Préambule

La génétique occupe une place importante dans notre société. De fait, les médias relaient souvent des découvertes "génétiques" et débattent sur leurs conséquences potentiellement néfastes pour notre vie quotidienne (clonage, OGM, résistance aux antibiotiques ou prions pour citer les plus célèbres). Au contraire, la détermination de la séquence complète du génome humain et celles d'autres organismes a encouragé certains à un optimisme sans borne et à clamer la compréhension complète du vivant via la connaissance de la séquence de leur génome (et donc la possibilité de soigner rapidement toutes nos maladies...). L'arrivée des nouvelles technologies de séquençage à haut débit n'a fait que renforcer cette idée: il serait maintenant possible de savoir qui nous sommes et quel sera notre santé future pour environ 500 €, le coût actuel (toujours en décroissance) du séquençage d'un génome humain. Même si les optimistes ont partiellement raison (la génétique a effectivement permis d'identifier un grand nombre de déterminants génétique de maladies), la séquence du génome ne permet de tout expliquer, comme l'a montré l'épigénétique. De plus, ces débats masquent la réalité de la recherche en biologie et le rôle qu'a eu et a toujours la génétique. En effet, il ne faut pas oublier que la génétique est, avec la biochimie, la discipline biologique qui a permis de comprendre comment fonctionne le vivant et son efficacité fait qu'elle est encore largement utilisée dans les laboratoires de recherche.

Si la biochimie s'intéresse principalement à la structure et aux propriétés des molécules biologiques, la génétique s'intéresse à replacer ces même molécules dans le contexte de la cellule, de l'organisme ou des populations. Il va sans dire que seule la jonction des deux disciplines permet une description complète des mécanismes du vivant. C'est vers cette synthèse que la biologie se dirige actuellement, synthèse réalisée par le biais de disciplines qui portent des noms différents (biologie moléculaire, génétique moléculaire ou génomique) mais qui sur le fond utilisent les mêmes méthodes. Il est donc impératif que tout étudiant de biologie/biochimie du niveau de la licence possède des solides notions de cette biologie intégrée afin de comprendre clairement les résultats, les enjeux et les limites de la biologie moderne.

Par le biais de ce cours, j’ai donc voulu donner aux étudiants de licence des bases solides sur l'historique, la "philosophie" et la méthodologie génétique. Ce cours a été conçu dans l'optique que des étudiants venant d'horizons différents, ayant ou n’ayant pas eu au préalable des notions de génétique, puissent le suivre facilement. Néanmoins, ce cours ne pourra être bien compris que si certaines notions scientifiques de bases ont été acquises.

Liste des notions pré-requises de ce cours

Notions de Biologie Générale

• Connaître les grandes lignes de la structure et du développement des animaux
• Connaître les grandes lignes de la structure et du développement des plantes supérieures
• Connaître les grandes lignes de la structure et du développement des champignons
• Connaître les mécanismes de la fécondation chez les animaux, les plantes et les champignons
• Savoir décrire une courbe de croissance d'une population de micro-organismes
• Définir la notion de virus en tant que parasite

Notions de Mathématiques

• Savoir calculer une moyenne, une variance et une fréquence
• Savoir calculer une probabilité simple et une probabilité conditionnelle
• Connaître la loi Binomiale, la loi de Poisson et la loi Normale
• Comprendre ce qu'est un test statistique
• Appliquer le test du chi² pour tester la conformité des résultats expérimentaux à une hypothèse
• Appliquer le test du chi² pour tester l'homogénéité de deux populations

Notion de Chimie/Biochimie élémentaire

• Définir les termes de liaisons covalentes, fortes, faibles, d'hydrolyse et de dénaturation
• Donner la structure générale d'un acide aminé et les principales familles chimiques
• Connaître la liaison peptidique
• Connaître les structures primaire, secondaire, tertiaire et quaternaire d'une protéine
• Savoir l'importance de la structure d'une macromolécule pour sa fonction
• Savoir ce qu’est un site antigénique
• Définir les moyens de production et de transfert d'énergie dans la cellule
• Savoir ce qu’est une catalyse enzymatique et un site actif

Notions Biologie Moléculaire élémentaire

• Décrire la composition et la structure de l'ADN et des différents ARN
• Donner la structure générale des nucléotides, des bases puriques et pyrimidiques
• Connaître la réplication (réplicon, origine de réplication, ADN polymérase)
• Connaître la transcription (promoteur, transcrit, ARN polymérase)
• Connaître la réaction catalysée par une ADN (ARN) polymérase
• Connaître la maturation des transcrits (intron, exon)
• Connaître la traduction (ARNt, ARNr, ARNm, ribosome)
• Connaître le code génétique (codon)
• Donner l'ordre de grandeur du nombre de nucléotides constitutifs d'un gène
• Connaître les enzymes de restriction
• Connaître le principe et le but d'une centrifugation, d'une électrophorèse

A l’issue du cours, les étudiants devraient en théorie pouvoir répondre la liste des objectifs suivants :

Introduction générale

• Connaître les différences entre cellules procaryotes et eucaryotes
• connaître les différentes étapes du cycle cellulaire chez les eucaryotes
• Savoir schématiser une division bactérienne
• Savoir schématiser une mitose et une méiose

• Connaître les cycles des principaux organismes utilisés pour les études génétiques

• Connaître les principales définitions : caractère, gène, allèle, génotype, phénotype, dominance, récessivité, expressivité, pénétrance, allèles conditionnels, thermosensibilité, cryosensibilité, auxotrophie et prototrophie

• Savoir ce qu'est la transformation génétique

Chapitre 1

• Savoir ce qu'est le polymorphisme
• Savoir calculer un taux d'hétérozygotie
• Donner deux méthodes moléculaires d'analyse du polymorphisme
• Savoir ce qu'est un transposon et connaître les deux modes de leur propagation
• Savoir ce qu'est un plasmide
• Savoir ce qu'est un microsatellite et un minisatellite
• Savoir ce qu'est un haplotype et un idiomorphe
• Savoir ce qu'est la ploïdie, l'aneuploïdie, la polyploïdie
• Savoir ce qu'est une délétion, une insertion, une inversion, une duplication et une translocation
• Pouvoir donner un exemple de transmission non-conventionnelle d'information épigénétique
• Savoir démontrer la loi de Hardy-Weinberg
• Connaître les modalités d'apparition des mutations
• Savoir ce qu'est une mutation germinale et une mutation somatique
• Connaître le principe du calcul d'un taux de mutation
• Savoir ce qu'est un mutagène
• Décrire les différents types de mutations ponctuelles
• Expliquer les différentes conséquences possibles des mutations ponctuelles sur les produits des gènes
• Savoir définir les critères génétiques qui permettent de distinguer les délétions des mutations ponctuelles
• Expliquer l'origine de l'aneuploïdie
• Définir des mutations conditionnelles, expliquer leur intérêt pour l'analyse génétique
• Expliquer les conséquences des recombinaisons

Chapitre 2

• Définir les tailles et les caractéristiques des principaux génomes
• Définir orthologues et paralogues, la redondance génétique, la néo-fonctionnalisation et l'introgression
• Définir un pseudogène, le pan génome et le core génome

Chapitre 3

• Connaître les mécanismes de transformation chez les bactéries et les champignons
• Connaître les mécanismes de recombinaison par jonction d'extrémités non homologues et par réparation des cassures double-brin
• Savoir les proportions de recombinaison homologue versus non-homologue chez les principaux organismes modèles de génétique
• Connaître une méthode pour inactiver un gène, pour surexprimer une protéine, pour changer un nucléotide in situ
• Expliquer la signification des techniques de cribles de sélection
• Donner un exemple de stratégie d'isolement de mutations appliquée à un organisme haploïde, un organisme diploïde

Chapitre 4

• Définir le principe du test de complémentation
• Préciser les conditions pratiques d'application du test de complémentation aux différents types d'organismes (eucaryotes haplobiontiques et diplobiontiques)
• Être capable, à partir de n'importe quelle situation simple, de définir des groupes de complémentation
• Donner un exemple de deux cas particuliers suivants: complémentation entre deux génomes portant des mutations récessives dans un même gène; non-complémentation entre deux génomes portant des mutations récessives dans des gènes différents

Chapitre 5

• Savoir comment cartographier un gène par conjugaison et par transduction
• Savoir comment ségrège(nt) un gène, deux gènes indépendants et deux gènes liés au cours des mitoses et méioses
• Prévoir les génotypes et les phénotypes des individus (haploïdes et diploïdes), ainsi que leurs proportions dans les divers croisements impliquant deux couples d'allèles pour des gènes gouvernant le même caractère
• Calculer la distance génétique entre deux gènes chez des organismes haplobiontiques et diplobiontiques à reproduction sexuée
• Ordonner trois gènes sur le même chromosome; appliquer notamment le test trois points chez des organismes à reproduction sexuée
• Savoir utiliser les délétions ou les pertes de chromosomes pour cartographier
• Calculer la distance d'un gène à son centromère à partir de l'observation d'asques ordonnés issus d'un croisement mutant x sauvage
• Expliquer la formation des trois types de tétrades non-ordonnées issues d'un croisement mutant x mutant dans le cas de gènes physiquement indépendants et dans le cas de gènes physiquement liés
• Expliquer l'indépendance génétique dans le cas de gènes physiquement liés
• Établir une carte génétique à partir de l'analyse de tétrades
• Décrire les tests génétiques qui permettent de distinguer une mutation nucléaire d'une mutation mitochondriale ou chloroplastique

Chapitre 6

• Savoir ce qu'est une banque d'ADN génomique et comment on en construit une
• Savoir cloner par expression les allèles sauvage et mutant de gènes portant une mutation récessive
• Savoir cloner par expression les allèles sauvage et mutant de gènes portant une mutation dominante
• Connaître le principe du clonage positionnel
• Connaître les précautions à prendre pour analyser les séquençages de génomes de mutants

Chapitre 7

• Connaître comment faire la différence entre plusieurs mutations et une mutation à effet pléiotrope
• Savoir interpréter les tests de dominance/récessivité
• Définir l'autonomie cellulaire d'expression d'un gène
• Savoir interpréter les expériences de greffes et de mosaïque génétique

Chapitre 8

• Savoir définir l'épistasie
• Savoir interpréter les analyses phénotypiques de double mutants affectant des gènes impliqués dans une voie de signalisation
• Savoir définir ce que sont des groupes d'épistasie
• Savoir définir ce qu'est une réversion intragénique et un suppresseur extragénique et savoir comment faire expérimentalement la différence entre les deux
• Connaître les différents types de suppresseurs
• Savoir comment analyser des suppresseurs issus d'une mutagenèse
• Connaître les différents types de mutations accentuatrices
• Savoir comment isoler des mutants co-létaux chez une levure
• Savoir ce qu'est le fond génétique et l'impact qu'il a sur le phénotype des mutations