour l'évolution de l'anisogamie font des hypothèses qui conduisent nécessairement à l'évolution du gonochorisme (par exemple, Lehtonen et Kokko, 2011 Parker, 2011 ), donc l'élargissement de cette base théorique reste un défi important (tout comme la réalisation de travaux empiriques dans groupes existants où l'évolution en cours de l'anisogamie peut être étudiée). D'un point de vue hermaphrodite, on pourrait soutenir que les gonochoristes sont un cas particulier, où certains individus ont perdu (ou abandonné) leur capacité à se reproduire via l'une des deux voies, et un aspect important de la compréhension de l'hermaphrodisme est donc de comprendre les conditions en vertu de laquelle il peut ou non être avantageux pour les individus de maintenir deux voies vers la forme physique.

Figure 1 . Les deux voies du fitness chez les hermaphrodites. Chez les hermaphrodites, la survie, la fécondité et le succès de l'accouplement contribueront souvent à la forme physique séparément via les fonctions sexuelles mâles et femelles. Néanmoins, on peut s'attendre à des effets de rétroaction importants entre ces différentes composantes de la condition physique, dont seuls quelques-uns sont illustrés ici. Par exemple, le succès de l'accouplement dans une fonction sexuelle peut avoir un impact sur le succès de la reproduction dans l'autre fonction sexuelle (les flèches pointillées des effets sexuels croisés), comme cela peut se produire si l'accouplement est réciproque de sorte que les accouplements supplémentaires dans le rôle mâle correspondent automatiquement à plus accouplements dans le rôle féminin, avec des conséquences potentiellement négatives (voir Anthes et al., 2010 pour une discussion plus approfondie). Notez également que pour des raisons de simplicité, une seule composante de la fécondité a été tracée, mais cela pourrait à nouveau être divisé en composantes masculines et féminines et celles-ci peuvent souvent s'échanger les unes contre les autres en raison d'un compromis d'attribution du sexe.

Modifié à partir de Schärer, L., Janicke, T., Ramm, S. A., 2014. Conflit sexuel chez les hermaphrodites. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology doi: 10.1101/cshperspect.a017673, basé sur une figure originale pour les gonochoristes dans Arnqvist et Rowe (2005) .

La réflexion actuelle sur l'évolution de l'hermaphrodisme séquentiel considère que les fonctions masculines et féminines peuvent avoir des tailles corporelles optimales différentes, de sorte qu'un individu peut maximiser sa forme physique totale en présentant d'abord un sexe et plus tard en changeant pour l'autre (le « modèle taille-avantage » Ghiselin, 1969 Figure 2). En termes plus généraux, le modèle taille-avantage prédit qu'un individu devrait vouloir changer de sexe chaque fois qu'il peut augmenter sa « valeur reproductive » en le faisant, soulignant que des facteurs sociaux et écologiques entrent en jeu pour déterminer la stratégie optimale de changement de sexe (Warner , 1975, 1988 Charnov, 1982 Munday et al., 2006 ). Nous examinons plus en détail la justification du modèle d'avantage de taille dans la section « Concurrence locale et répartition du sexe », puis fournissons des exemples dans la section « Sexe dans les hermaphrodites séquentiels » ci-dessous.

Figure 2 . Le modèle d'avantage de taille pour l'hermaphrodisme séquentiel. Si la forme physique attendue revient en opérant en tant que mâle ou femelle, cela peut changer de manière prévisible avec la taille (ou l'âge), à ​​condition que cela soit physiologiquement possible et que les coûts de le faire ne soient pas trop élevés (voir Kazancıoğlu et Alonzo, 2009 ) – privilégier les stratégies de reproduction impliquant un changement de sexe. (a) La protogynie (changement de sexe de femme à homme) est favorisée lorsque la relation entre la taille et la fécondité est moins profonde pour les femelles que pour les mâles, par exemple, parce que les gros mâles réussissent mieux à tenir un territoire dans lequel ils peuvent s'accoupler avec plusieurs femelles . (b) En revanche, si la relation taille-fécondité est plus raide pour les femelles, par exemple, parce que les femelles plus grosses sont plus fécondes, alors que la taille d'un mâle est relativement peu importante pour sa fécondité, cela peut favoriser la protandrie (mâle à femelle changement de sexe).

Modifié de Munday, P. L., Buston, P. M., Warner, R. R., 2006. Diversité et flexibilité des stratégies de changement de sexe chez les animaux. Tendances en écologie &amp Evolution 21, 89-95.

Pour les hermaphrodites simultanés, les avantages de la double sexualité peuvent provenir de l'assurance reproductive lorsque le taux de rencontre de partenaires potentiels est faible, par exemple sous une faible densité de population ( Ghiselin, 1969 Schärer, 2009 ). Contrairement aux gonochoristes, pour un hermaphrodite simultané, chaque congénère rencontré est un partenaire d'accouplement potentiel ( Tomlinson, 1966 ). De plus, même en l'absence totale d'accès aux partenaires sexuels, présentant les deux sexes simultanément - ou en séquence courte, comme dans certains Caenorhabditis nématodes – a l'avantage supplémentaire de permettre l'autofécondation ( Charlesworth et Morgan, 1991 Jarne et Charlesworth, 1993 Jarne et Auld, 2006 ). Cependant, l'hermaphrodisme simultané n'est clairement pas limité aux seuls organismes se produisant à faible densité, et plus généralement, ce système sexuel devrait être stable chaque fois qu'il y a de forts retours sur investissement de fitness décroissants dans l'une des fonctions sexuelles (Charnov, 1982 Schärer, 2009 ), un argument que nous développons plus en détail dans la section « Concurrence locale et répartition du sexe ».

Si ces explications adaptatives de l'hermaphrodisme sont sans aucun doute importantes pour comprendre comment il peut évoluer, la distribution taxonomique actuelle des différents systèmes sexuels chez les animaux révèle également un fort degré d'inertie phylogénétique (voir Renner et Ricklefs, 1995 pour les données sur les plantes). Alors que certains groupes sont (presque) entièrement hermaphrodites (p. (par exemple, les coelentérés, les polychètes et les mollusques) (voir aussi Ghiselin, 1969 Schärer, 2009 Weeks, 2012 Collin, 2013 ).

Quelles que soient les conditions exactes dans lesquelles l'hermaphrodisme est favorisé ou maintenu, une fois que deux voies de fitness sont présentes chez le même individu, cela laisse ouverte la possibilité de faire varier stratégiquement la quantité de ressources investies dans les deux fonctions sexuelles, à la fois en termes de quantité globale et en ce qui concerne le moment au cours de l'histoire de vie d'un individu (c'est-à-dire simultanément ou séquentiellement). Ce sont des questions sur la « répartition par sexe », dont nous discutons ensuite.


La gonade est un organe étonnamment labile où les signaux mâles et femelles rivalisent pour la domination dans l'embryon en développement.

a récente controverse sur le genre de la coureuse sud-africaine Caster Semenya illustre la complexité de l'attribution du sexe chez l'homme. Les experts doivent décider si l'ADN, les organes génitaux ou les hormones doivent servir de caractéristique déterminante. Bien qu'il existe des cas de femmes génétiquement XX avec des organes génitaux masculins et vice versa, les trois identificateurs de sexe sont alignés chez la plupart des gens. En effet, chez l'homme et la plupart des mammifères, le sexe génétique (c'est-à-dire que vous soyez XX ou XY) contrôle le développement d'un testicule ou d'un ovaire pendant la vie fœtale, et toutes les caractéristiques sexuelles secondaires (génitales, musculature, canaux sexuels) sont contrôlées par des hormones et d'autres sécrétions du testicule ou de l'ovaire. 1

Chez de nombreux animaux, les caractéristiques sexuelles sont assez plastiques et même à l'âge adulte. Chez certaines espèces de poissons, il suffit d'un coup d'œil.

Chez de nombreux animaux, les caractéristiques sexuelles sont assez plastiques, même à l'âge adulte. Chez certaines espèces de poissons, il suffit d'un coup d'œil, ou de son absence, pour qu'une femelle adulte change de sexe et devienne un mâle. Lorsque le mâle dominant disparaît de l'école, l'une des femelles subit un changement de sexe, adoptant la coloration et le comportement du mâle alpha, et passe de la production d'œufs à la production de sperme. Un exemple plus subtil est une espèce de taupe qui maintient les « ovotestes » dans la vie adulte, passant des caractéristiques féminines aux caractéristiques masculines et inversement, selon la saison et s'il est plus avantageux d'être soumis ou de produire des niveaux élevés de testostérone et d'être agressif. comportement. 2

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Qu'est-ce qui explique la plasticité sexuelle remarquable observée chez de nombreux animaux ? C'est peut-être la plasticité inhérente de la gonade. Pour la plupart des processus de développement, il n'y a qu'un seul résultat possible. Par exemple, un primordium de rein ne peut faire qu'un rein, et un primordium de poumon ne peut faire qu'un poumon. En revanche, la gonade peut se transformer en testicule ou en ovaire. Ce choix, la « détermination du sexe », se produit pendant la vie fœtale et est stable par la suite, mais chez d'autres animaux comme certains poissons, ce choix peut être reconsidéré plus tard.

Une autre différence frappante entre la détermination du sexe et d'autres processus de développement est que les gènes qui contrôlent la plupart des mécanismes de développement sont étroitement conservés dans le règne animal. Cependant, les mécanismes contrôlant la détermination du sexe semblent varier énormément à travers le règne animal. Chez certains animaux, le sexe de la progéniture dépend de la densité de population, alors que chez d'autres, il dépend de la température. Les humains se développent à l'intérieur de l'utérus, où ils sont (pour la plupart) protégés des aléas de l'environnement. Ils utilisent un mécanisme génétique pour déterminer le sexe en fonction de leurs chromosomes X et Y. Aucun mécanisme unificateur n'a été trouvé qui contrôle la détermination du sexe chez tous les vertébrés, mais il semble impossible qu'un processus aussi essentiel ne soit pas étroitement conservé à un certain niveau.

Lorsque j'ai commencé mes recherches dans mon propre laboratoire, il m'a semblé que la compréhension de ce problème pourrait provenir d'une meilleure compréhension de la façon dont la détermination du sexe se produit au niveau de la biologie cellulaire du développement des organes. Comment les cellules de la gonade décident-elles de former un testicule ou un ovaire, et comment les différents mécanismes de détermination du sexe observés dans le règne animal régulent-ils ce processus ? Des travaux récents de mon laboratoire et de nombreux autres suggèrent qu'il pourrait y avoir un mécanisme sous-jacent commun après tout.

Pour moi, l'histoire a commencé en 1991, avec la découverte du gène qui régit la détermination du sexe chez les mammifères. Je me souviens d'une semaine mouvementée dans le laboratoire de Robin Lovell-Badge au National Institute for Medical Research de Londres, où j'étais post-doctorant. Nous avons eu des journalistes et des photographes qui nous ont mis dans des poses de « scientifiques occupés » et des équipes de tournage nous ont expliqué les détails de notre travail. Nous avions pris notre gène candidat, la souris sry gène sur le chromosome Y et l'a inséré dans le génome d'un embryon de souris XX (femelle), le transformant en un mâle. Dans une pièce de théâtre sur cette expérience, un journal arborait un dessin animé d'une Minnie Mouse qui inverse le sexe.

Dans l'expérience réciproque, nous avons montré que l'élimination de la sry gène du chromosome Y des embryons mâles a provoqué le développement d'animaux mâles génétiquement XY en tant que femelles. 3 En collaboration avec le laboratoire Peter Goodfellow de l'Imperial Cancer Research Fund (ICRF) à Londres (qui a travaillé sur SRY gène), nous nous sommes rendus au zoo de Londres pour recueillir des échantillons d'ADN de chevaux mâles et femelles, de chimpanzés, de lapins, de porcs, de bovins et de tigres. Nous avons constaté que tous ces animaux portaient le SRY sur leur chromosome Y, reflétant la large conservation de ce mécanisme de détermination du sexe chez les mammifères. 4

Avec le sry travail derrière moi, j'ai commencé mon propre laboratoire à l'Université Duke en 1993. Alors que d'autres groupes issus des laboratoires Lovell-Badge et Goodfellow ont continué à caractériser le sry gène et d'autres gènes immédiatement en aval, j'ai voulu étudier les premiers mécanismes cellulaires qui déclenchent la décision de développer un testicule ou un ovaire, au moment où le facteur de transcription SRY est exprimé dans la gonade.

Le premier défi était de mettre en place un système où je pouvais étudier les gonades au fur et à mesure qu'elles se développaient dans un environnement contrôlé. Ce n'était pas une mince tâche de trouver les bonnes conditions pour maintenir les gonades de souris embryonnaires viables dans une boîte pendant plusieurs jours pendant qu'elles prenaient leur décision concernant leur sort.

Robin Lovell-Badge et une ancienne post-doctorante, Katarina Nordqvist, sont venus visiter mon nouveau laboratoire en 1995. Nous étions tous les trois très intéressés à tester une vieille idée selon laquelle une population de cellules du mésonéphros, un tissu voisin qui est étroitement associé à la gonade à ce stade-migre dans la gonade. Nous avons fabriqué un organe recombinant en combinant un mésonéphros portant un bêta-galactosidasegène qui rend toutes les cellules bleues, avec une gonade « blanche » non marquée, et a cultivé les deux morceaux ensemble pendant plusieurs jours. À notre grand enthousiasme, les cellules bleues du mésonéphros ont migré dans les gonades non marquées, mais uniquement dans les gonades mâles XY, jamais dans les gonades femelles XX. Une fois dans la gonade mâle, les cellules mésonéphrotiques entouraient le sry-exprimant les cellules de Sertoli et formé des cordons testiculaires, le premier changement morphologique qui signale un engagement dans le développement des testicules. 5

Nous pouvions voir que les cellules avaient migré, mais il n'était pas clair si cela importait vraiment. Un de mes étudiants, Christopher Tilmann, a conçu une expérience pour tester l'importance de la migration cellulaire. Il a placé une barrière membranaire entre le mésonéphros et la gonade cultivés, démontrant que le blocage des cellules mésonéphrotiques de la migration empêchait les premières étapes du développement des testicules. Nous nous sommes demandé ce qui se passerait si nous induisions une migration dans une gonade XX : pourrions-nous la faire se développer davantage comme un testicule que comme un ovaire ?

Après de nombreux efforts infructueux pour tester cette idée, je me suis finalement rendu compte que nous pouvions faire une culture d'organes "sandwich". Nous placerions une gonade femelle XX en développement entre une gonade mâle XY d'un côté et un mésonéphros bleu de l'autre. Nous étions ravis de voir que les cellules du mésonéphros traversaient la gonade femelle XX en route vers la gonade mâle XY. En cours de route, ces cellules itinérantes ont incité la gonade femelle en développement à activer certains gènes associés au développement du mâle et à former des structures de type mâle ressemblant à des cordons testiculaires, le tout en l'absence du maître. sry gène. 6

Ces expériences et d'autres en laboratoire changeaient progressivement la façon dont nous considérions le problème de la détermination du sexe. Bien que SRY se situe au sommet de la cascade de détermination du sexe chez les mammifères, il devenait clair que les voies en aval de SRY sont essentielles pour contrôler la morphogenèse des testicules, et sans testicule, l'embryon développe toutes les caractéristiques sexuelles secondaires féminines.

À la fin des années 90, nous avions identifié plusieurs processus de développement essentiels au développement des gonades, mais nous manquions encore d'une image claire des gènes qui les contrôlaient. La chance a pris un coup de main lorsque David Ornitz de la faculté de médecine de l'Université de Washington m'a appelé pour me parler d'une souris mutante. Un post-doc dans son laboratoire, Jenny Colvin, avait généré des souris incapables de produire le facteur de croissance des fibroblastes 9 (FGF9). Manque de souris Fgf9 sont morts à la naissance parce que leurs poumons ne pouvaient pas se former correctement. Cependant, Jenny a remarqué que tous les embryons se sont développés en tant que femelles. C'était une découverte très intéressante car elle suggérait que Fgf9 était l'un des gènes qui contrôlent les processus de développement importants pour le développement des testicules. Alors que SRY, un facteur de transcription, ne peut agir que sur la cellule qui exprime la protéine, FGF9 est une protéine sécrétée et agit comme une molécule de signalisation vers les cellules voisines. On aurait dit qu'il s'agissait du type de signal qui contrôle la prolifération ou attire la migration des cellules du mésonéphros.

D'autres travaux dans mon laboratoire ont montré que pendant le stade bipotentiel du développement des gonades, avant la décision critique du destin,Fgf9 est exprimé à la fois dans les gonades XX et XY. Mais après sry s'exprime, Fgf9 est fortement régulée à la hausse dans les gonades mâles XY et régulée à la baisse dans les gonades femelles XX. Dans les gonades mâles XY qui manquaient Fgf9, le développement des testicules a été complètement bloqué et certains aspects du développement des ovaires ont pu être détectés (voir graphique ci-dessous).

Le FGF9 étant un facteur sécrété, nous nous sommes demandé ce qui se passerait si nous l'ajoutions au milieu de culture des gonades femelles. Pour notre plus grand plaisir, le FGF9 soluble a induit la migration des cellules mésonéphrotiques dans les XX gonades femelles, poussant leur développement vers la voie testiculaire. 7,8

Tous les indicateurs pointaient vers l'idée que Fgf9 joué un rôle important dans le développement des testicules. Mais qu'est-ce qui contrôlait le développement féminin ? À la grande irritation de nombreuses chercheuses dans le domaine, le développement féminin était classiquement appelé « voie par défaut », suggérant un processus passif. Pour la plupart d'entre nous, ce n'était pas une idée attrayante.

La première preuve d'une voie femelle active est venue en 1999, lorsque le groupe d'Andy McMahon à Harvard a généré une souris incapable de produire WNT4. Comme FGF9, WNT4 est une molécule de signalisation sécrétée qui peut affecter les cellules à distance. Chez les souris dépourvues de Wnt4 gène, même ceux qui étaient génétiquement femelles XX, les gonades se sont développées avec certaines caractéristiques des testicules. Par exemple, les gonades XX de ces mutants ont montré des schémas de migration cellulaire similaires aux gonades XY et, plus tard dans le développement, ont produit de la testostérone. 9,10 Ceci était particulièrement intéressant car cela concordait avec les cas rapportés de femmes humaines génétiquement XX qui développent un testicule en l'absence totale de SRY. Une explication suggérée pour ces patientes était que quelque chose s'était mal passé avec leur voie active de détermination des ovaires, une voie nécessaire pour bloquer le développement des testicules.

Nous avons trouvé que, comme Fgf9, Wnt4 s'exprime dans les deux sexes alors que la gonade est encore bipotentielle, mais elle est régulée à la hausse dans les gonades XX et régulée à la baisse dans les gonades XY précisément au moment où la décision du destin gonadique se produit - à l'opposé de Fgf9 expression.

À peu près à cette époque, nous nous sommes souvenus d'un élément de preuve provenant d'expériences de culture d'organes effectuées plus tôt dans mon laboratoire suggérant que le FGF9 pourrait bloquer l'expression de Wnt4. Ces deux voies de signalisation pourraient-elles agir de manière antagoniste, mettant en scène la bataille des sexes dans la gonade ? Yuna Kim, une autre étudiante diplômée de mon laboratoire, a planifié une série d'expériences pour tester cette idée.

D'autres chercheurs ont montré que le rôle principal de SRY est de réguler à la hausse un facteur de transcription étroitement lié, Sox9. Diverses expériences ont montré que SOX9 est capable de se substituer à SRY pour activer le développement des testicules. La question était de savoir comment WNT4 et FGF9 s'intégraient dans l'histoire. Yuna a découvert que FGF9 et SOX9 se renforcent mutuellement pour établir la voie testiculaire dans les gonades XY. Elle a montré que lorsque Fgf9 est éliminée, les gonades mâles XY changent de sexe et activent les gènes ovariens. Mais notre découverte la plus excitante a été lorsqu'elle a découvert que SOX9 et FGF9 sont tous deux régulés à la hausse dans une gonade féminine XX lorsque Wnt4 est absent. Cela montrait clairement comment la voie mâle pouvait être activée chez une femelle génétique XX, en l'absence totale de la sry gène, tout comme ces patients humains XX masculins l'avaient prédit. 11

Sur la base de ces expériences, nous avons proposé un nouveau modèle pour la détermination du sexe des mammifères. Dans les gonades primordiales XX et XY, Fgf9, Sox9, et Wnt4 sont tous exprimés simultanément au début du développement, lorsque le sort de la gonade est encore indéterminé. Dans une gonade XX, WNT4 domine et désactive la voie testiculaire. Cependant, dans une gonade XY, SOX9 et FGF9 reçoivent un coup de pouce supplémentaire de SRY, ce qui leur permet de dominer et de réprimer WNT4.

Le règne animal a de nombreux moyens de déterminer le sexe, de la densité de population et des indices comportementaux chez les poissons, à la température chez les tortues, les alligators et autres reptiles, et les influences hormonales chez de nombreuses espèces pondeuses. Pourtant, il est certain qu'un processus aussi important que la détermination du sexe doit être conservé à un certain niveau.

Moi et d'autres avons commencé à soupçonner que bien que le gène principal contrôlant la détermination du sexe varie selon les espèces, ce qui est peut-être conservé est un modèle sous-jacent de signaux antagonistes, tels que ceux que nous avons observés chez les souris avec FGF9 et WNT4. Ce mécanisme fondamental de détermination du sexe pourrait facilement fonctionner en réponse à un changement génétique (tel que sry chez les mammifères) ou à un indice environnemental (comme la température chez les tortues), tant que la décision initiale est amplifiée et renforcée par des voies en aval qui recrutent toutes les cellules de la gonade dans un même plan de jeu. 12

Dans un effort pour apprendre d'une autre espèce, nous avons commencé à travailler avec des tortues à oreilles rouges, qui déterminent le sexe via la température. Lorsque leurs œufs sont incubés à 26 degrés Celsius, 100 % deviennent des mâles, mais lorsqu'ils sont incubés à 31 degrés, 100 % deviennent des femelles. (À des températures intermédiaires, des sex-ratios mixtes se produisent.) Nous avons commencé à explorer la base cellulaire du développement des testicules et des ovaires chez la tortue, et à rechercher des signaux de contrôle similaires en revenant à nos méthodes de culture d'organes.

Ce travail nous a amenés à soupçonner que le système de signalisation antagoniste que nous avons découvert n'est que la pointe de l'iceberg - que nous devrions examiner le fonctionnement de l'ensemble du système complexe de signaux qui sous-tend la détermination du sexe et le développement des gonades plutôt que des gènes uniques. . Nous sommes très enthousiastes à l'idée d'un nouveau projet pour faire exactement cela, en utilisant de nombreuses nouvelles techniques et compétences informatiques de la biologie des systèmes.

Notre compréhension du développement sexuel évolue avec notre capacité à tester et mesurer le processus. Nous avons seulement commencé à clarifier les premiers processus génétiques et cellulaires qui influencent les étapes initiales de la différenciation des gonades. Les effets ultérieurs des hormones, de l'environnement et du câblage neurologique ont tous un rôle critique dans l'identification éventuelle d'un individu comme « homme » ou « femme ».

Face à cette complexité, les tests utilisés par de nombreuses organisations sportives pour la présence de SRY car le seul moyen de classer les candidats en hommes ou en femmes semble très simpliste. Entre autres choses, cette évaluation ne fournit pas de catégorie pour les personnes qualifiées qui possèdent une combinaison de caractéristiques masculines et féminines. Pourtant, ces individus représentent également le spectre des capacités humaines. Dans le cas de Caster Semenya, il est dommage que ses réalisations impressionnantes soient éclipsées par des accusations qui pourraient simplement provenir de son désalignement avec les normes de beauté occidentales plutôt que d'une tromperie délibérée concernant son sexe.

Blanche Capel est professeure au département de biologie cellulaire du Duke University Medical Center. Elle remercie les nombreux membres anciens et actuels de son laboratoire pour leur merveilleux travail, en particulier Lindsey Barske et Jonah Cool, qui ont aidé à éditer cet article.

Correction (15 septembre 2009) : Cet article identifiait à l'origine Blanche Capel comme professeur agrégé. Elle est en fait professeur titulaire. Le scientifique regrette l'erreur.


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