الاستعداد لمباراة CRMEFPréparation CRMEFمباراة CRMEFCRMEF SVT

التحليل الوراثي عند أحاديات الصيغة الصبغية: الهجونة الأحادية وترتيب الأبواغ

أهداف الدرس

في نهاية هذا الدرس، ينبغي أن تكون قادرًا على:

  • تعليل كون الكائنات أحادية الصيغة الصبغية مادة مفضلة للتحليل الوراثي؛
  • وصف دورة نمو فطر Sordaria وتحديد كيفية تشكّل الكيس البوغي وسبب احتوائه ثمانية أبواغ؛
  • تفسير احتفاظ الكيس بترتيب نواتج الانقسام الاختزالي، وربط ذلك بمنطق التحليل؛
  • التمييز بين الأكياس ذات التفرز قبل الاختزالي والأكياس ذات التفرز بعد الاختزالي انطلاقًا من ترتيب الأبواغ؛
  • تفسير كل نمط من الأكياس بموقع العبور بالنسبة إلى السنترومير؛
  • حساب المسافة بين مورثة وسنتروميرها انطلاقًا من نسب الأكياس، وتعليل معامل ½ في الصيغة؛
  • استثمار تحليل الأكياس لإثبات وقوع العبور بين كروماتيدتين غير شقيقتين فقط.

1. لماذا التحليل الوراثي عند أحاديات الصيغة الصبغية؟

عند الكائنات ثنائية الصيغة الصبغية، يُخفي الحليل السائد وجود الحليل المتنحي، ولا تُلاحَظ نواتج الانقسام الاختزالي مباشرة بل تُستنتج إحصائيًا من أعداد كبيرة من النسل. أما عند بعض الكائنات أحادية الصيغة الصبغية، وخاصة الفطريات الكيسية (ascomycètes) مثل Sordaria وNeurospora، فتجتمع أربع مزايا حاسمة:

الميزة نتيجتها المنهجية
صيغة صبغية أحادية (n) الطراز المظهري يترجم الطراز الوراثي مباشرة؛ لا سيادة ولا حليل مخفي
البيضة المخصبة تدخل مباشرة في انقسام اختزالي نواتج انقسام اختزالي واحد تظل مجتمعة، ولا تُخلط بنواتج خلايا أخرى
تجمّع النواتج الأربعة داخل كيس واحد إمكان تحليل الرباعية (tétrade) كوحدة، لا تحليل مجموع الأمشاج
الكيس ضيق ومستقيم عند Sordaria يُحفَظ الترتيب المكاني للنواتج، فيصير سلوك الصبغيات مقروءًا مباشرة

2. النموذج التجريبي: فطر Sordaria macrospora

2.1 الدورة

Sordaria فطر كيسي بدورة أحادية الطور: الفطر نفسه ميسيليوم (mycélium) أحادي الصيغة الصبغية (n). عند تلاقي سلالتين، يقع إخصاب فتتكوّن خلية بيضة مخصبة (2n) هي الخلية الثنائية الوحيدة في الدورة كلها، فتدخل مباشرة في انقسام اختزالي داخل كيس ضيق:

انقسام اختزالي (4 نوى أحادية) ← انقسام غير مباشر لكل نواة ← 8 أبواغ كيسية (ascospores) مصطفة في صف واحد.

2.2 لماذا يُحفَظ الترتيب؟

الكيس أنبوب ضيق لا يسمح بأي انزلاق جانبي للنوى: مغازل الانقسامات تتوجه كلها في محور الكيس نفسه، فتظل النواة في الموقع الذي أنتجها انفصالها. وبذلك يعكس ترتيب الأبواغ من أعلى إلى أسفل ترتيب انفصال الصبغيات في المغزل. هذه الخاصية هي أساس كل ما سيأتي.

2.3 المورثة المدروسة

تُستعمل عادة مورثة تتحكم في لون البوغ، بحليلين:

  • حليل يعطي بوغًا أسود (سلالة برية)؛
  • حليل يعطي بوغًا فاتحًا (بيج أو عديم اللون، سلالة طافرة).

اللون معيار مظهري يُقرأ مباشرة تحت المجهر بوغًا بوغًا، وهو ما يجعل المورثة معلِّمًا مثاليًا (marqueur).

صورة 1 — قيد الإعداد
وصف الوثيقة

خطاطة علمية تعليمية بأسلوب كتاب مدرسي جامعي، رسم مسطح (flat vector) بخطوط واضحة وألوان هادئة، تعرض دورة نمو فطر Sordaria على شكل حلقة دائرية بسهام اتجاهية. عناصر الحلقة: ميسيليومان أحاديان بلونين مختلفين (أحدهما يحمل الحليل «بوغ أسود» والآخر «بوغ فاتح») يلتقيان، ثم سهم معنون «إخصاب» يؤدي إلى خلية وحيدة معنونة «بيضة مخصبة (2n)» مرسومة بلون مميز، ثم سهم معنون «انقسام اختزالي» يؤدي إلى أربع نوى داخل كيس أنبوبي ضيق، ثم سهم معنون «انقسام غير مباشر» يؤدي إلى ثمانية أبواغ مصطفة في صف واحد داخل الكيس، أربعة سوداء وأربعة فاتحة، ثم سهم معنون «إنبات» يعيد تكوين ميسيليوم أحادي. قوس الطور الأحادي مظلل بالأزرق الفاتح ونقطة الطور الثنائي مبرزة بالأخضر. تسمية بأسهم لكل من: الميسيليوم، الكيس البوغي، البوغة الكيسية، البيضة المخصبة. خلفية بيضاء نظيفة، تسميات بخط عربي واضح، دقة علمية عالية


3. تحليل الأكياس عند الهجونة الأحادية

عند تهجين سلالة «بوغ أسود» × سلالة «بوغ فاتح»، تحمل البيضة المخصبة الحليلين معًا (n⁺ / n). وبما أن الكيس يضم دائمًا 4 أبواغ من كل نمط، فالسؤال ليس عن النسب بل عن الترتيب.

3.1 نمطان أساسيان من الأكياس

النمط ترتيب الأبواغ التسمية
النمط 1 4 سوداء / 4 فاتحة (أو العكس) تفرز قبل اختزالي (préréductionnel)
النمط 2 2/2/2/2 أو 2/4/2 تفرز بعد اختزالي (postréductionnel)

3.2 تفسير النمط الأول: انفصال الحليلين في الانقسام الأول

في غياب عبور بين المورثة والسنترومير، يبقى الحليلان محمولين على كروماتيدات صبغي واحد لكل منهما. وبما أن الانقسام الاختزالي الأول يفصل الصبغيات المتماثلة، فإن الحليلين ينفصلان منذ هذا الانقسام: كل قطب يتلقى حليلًا واحدًا خالصًا.

النتيجة: أربعة أبواغ من نمط ثم أربعة من النمط الآخر: 4/4. ومن هنا التسمية «قبل اختزالي»: الانفراز وقع في الانقسام الاختزالي (الأول).

3.3 تفسير النمط الثاني: انفصال الحليلين في الانقسام الثاني

إذا وقع عبور (crossing-over) بين موضع المورثة والسنترومير، تبادلت كروماتيدتان غير شقيقتين قطعتيهما الحاملتين للحليلين. عندئذ يحمل كل صبغي متماثل كروماتيدتين مختلفتين حليليًا. فلا يمكن للانقسام الأول أن يفصل الحليلين، ويُرجَأ فصلهما إلى الانقسام الثاني الذي يفصل الكروماتيدات الشقيقة.

النتيجة: تناوب في الكيس على شكل 2/2/2/2 أو 2/4/2 حسب اتجاه الصبغيات في المغزل. ومن هنا التسمية «بعد اختزالي».

صورة 2 — قيد الإعداد
وصف الوثيقة

خطاطة علمية تعليمية بأسلوب كتاب مدرسي جامعي، رسم مسطح (flat vector) دقيق، مقسمة إلى عمودين متوازيين تحت عنوانين «بدون عبور: تفرز قبل اختزالي» و«مع عبور: تفرز بعد اختزالي». كل عمود يعرض من الأعلى إلى الأسفل أربع مراحل: (1) ثنائي في الطور التمهيدي الأول مكوَّن من صبغي أزرق بكروماتيدتين تحملان الحليل «أسود» وصبغي أحمر بكروماتيدتين تحملان الحليل «فاتح»، مع رسم نقطة عبور بين موضع المورثة والسنترومير في العمود الثاني فقط؛ (2) الطور الانفصالي الأول بانفصال المتماثلين؛ (3) الطور الانفصالي الثاني بانفصال الكروماتيدات؛ (4) الكيس النهائي بثمانية أبواغ مرتبة، يظهر في العمود الأول بترتيب 4 سوداء ثم 4 فاتحة، وفي العمود الثاني بترتيب 2 سوداء، 2 فاتحة، 2 سوداء، 2 فاتحة. السنتروميرات مرسومة كدوائر سوداء صغيرة، وموضع المورثة معلَّم بنقطة ملونة على كل كروماتيدة. تسمية بأسهم لكل من: السنترومير، موضع المورثة، نقطة العبور، الكروماتيدتان غير الشقيقتين. خلفية بيضاء، تسميات بخط عربي واضح، رسم متناظر ودقيق علميًا

3.4 الأنماط الستة الممكنة

بحساب اتجاهات الصبغيات في المغزلين، تُلاحَظ ستة تراتيب فقط:

الترتيب النمط
أسود أسود أسود أسود / فاتح فاتح فاتح فاتح قبل اختزالي
فاتح فاتح فاتح فاتح / أسود أسود أسود أسود قبل اختزالي
2 أسود / 2 فاتح / 2 أسود / 2 فاتح بعد اختزالي
2 فاتح / 2 أسود / 2 فاتح / 2 أسود بعد اختزالي
2 أسود / 4 فاتح / 2 أسود بعد اختزالي
2 فاتح / 4 أسود / 2 فاتح بعد اختزالي
صورة 3 — قيد الإعداد
وصف الوثيقة

خطاطة علمية تعليمية برسم مسطح (flat vector) نظيف، تعرض الأنماط الستة الممكنة للأكياس البوغية عند الهجونة الأحادية في *Sordaria*. تُرسم ستة أكياس أنبوبية عمودية متجاورة، يحتوي كل واحد على ثمانية أبواغ بيضوية مصطفة في صف واحد، ملونة بالأسود أو ببيج فاتح حسب النمط، بالترتيب من اليسار إلى اليمين: الكيس 1 (4 سوداء ثم 4 فاتحة)، الكيس 2 (4 فاتحة ثم 4 سوداء)، الكيس 3 (2 سوداء، 2 فاتحة، 2 سوداء، 2 فاتحة)، الكيس 4 (2 فاتحة، 2 سوداء، 2 فاتحة، 2 سوداء)، الكيس 5 (2 سوداء، 4 فاتحة، 2 سوداء)، الكيس 6 (2 فاتحة، 4 سوداء، 2 فاتحة). فوق الكيسين الأولين شريط عنوان بلون فاتح مكتوب عليه «تفرز قبل اختزالي — بدون عبور»، وفوق الأكياس الأربعة الأخيرة شريط عنوان بلون مختلف مكتوب عليه «تفرز بعد اختزالي — مع عبور». تحت كل كيس تُكتب صيغة الترتيب رقميًا (4/4، 2/2/2/2، 2/4/2). خلفية بيضاء، تسميات بخط عربي واضح، رسم منتظم ومتناسق

ملاحظة أساسية: مهما كان النمط، تبقى النسبة 4 سوداء : 4 فاتحة ثابتة في كل كيس. وهذا في حد ذاته برهان تجريبي مباشر على أن الانقسام الاختزالي يوزع الحليلين بالتساوي على النواتج الأربعة — أي ترجمة مجهرية لقانون تفرز الحليلات.

برهان إضافي: لو كان العبور يشرك الكروماتيدات الأربع لأمكن الحصول على كيس بنسبة تختلف عن 4/4. عدم ملاحظة ذلك إطلاقًا يثبت أن العبور يشرك كروماتيدتين غير شقيقتين فقط من أصل أربع، وهو ما سبق تقريره نظريًا في الدرس 27.


4. حساب المسافة بين المورثة والسنترومير

4.1 الصيغة

في كل كيس بعد اختزالي، وقع عبور شمل كروماتيدتين من أصل أربع، أي أن نصف الأبواغ الناتجة عنه معاد تركيبها. ولما كانت المسافة الوراثية تُعرَّف بنسبة النواتج المعاد تركيبها (لا بنسبة الأكياس)، وجب ضرب نسبة الأكياس في ½:

d (بالسنتيمورغان) = ½ × (عدد الأكياس بعد الاختزالية ÷ العدد الإجمالي للأكياس) × 100

4.2 تعليل معامل ½

الخطأ الشائع هو نسيان هذا المعامل. تعليله مباشر:

  • كيس بعد اختزالي = 8 أبواغ، منها 4 فقط ناتجة عن الكروماتيدتين اللتين شاركتا في العبور؛
  • إذن نسبة الأبواغ المعاد تركيبها في هذا الكيس = 4/8 = ½؛
  • ومن ثمّ فنسبة الأكياس بعد الاختزالية تساوي ضعف نسبة النواتج المعاد تركيبها.

5. تطبيق عددي محلول

المعطيات: أُنجز تهجين بين سلالتين من Sordaria macrospora: سلالة ذات أبواغ سوداء وسلالة ذات أبواغ فاتحة. حُلِّل 1000 كيس فكانت النتائج:

نمط الكيس العدد
4 سوداء / 4 فاتحة 420
4 فاتحة / 4 سوداء 420
2/2/2/2 (بنوعيه) 96
2/4/2 (بنوعيه) 64

المطلوب: (أ) تصنيف الأكياس؛ (ب) استنتاج ما يقع في الأكياس بعد الاختزالية؛ (ج) حساب المسافة بين المورثة والسنترومير؛ (د) التحقق من نسبة الأبواغ السوداء إلى الفاتحة في مجموع العينة.

الحل

(أ)

  • أكياس قبل اختزالية: 420 + 420 = 840؛
  • أكياس بعد اختزالية: 96 + 64 = 160؛
  • المجموع = 1000 كيس. نسبة الأكياس بعد الاختزالية = 160/1000 = 16%.

(ب) في كل واحد من هذه الأكياس الـ160 وقع عبور واحد على الأقل بين موضع المورثة والسنترومير، فتأخّر انفصال الحليلين إلى الانقسام الاختزالي الثاني.

(ج) المسافة:

d = ½ × 16 = 8 cM

أي أن المورثة تبعد عن سنتروميرها بـ 8 سنتيمورغان.

(د) كل كيس يضم 4 أبواغ سوداء و4 فاتحة مهما كان نمطه:

  • عدد الأبواغ الإجمالي = 1000 × 8 = 8000؛
  • الأبواغ السوداء = 1000 × 4 = 4000؛ والفاتحة = 4000؛
  • النسبة = 50% / 50%، أي 1 : 1.

قراءة: النسبة 1:1 ثابتة ولا تتأثر بالعبور؛ فالعبور يغيّر ترتيب الأبواغ لا نسبها. المعلومة الوراثية المفيدة هنا في الترتيب، لا في العدد.

فخّ محتمل: لو أُعطيت النتيجة بصيغة «نسبة الأبواغ المعاد تركيبها = 8%»، فالمسافة تساوي 8 cM مباشرة دون ضرب في ½، لأن المعامل ½ يخص الانتقال من نسبة الأكياس إلى نسبة الأبواغ. تحديد ما إذا كانت المعطيات أكياسًا أم أبواغًا هو أول ما يجب فعله.


6. أخطاء شائعة وفخاخ الامتحان

الخطأ الشائع التصويب
نسيان معامل ½ في حساب المسافة مورثة–سنترومير نسبة الأكياس بعد الاختزالية ضعف نسبة الأبواغ المعاد تركيبها
ضرب نسبة الأبواغ المعاد تركيبها في ½ أيضًا المعامل يخص الأكياس فقط؛ إذا أُعطيت نسبة النواتج فهي المسافة مباشرة
توقّع نسب مظهرية مختلفة عن 4/4 داخل الكيس النسبة 4/4 ثابتة دائمًا؛ العبور يغيّر الترتيب لا النسبة
اعتبار الكيس 4/4 دليلًا على غياب العبور تمامًا يدل فقط على غياب عبور بين المورثة والسنترومير؛ عبور خارج هذا المجال لا يُرى بهذا المعلِّم
الخلط بين «قبل اختزالي» و«ناتج عن الانقسام الثاني» قبل اختزالي = انفصال الحليلين في الانقسام الأول
اعتبار الأبواغ الثمانية نواتج مباشرة للانقسام الاختزالي النواتج أربعة؛ الثمانية تنتج عن انقسام غير مباشر لاحق، ولذلك تُقرأ في أزواج
نسيان أن البوغين المتجاورين متطابقان حليليًا ينحدران من نفس النواة الاختزالية، فيستحيل أن يختلفا (إلا في حالات تحويل نادرة)
تفسير النمط 2/4/2 بعبور مزدوج إنه بعد اختزالي عادي بعبور واحد؛ الاختلاف عن 2/2/2/2 يرجع إلى اتجاه الصبغيات في المغزل الثاني
اعتبار مسافة مورثة–سنترومير قد تفوق 50 cM السقف 50 cM، ويقابل 100% أكياسًا بعد اختزالية
نسيان أن الطراز المظهري يساوي الطراز الوراثي هنا الكائن أحادي الصيغة الصبغية: لا سيادة ولا حليل مخفي
اعتبار الترتيب محفوظًا عند كل الفطريات الكيسية محفوظ عند Sordaria وNeurospora بسبب ضيق الكيس؛ وهناك أكياس غير مرتبة لا تسمح بهذا الحساب
نسبة اختلاف الأكياس إلى اختلاف الخلايا الأم كل كيس يمثل انقسامًا اختزاليًا واحدًا لخلية واحدة؛ الاختلاف يعكس تنوع الأحداث لا تنوع الأصول

7. خلاصة

  1. الكائنات أحادية الصيغة الصبغية مادة مفضلة للتحليل الوراثي لأن الطراز المظهري يعكس الطراز الوراثي مباشرة، ولأن نواتج انقسام اختزالي واحد تبقى مجتمعة في كيس واحد.
  2. عند Sordaria، البيضة المخصبة هي الخلية الثنائية الوحيدة، وتدخل مباشرة في انقسام اختزالي داخل كيس ضيق يحفظ ترتيب النواتج.
  3. الأبواغ ثمانية لأن كل نواة اختزالية تخضع لانقسام غير مباشر واحد؛ ولذلك يُقرأ الكيس في أزواج.
  4. الكيس 4/4 يدل على تفرز قبل اختزالي: انفصل الحليلان في الانقسام الأول لغياب عبور بين المورثة والسنترومير.
  5. الكيس 2/2/2/2 أو 2/4/2 يدل على تفرز بعد اختزالي: أخّر عبورٌ انفصال الحليلين إلى الانقسام الثاني.
  6. النسبة 4 سوداء : 4 فاتحة ثابتة في كل كيس، وهي ترجمة مجهرية مباشرة لتفرز الحليلات بالتساوي.
  7. ثبات هذه النسبة يثبت أن العبور يشرك كروماتيدتين غير شقيقتين فقط من أصل أربع.
  8. المسافة مورثة–سنترومير = ½ × نسبة الأكياس بعد الاختزالية، بسقف نظري قدره 50 cM.

الدرس الموالي

الدرس 31: التحليل الوراثي عند أحاديات الصيغة الصبغية — الهجونة الثنائية والرباعيات. بعد تحليل مورثة واحدة بالنسبة لسنتروميرها، ننتقل إلى تتبّع مورثتين في آن واحد: تصنيف الرباعيات إلى نمط أبوي ثنائي، ونمط أبوي رباعي، ونمط معاد التركيب، واستنتاج استقلال المورثتين أو ارتباطهما وحساب المسافة بينهما.

L'analyse génétique chez les organismes haploïdes : monohybridisme et ordre des spores

Objectifs de la leçon

À la fin de cette leçon, vous devez être capable de :

  • justifier l'intérêt des organismes haploïdes comme matériel d'analyse génétique ;
  • décrire le cycle de Sordaria, expliquer la formation de l'asque et la raison pour laquelle il contient huit spores ;
  • expliquer la conservation de l'ordre des produits de la méiose dans l'asque et son rôle dans la logique de l'analyse ;
  • distinguer les asques à ségrégation préréductionnelle des asques à ségrégation postréductionnelle d'après l'ordre des spores ;
  • rendre compte de chaque type d'asque par la position du crossing-over relativement au centromère ;
  • calculer la distance entre un gène et son centromère à partir des proportions d'asques, et justifier le facteur ½ de la formule ;
  • exploiter l'analyse des asques pour démontrer que le crossing-over n'implique que des chromatides non sœurs.

1. Pourquoi l'analyse génétique chez les haploïdes ?

Chez les organismes diploïdes, l'allèle dominant masque la présence de l'allèle récessif, et les produits de la méiose ne s'observent pas directement : ils se déduisent statistiquement d'une descendance nombreuse. Chez certains organismes haploïdes, et notamment les ascomycètes comme Sordaria et Neurospora, quatre avantages décisifs se conjuguent :

Avantage Conséquence méthodologique
Ploïdie haploïde (n) Le phénotype traduit directement le génotype : ni dominance ni allèle masqué
Le zygote entre directement en méiose Les produits d'une seule méiose restent groupés, sans mélange avec ceux d'autres cellules
Les quatre produits sont réunis dans un même asque Possibilité d'analyser la tétrade comme unité, et non l'ensemble des gamètes
Asque étroit et rectiligne chez Sordaria Conservation de l'ordre spatial des produits : le comportement des chromosomes devient directement lisible

2. Le modèle expérimental : Sordaria macrospora

2.1 Le cycle

Sordaria est un ascomycète à cycle haplophasique : le champignon lui-même est un mycélium haploïde (n). Lorsque deux souches se rencontrent, une fécondation forme un zygote (2n) qui est la seule cellule diploïde de tout le cycle ; il entre directement en méiose à l'intérieur d'un asque étroit :

méiose (4 noyaux haploïdes) → une mitose de chaque noyau → 8 ascospores alignées sur une seule rangée.

2.2 Pourquoi l'ordre est-il conservé ?

L'asque est un tube étroit qui interdit tout glissement latéral des noyaux : les fuseaux de division s'orientent tous dans l'axe de l'asque, de sorte que chaque noyau reste à la place que lui a assignée sa ségrégation. L'ordre des spores, du haut vers le bas, reflète donc l'ordre de séparation des chromosomes sur le fuseau. Cette propriété fonde tout ce qui suit.

2.3 Le gène étudié

On utilise habituellement un gène contrôlant la couleur de la spore, avec deux allèles :

  • un allèle donnant une spore noire (souche sauvage) ;
  • un allèle donnant une spore claire (beige ou incolore, souche mutante).

La couleur est un critère phénotypique lisible directement au microscope, spore par spore, ce qui fait de ce gène un marqueur idéal.

Image 1 — en préparation
Description

Schéma scientifique pédagogique de style manuel universitaire, illustration vectorielle plate aux traits nets et couleurs sobres, présentant le cycle de développement de *Sordaria* sous forme d'un anneau circulaire fléché. Éléments de l'anneau : deux mycéliums haploïdes de couleurs différentes (l'un portant l'allèle « spore noire », l'autre l'allèle « spore claire ») qui se rencontrent, puis une flèche annotée « fécondation » menant à une cellule unique annotée « zygote (2n) » dessinée dans une teinte distinctive, puis une flèche annotée « méiose » menant à quatre noyaux dans un asque tubulaire étroit, puis une flèche annotée « mitose » menant à huit spores alignées sur une rangée dans l'asque, quatre noires et quatre claires, puis une flèche annotée « germination » reformant un mycélium haploïde. L'arc de la phase haploïde est ombré en bleu clair et le point de la phase diploïde mis en évidence en vert. Annotation par flèches de : mycélium, asque, ascospore, zygote. Fond blanc épuré, annotations en français, grande rigueur scientifique


3. L'analyse des asques en monohybridisme

Lorsqu'on croise une souche « spore noire » avec une souche « spore claire », le zygote porte les deux allèles (n⁺ / n). Comme l'asque contient toujours 4 spores de chaque type, la question n'est pas celle des proportions mais celle de l'ordre.

3.1 Deux types fondamentaux d'asques

Type Ordre des spores Dénomination
Type 1 4 noires / 4 claires (ou l'inverse) Ségrégation préréductionnelle
Type 2 2/2/2/2 ou 2/4/2 Ségrégation postréductionnelle

3.2 Interprétation du premier type : séparation des allèles en première division

En l'absence de crossing-over entre le gène et le centromère, chaque homologue porte deux chromatides identiques pour ce locus. Comme la première division de méiose sépare les chromosomes homologues, les deux allèles sont séparés dès cette division : chaque pôle ne reçoit qu'un seul allèle, à l'état pur.

Résultat : quatre spores d'un type puis quatre de l'autre, soit 4/4. D'où le terme « préréductionnelle » : la ségrégation s'est faite à la division réductionnelle (la première).

3.3 Interprétation du second type : séparation des allèles en seconde division

Si un crossing-over survient entre le locus du gène et le centromère, deux chromatides non sœurs échangent les segments porteurs des allèles. Chaque homologue porte alors deux chromatides différentes pour ce locus. La première division ne peut donc plus séparer les allèles : leur séparation est reportée à la seconde division, celle qui sépare les chromatides sœurs.

Résultat : une alternance en 2/2/2/2 ou en 2/4/2, selon l'orientation des chromosomes sur les fuseaux. D'où le terme « postréductionnelle ».

Image 2 — en préparation
Description

Schéma scientifique pédagogique de style manuel universitaire, illustration vectorielle plate et précise, divisée en deux colonnes parallèles intitulées « Sans crossing-over : ségrégation préréductionnelle » et « Avec crossing-over : ségrégation postréductionnelle ». Chaque colonne présente de haut en bas quatre étapes : (1) un bivalent en prophase I formé d'un chromosome bleu à deux chromatides portant l'allèle « noir » et d'un chromosome rouge à deux chromatides portant l'allèle « clair », avec un point de crossing-over dessiné entre le locus et le centromère dans la seconde colonne seulement ; (2) l'anaphase I avec séparation des homologues ; (3) l'anaphase II avec séparation des chromatides ; (4) l'asque final à huit spores ordonnées, présentant dans la première colonne 4 noires puis 4 claires, et dans la seconde 2 noires, 2 claires, 2 noires, 2 claires. Les centromères sont figurés par de petits disques noirs et le locus du gène par un point coloré sur chaque chromatide. Annotation par flèches de : centromère, locus du gène, point de crossing-over, chromatides non sœurs. Fond blanc, annotations en français, composition symétrique et scientifiquement exacte

3.4 Les six types possibles

En tenant compte des orientations des chromosomes sur les deux fuseaux, on n'observe que six ordres :

Ordre Type
noire noire noire noire / claire claire claire claire préréductionnel
claire claire claire claire / noire noire noire noire préréductionnel
2 noires / 2 claires / 2 noires / 2 claires postréductionnel
2 claires / 2 noires / 2 claires / 2 noires postréductionnel
2 noires / 4 claires / 2 noires postréductionnel
2 claires / 4 noires / 2 claires postréductionnel
Image 3 — en préparation
Description

Schéma scientifique pédagogique en illustration vectorielle plate et épurée, présentant les six types d'asques possibles en monohybridisme chez *Sordaria*. Six asques tubulaires verticaux sont dessinés côte à côte, chacun contenant huit spores ovales alignées sur une rangée, colorées en noir ou en beige clair selon le type, dans l'ordre suivant de gauche à droite : asque 1 (4 noires puis 4 claires), asque 2 (4 claires puis 4 noires), asque 3 (2 noires, 2 claires, 2 noires, 2 claires), asque 4 (2 claires, 2 noires, 2 claires, 2 noires), asque 5 (2 noires, 4 claires, 2 noires), asque 6 (2 claires, 4 noires, 2 claires). Au-dessus des deux premiers asques, un bandeau de titre d'une teinte claire porte la mention « ségrégation préréductionnelle — sans crossing-over » ; au-dessus des quatre autres, un bandeau d'une autre teinte porte la mention « ségrégation postréductionnelle — avec crossing-over ». Sous chaque asque est inscrite la formule numérique de l'ordre (4/4, 2/2/2/2, 2/4/2). Fond blanc, annotations en français, dessin régulier et harmonieux

Observation essentielle : quel que soit le type, le rapport 4 noires : 4 claires reste constant dans chaque asque. C'est en soi une démonstration expérimentale directe du fait que la méiose répartit les deux allèles à parts égales entre les quatre produits — la traduction microscopique de la loi de ségrégation des allèles.

Démonstration supplémentaire : si le crossing-over impliquait les quatre chromatides, on pourrait obtenir des asques dont le rapport diffère de 4/4. Le fait que cela ne s'observe jamais prouve que le crossing-over n'implique que deux chromatides non sœurs sur quatre, comme cela avait été établi théoriquement à la leçon 27.


4. Calcul de la distance gène–centromère

4.1 La formule

Dans chaque asque postréductionnel, le crossing-over n'a concerné que deux chromatides sur quatre : la moitié des spores qui en résultent sont donc recombinées. Or la distance génétique se définit par la proportion de produits recombinés (et non d'asques) ; il faut donc multiplier la proportion d'asques par ½ :

d (en centimorgans) = ½ × (nombre d'asques postréductionnels ÷ nombre total d'asques) × 100

4.2 Justification du facteur ½

L'erreur classique consiste à oublier ce facteur. Sa justification est immédiate :

  • un asque postréductionnel compte 8 spores, dont 4 seulement proviennent des deux chromatides impliquées dans l'échange ;
  • la proportion de spores recombinées dans cet asque est donc de 4/8 = ½ ;
  • par conséquent, la proportion d'asques postréductionnels vaut le double de la proportion de produits recombinés.

5. Application numérique résolue

Données : un croisement a été réalisé entre deux souches de Sordaria macrospora, l'une à spores noires, l'autre à spores claires. L'analyse de 1000 asques a donné :

Type d'asque Effectif
4 noires / 4 claires 420
4 claires / 4 noires 420
2/2/2/2 (les deux variantes) 96
2/4/2 (les deux variantes) 64

Questions : (a) classer les asques ; (b) déduire ce qui s'est produit dans les asques postréductionnels ; (c) calculer la distance gène–centromère ; (d) vérifier le rapport des spores noires aux spores claires sur l'ensemble de l'échantillon.

Résolution

(a)

  • asques préréductionnels : 420 + 420 = 840 ;
  • asques postréductionnels : 96 + 64 = 160 ;
  • total = 1000 asques. Proportion d'asques postréductionnels = 160/1000 = 16 %.

(b) Dans chacun de ces 160 asques est survenu au moins un crossing-over entre le locus du gène et le centromère, ce qui a reporté la séparation des allèles à la seconde division de méiose.

(c) Distance :

d = ½ × 16 = 8 cM

Le gène est donc situé à 8 centimorgans de son centromère.

(d) Chaque asque contient 4 spores noires et 4 claires, quel que soit son type :

  • nombre total de spores = 1000 × 8 = 8000 ;
  • spores noires = 1000 × 4 = 4000 ; spores claires = 4000 ;
  • rapport = 50 % / 50 %, soit 1 : 1.

Lecture : ce rapport 1:1 est invariant et n'est pas affecté par le crossing-over ; celui-ci modifie l'ordre des spores, non leurs proportions. Ici, l'information génétique utile est dans l'ordre, pas dans les effectifs.

Piège possible : si le résultat était fourni sous la forme « proportion de spores recombinées = 8 % », la distance vaudrait 8 cM directement, sans multiplication par ½, ce facteur ne servant qu'à passer de la proportion d'asques à celle de spores. Déterminer si les données portent sur des asques ou sur des spores est donc le tout premier réflexe.


6. Erreurs fréquentes et pièges d'examen

Erreur fréquente Correction
Oublier le facteur ½ dans le calcul de la distance gène–centromère La proportion d'asques postréductionnels vaut le double de celle des spores recombinées
Multiplier également par ½ une proportion de spores recombinées Le facteur ne concerne que les asques ; une proportion de produits donne directement la distance
Attendre des rapports phénotypiques autres que 4/4 dans un asque Le rapport 4/4 est constant ; le crossing-over modifie l'ordre, pas les proportions
Voir dans un asque 4/4 la preuve d'une absence totale de crossing-over Il prouve seulement l'absence de crossing-over entre le gène et le centromère ; un échange ailleurs reste invisible avec ce marqueur
Confondre « préréductionnel » et « issu de la seconde division » Préréductionnel = séparation des allèles à la première division
Considérer les huit spores comme les produits directs de la méiose Les produits sont quatre ; les huit résultent d'une mitose ultérieure, d'où la lecture par paires
Oublier que deux spores voisines portent le même allèle Elles dérivent du même noyau méiotique et ne peuvent donc pas différer (hors conversion génique, très rare)
Expliquer le type 2/4/2 par un double crossing-over C'est un asque postréductionnel ordinaire à un seul échange ; la différence avec 2/2/2/2 tient à l'orientation des chromosomes sur les seconds fuseaux
Admettre une distance gène–centromère supérieure à 50 cM Le plafond est de 50 cM, correspondant à 100 % d'asques postréductionnels
Oublier qu'ici phénotype et génotype coïncident L'organisme est haploïde : ni dominance ni allèle masqué
Généraliser la conservation de l'ordre à tous les ascomycètes Elle vaut chez Sordaria et Neurospora du fait de l'étroitesse de l'asque ; les asques non ordonnés ne permettent pas ce calcul
Attribuer la diversité des asques à des cellules mères différentes Chaque asque correspond à une méiose unique ; la diversité reflète les événements, non l'origine

7. Bilan

  1. Les organismes haploïdes sont un matériel privilégié d'analyse génétique : le phénotype traduit le génotype et les produits d'une même méiose restent groupés dans un asque.
  2. Chez Sordaria, le zygote est la seule cellule diploïde et entre directement en méiose dans un asque étroit qui conserve l'ordre des produits.
  3. Les spores sont au nombre de huit parce que chaque noyau méiotique subit une mitose ; l'asque se lit donc par paires.
  4. Un asque 4/4 traduit une ségrégation préréductionnelle : les allèles se sont séparés en première division, faute de crossing-over entre le gène et le centromère.
  5. Un asque 2/2/2/2 ou 2/4/2 traduit une ségrégation postréductionnelle : un crossing-over a reporté la séparation des allèles à la seconde division.
  6. Le rapport 4 noires : 4 claires est constant dans chaque asque : c'est la traduction microscopique de la ségrégation égale des allèles.
  7. Cette constance démontre que le crossing-over n'implique que deux chromatides non sœurs sur quatre.
  8. La distance gène–centromère vaut ½ × la proportion d'asques postréductionnels, avec un plafond théorique de 50 cM.

Leçon suivante

Leçon 31 : L'analyse génétique chez les haploïdes — dihybridisme et tétrades. Après l'analyse d'un gène par rapport à son centromère, nous suivrons deux gènes simultanément : classement des tétrades en ditype parental, ditype recombiné et tétratype, déduction de l'indépendance ou de la liaison des deux gènes, et calcul de la distance qui les sépare.