Semestre 2

Espace de rencontre pour les enseignants

Le cours vise à

1- Apporter une explication aux innovations génétiques aléatoires par l’étude des génomes dans les populations au sein des espèces.

L’étudiant doit comprendre que les processus de mutation et de duplication de gènes rendent compte du polymorphisme fréquent observé par l’analyse des génomes au sein des populations. Le polymorphisme actuel est le résultat de mutations survenues dans le passé au sein des populations de l’espèce.

2- Montrer que la méiose et la fécondation participent à la stabilité ainsi qu'à la variabilité de l’espèce.

Il s’agit essentiellement à partir de deux exemples de cycle de reproduction (mammifère et champignon ascomycète) d’appréhender la signification biologique de la méiose et de la fécondation: maintien de la garniture chromosomique de l’espèce.

La variabilité génétique est accrue par la réunion au hasard des gamètes lors de la fécondation et par les brassages intra et inter chromosomique lors de la méiose.

3- établir des relations entre mécanismes de l’évolution et génétique.

Il s’agit d’illustrer par d'exemples le fait que les innovations génétiques se traduisent au cours du temps et au niveau de la population de l’espèce par des modifications du patrimoine génétique qui peuvent tre favorables, neutres ou défavorables.

·         -Les mutations qui confèrent un avantage sélectif (mutation triée par l’environnement
et probabilité plus grande de se répandre dans la population-augmentation
de la fréquence des allèles dans la population = sélection naturelle)

·         -Les mutations neutres qui ne confèrent pas d’avantage immédiat.

-Les mutations des gènes du développement qui peuvent avoir des répercussions
sur la chronologie et la mise en place des caractères morphologiques
(hétérochronie)

Objectif du cours: Ce cours montre à l’étudiant l’importance de la reproduction sexuée et de la multiplication végétative chez les Angiospermes. On décrit tout d’abord, la morphologie de la fleur et les inflorescences en analysant les diagrammes et les formules floraux. Ensuite, l’organogenèse des appareils reproducteurs et la double fécondation sont décrites. Une étude détaillée du fruit (formation et type) et des graines (formation, types, germination) est aussi incluse dans ce cours. Finalement, la multiplication végétative est abordée avec les techniques in vivo et in vitro.

Le cours de Génétique Formelle vise à la compréhension des mécanismes de l'hérédité et à donner à l’étudiant les bases adéquates pour lui permettre de mieux saisir l’importance de la génétique dans le monde des sciences du vivant. Afin d’atteindre ce but, les aspects historiques et les principes de base en génétique mendélienne sont abordés.

À la fin du cours, l'étudiant devrait posséder les connaissances suivantes:

- très bien connaitre les bases cytogénétiques (mitose, méiose) de l’hérédité

- distinguer les résultats de la mitose et de la méiose ;

- connaitre les lois de Mendel et comprendre leur relation avec la ségrégation des chromosomes lors de la méiose ;

 - utiliser quelques notions de statistique liées à la génétique ;

- connaitre les divers types d’interaction entre les allèles (dominance, récessivité, …) ;

- connaitre les diverses interactions géniques (épistasie etc) ;

- connaitre le linkage et le crossing-over et leur implication sur les lois de Mendel.

Cet ECUE "Stabilité et variabilité des Génomes" peut être considéré, au vu de son programme pédagogique, comme une introduction à la biologie moléculaire de part (i) l'enseignement des notions élémentaires sur la structure de l'ADN, sa composition chimique, sa réplication, sa transcription et la traduction des transcrits de ses gènes, preuves expérimentales à l'appui ; et (ii) la description des bases moléculaires de la variabilité génétique du monde vivant, à savoir, les mutations en tant que phénomène créateur de nouveaux allèles, et les brassages inter- et intrachromosomiques de ces derniers pendant la méiose et la fécondation balisant le cycle sexuel des individus. Cet ECUE est clôturé par un dernier cours consacré à l'histoire de la biologie moléculaire qui expose les différentes expériences réalisées au cours du siècle dernier par des scientifiques de renom et qui convergent vers un but unique : mettre en évidence la nature ADN (ou ARN chez certains virus) du support de l'information génétique.  

Les "biotechnologies moléculaires" sont une application majeure du Génie génétique lequel découle des connaissances théoriques de la Biologie moléculaire. De façon plus claire, La Biologie moléculaire consiste à étudier l'ADN et sa réplication, les gènes et leur structure, leur expression et leur régulation (les points essentiels de ces thèmes ont déjà été traités en Génétique moléculaire, sous-discipline majeure de la biologie moléculaire, lors du premier semestre). Ces connaissances ont permis de disposer et de maitriser le fonctionnement d'une panoplie d'enzymes qui a rendu possible la manipulation des molécules d'ADN et d'ARNm in vivo et in vitro et qui a ouvert le champ à de véritables techniques de construction avec l'ADN regroupées sous le terme, Génie Génétique. Le mot génie a le même sens que dans l'expression génie civil ou génie biologique et signifie "art des constructions". Les termes anglais correspondants sont "genetic engineering" ou encore "recombinant DNA technology". Le but du génie génétique est d'isoler des gènes individuels ou d'autres parties du génome en "sortant" le locus d'intérêt du génome et en l'"intégrant" dans un autre ADN à réplication autonome. Il en résulte un ADN recombinant artificiel servant à :

·      isoler un gène spécifique par criblage de banques génomiques ou d'expression

La Biologie moléculaire est une science fondamentale de base dont l'objet est la compréhension des mécanismes de fonctionnement de la cellule au niveau macromoléculaire, c'est à dire au niveau des acides nucléiques. Grâce aux divers outils moléculaires (les polymérases, les nucléotides, les nucléases, enzymes de restriction, phosphatases, ligases, transférases, kinases, amorces, sondes, …) dégagés par ses connaissances théoriques, la biologie moléculaire est, en association  avec d'autres sciences (chimie, biochimie, sciences biologiques animales, végétales et microbiennes), à l'origine des biotechnologies moléculaires actuelles à aspect fondamental ou appliqué, allant de la technologie de l'ADN recombinant (clonage et isolement des gènes, production de protéines recombinantes dans des systèmes d'expression hétérologue, conception des OGM) jusqu'aux techniques d'étude de la génomique structurale (séquençage, annotation et comparaison des génomes) et fonctionnelle (mutagénèse ciblée et aléatoire, gene silencing via l'interférence aux ARN), de la transcriptomique (techniques de blotting, puces à ADN, fusions transcriptionnelles et traductionnelles), de la protéomique ainsi que celles de l'étude de la diversité génétique entre individus (analyse du polymorphisme moléculaire, cartographie physique, typage moléculaire) et de l'amélioration génétique des espèces …etc pour ne citer que quelques uns des aboutissements de cette science.

Le cours de Biologie moléculaire englobe tous les processus responsables de la "dynamique" des acides nucléiques et les mécanismes moléculaires de leur contrôle. Il consiste à étudier la réplication de l'ADN, la structure des gènes, leur expression et leur régulation aux niveaux transcriptionnel et traductionnel. Ces mécanismes impliquent l'interaction des acides nucléiques avec divers complexes protéiques, enzymatiques ou autres, dont on n'abordera que certains d'entre eux. Chaque leçon est clôturée par une partie pratique reposant sur des applications/expériences utilisant les outils moléculaires découlant des connaissances théoriques relatives au cours en question. Des TD corrigés de Biologie moléculaires sont également proposés.

Le terme Génie génétique regroupe les techniques de construction avec l'ADN et représente de ce fait une application majeure de la biologie moléculaire. Le but principal de ces techniques est d'isoler, par clonage moléculaire, des loci génomiques (gènes ou autres séquences) afin de les étudier, ou de les modifier (par mutagénèse par exemple), ou bien de les transférer à un autre organisme, ou encore de produire leurs produits d'expression in vivo par biotechnologie…etc. La connaissance de ces techniques moléculaires de base, constitue un pré-requis indispensable à la compréhension ultérieure de divers domaines relevant aussi bien, de la biotechnologie moléculaire (transgénèse, production in vivo et in vitro de protéines d'intérêt thérapeutique ou industriel…), que de la recherche fondamentale (analyses fonctionnelles des génomes, conception de modèles animaux d'études de maladies génétiques, analyses transcriptomiques des gènes…).

Ce cours décrit les outils moléculaires et les techniques permettant d'isoler des séquences d'ADN. La première leçon, intitulée Technologie de l'ADN recombinant, porte sur l'isolement de l'ADN via le clonage moléculaire. Nous examinerons, lors de la deuxième leçon, les méthodes utilisées pour isoler des gènes spécifiques, et ce, par criblage des banques, jusqu'à l'utilisation plus récente de la PCR en passant par les hybridations moléculaires in situ. Dans la troisième et dernière leçon, nous allons voir de quelle façon disposer d'un gène isolé sous la forme d'un clone ouvre diverses perspectives expérimentales. Il sera question ici de traiter deux perspectives majeures, elles-mêmes pouvant être considérées comme d'importantes applications du génie génétique : la modification in vitro de la séquence génique par la mutagénèse dirigée et les techniques d'étude du polymorphisme de l'ADN. Des travaux dirigés, traitant des différents enseignements de ce cours, sont également proposés.