Cartographie g

1
Cartographie génétique
cartes génétiques
2
1- Quest-ce quune carte de liaison génétique?
2- De quoi a ton besoin pour construire une
carte génétique?
3- Pourquoi construire une carte de liaison
génétique?
3
Carte génétique

• Représentation du génome, sur laquelle sont
  placés des repères ou marqueurs, dont on connaît
  les positions relatives (locus) sur des groupes
  de liaison

Marqueur M1
Position locus
groupe de liaison chromosome
ensemble des locus liés
4
1. Couvrir les chromosomes de marqueurs
2. Déterminer la position relative de chaque
marqueur (distance génétique)
5
Chromosomes
Groupes de liaisons génétiques
6
La notion de carte génétique remonte à 1913, avec
les travaux de Morgan et Sturtevant. Publient la
première carte génétique du chromosome X avec la
position respective de 3 gènes évaluée par le
pourcentage de recombinaison . La cartographie
génétique est établie grâce aux cartes de
liaison plus deux gènes seront proches sur le
chromosome, moins ils auront de chance d'être
séparés (recombinés) au cours de la méïose. Il
est possible de localiser et d'étudier des gènes
présentant un intérêt physiologique ou
pathologique particulier sans disposer de données
de séquençage
7
Centimorgan (cM) Utilisé pour la 1ère fois par
Morgan et Sturtevant en 1913. Unité de mesure
de la distance sur la carte génétique. Lors de
la méiose, des marqueurs situés sur un même
chromosome peuvent être séparés s'il se produit
un crossing-over dans la région qui les sépare.
La probabilité qu'un tel évènement se produise
est proportionnelle à la distance qui sépare ces
marqueurs.
8
Crossing over
9
La fréquence de recombinaison ? reflète les
distances entre marqueurs
10
Le Taux de recombinaison (?) détermine la
distance entre 2 loci. Plus la distance est
grande, plus la probabilité dun crossing-over
est élevée
1 cM 1 crossing-over pour 100 méioses
11
Principes de la construction dune carte génétique

1. Création dune descendance en ségrégation
2. Caractérisation moléculaire des individus de la
   descendance
3. Utilisation doutils danalyse statistique et de
   méthodes de calculs mathématiques

12
Création dune famille en ségrégation

• Choix des parents
• maximiser les chances dobtenir du polymorphisme
  moléculaire dans la descendance
• Espèces autogames
• lignées pures nayant aucun ancêtre commun,
  croisements interspécifiques (pêcher x amandier)
  
• phénotypes contrastés qui permettent dévaluer
  les effets génétiques pour les locus impliqués
  dans lexpression des caractères dintérêt
  agronomique

13
Descendances utilisables en cartographie

• F2 autofécondation dun hybride F1
• BC (backcross ou croisement en retour) F1 x P1
• HD (haploïdes doublés) issus dandrogénèse ou de
  gynogénèse
• Bulk F3 dérivés dindividus F2 par une
  autofécondation
• Lignées recombinantes dérivées des individus F2
  par 5 à 6 générations dautofécondation sans
  sélection
• Hybrides F1, G1
• Population issue de pollinisation libre chez les
  espèces allogames (arbres forestiers)

14
Le choix dun type de descendance

• Dépend des contraintes biologiques de lespèce
• HD, LR lignées fixées, copies identiques de
  chaque plant peuvent être obtenues et analysées,
  bonne précision sur la mesure des caractères
  quantitatifs
• BC et F2 les plus utilisées, rapides à obtenir
  mais chaque individu est unique
• Pb si caractères quantitatifs affectés par le
  milieu
• Ceci nest pas un problème chez les ligneux qui
  peuvent se multiplier végétativement

Meilleur précision avec une F2 quavec une F1 ou
un BC deux fois plus dévènements méiotiques
exploitables
15
Information du taux de recombinaison (r) Degré
de précision sur lestimation de r ( inverse de
la variance de r) en fonction du type de
ségrégation
Ritter et al . 1990
Information
Il faut 2 x dindividus en BC quen F2 pour
obtenir la même précision sur r car il y a eu 2
méioses efficaces en F2
taux de recombinaison (r)
16

• Descendance F2
• une carte de lhybride F1
• Descendance F1
• deux cartes une carte pour chaque parent
• une carte consensus possible

17
Principes de la construction dune carte génétique

• Création dune descendance en ségrégation
• Caractérisation moléculaire des individus de la
  descendance
• Utilisation doutils danalyse statistique et de
  méthodes de calculs mathématiques

18
QU'EST-CE QU'UN MARQUEUR?

• Caractère phénotypique facilement détectable et à
  déterminisme génétique simple
• Notion peu récente
• marqueurs morphologiques,..inconvénients peu
  nombreux peuvent sexprimer tardivement

19
(No Transcript)
20
Marqueurs moléculaires

• Marqueurs protéiques -Isoenzymes -Protéines
  totales...
• marqueurs non neutres
• Marqueurs ADN -RFLP -RAPD -AFLP...Avantages
  très nombreux, non destructifs, nécessitent peu
  de matériel végétal. Indépendance du milieu, du
  stade de développement, marqueurs neutres...

21
polymorphe présenter différents allèles
identifiables codominants gtgt dominants site
unique dans le génometransportables ayant une
fonctioncoût le plus bas possible
Quest-ce quun bon marqueur dans une optique de
cartographie?
22
Marqueurs moléculaires

• RAPD
• RFLP
• MICROSATELLITES
• SCAR
• EST CAPS , SSCP
• SNP

23
Létude des marqueurs

• Identifier les marqueurs polymorphes
• Tester les marqueurs sur la descendance
• génotypage détermination des allèles pour
  chaque individus
• Déterminer le type de ségrégation
• Vérifier la distorsion des marqueurs (ségrégation
  mendélienne)

24
F2
M1 dominant M2 codominant
P1 M1 /- ou / M2 a1 /a1 ou a1/a2
P2 M1 -/- ou /- M2 a2/a2 ou a1/a2
H M1 /- M2 a1/a2
Ségrégation dans la descendance F2 M1 3/4 ,
1/4 - M2 1/4 a1/a1, 1/2 a1/a2, 1/4 a2/a2
25
F1Double pseudo-testcrossex marqueurs
dominants
P1 M1 Hétérozygote /- M2 Homozygote -/-
P2 M1 Homozygote -/- M2 Hétérozygote /-
Descendance F1 ségrégation 1/1
Cartographie P2 M2
Cartographie P1 M1
26
F1Double pseudo-testcrossex marqueurs
codominants
P1 M1 a1/a2 M2 a1/a1
P2 M1 a3/a4 M2 a2/a3
Descendance F1 ségrégation 1/1
Cartographie P2 M1 M2
Cartographie P1 M1
Marqueurs ponts
27
Principes de la construction dune carte génétique

1. Création dune descendance en ségrégation
2. Caractérisation moléculaire des individus de la
   descendance
3. Utilisation doutils danalyse statistique et de
   méthodes de calculs mathématiques

28

1. Tester la ségrégation de chaque marqueur
   hérédité mendélienne
2. Test de liaisons identification des groupes de
   liaisons
3. Ordonner les marqueurs au sein des groupe de
   liaisons
4. Estimer la distance entre les marqueurs
5. Saturer la carte

29
Test du ?2 pour vérifier la ségrégation
mendélienne Hérédité mendélienne (hérédité
monogénique) caractérise la transmission de
caractères due à une mutation dans un seul gène.
appliqué à chaque marqueur 1/1 marqueurs
codominants et dominant pour BC, HD 1/2/1
marqueurs codominants dans une F2 1/3
marqueurs dominants dans une F2
Exemple pour un BC de N individus et un marqueur
dominant nombre dindividus avec la bande,
observé O1, attendu E1N/2 nombre
dindividus sans la bande, observé O0, attendu
E0N/2
(O1 O0)2
(O0 E0)2
(O1 - E1)2
pour un risque ? 0.05
?2


?2 (1ddl) 3,84
N
E0
E1
30
(No Transcript)
31
Tableau des différentes ségrégations observées
pour une F1
 
32
Distorsion de ségrégation Ségrégation non
Mendélienne observées souvent dans des
descendances de croisements interspécifiques
origine biologique - liaison du marqueur
avec un locus dincompatibilité - gènes de
létalité à létat récessif - réarrangements
chromosomiques - appariements non
homologues origine statistique -
échantillonnage trop faible
33
Comment savoir si deux locus sont liés?
Cas de 2 locus L et M dans un croisement entre
deux lignée pures HD
Gamètes produits LM lm LM lm Lm lM LM
lm Lm lM a b c d
Parent 1 LL MM Parent 2 ll mm F1 LlMm Lignées
HD Fréquences observées
Gamètes recombinés
Gamètes parentaux

• Locus L et M indépendants tous les gamètes ont
  la même fréquence

Nb de gamètes parentaux Nb de gamètes recombinés

• Locus L et M liés (CO)

Nb de gamètes parentaux ?Nb de gamètes recombinés
Hypothèse à tester
34
Test de liaisons entre deux marqueurs
Test de liaisons test de ?2 Permet dévaluer
lajustement des effectifs observés aux effectifs
théoriques Hypothèse à tester H0 Nb de
gamètes parentaux Nb de gamètes recombinés
?2 (1ddl) (théoriques - parentaux)2
(théoriques - recombinés )2
théoriques
théoriques
?2 (1ddl) (n/2 a - b)2 (n/2 c - d )2
n/2
n/2
35
Intensité de la liaison? Calculer du taux de
recombinaison
nb. gamètes recombinés nb. gamètes totaux
0 lt rlt 50 r 0 locus totalement liés r 50
locus indépendants
(en )
r
r est lié à la distance séparant les 2
locus Plus grande est cette distance, plus
grande est la probabilité de CO Il nest pas
toujours possible de savoir quels sont les
gamètes parentaux et les gamètes recombinés si la
phase de marqueur est inconnu (coupling ou
respusion). Pour la connaître il faut disposer
des parents voire des grand parents En cas de
liaisons
Nb de gamètes parentaux gt Nb de gamètes recombinés
36
Notion de coupling et repulsion
2 locus A et B avec 2 allèles codominants
1 individus 4 gamètes possibles A1 B1, A1 B2,
A2 B1, A2 B2
2 situations possibles
A et B sont sur des paires de chromosomes
différents
A et B sont sur la même paires de chromosomes
2 cas possibles
A1 et B1 sont sur le même chromosome de la paire,
on dit que A1 et B1 sont en "coupling , ou ils
sont sur des chromosomes différent répulsion
4 gamètes même probabilité
Ex A1 et B1 sont en coupling
37
Génotypes parentaux
C1
A1
B1
Méiose appariement des bivalents et
crossing-over
r


A

B

Type 1 2
B

N







Type 3 t4
Type 1 2 3 4
C

Gamètes parentales et recombinantes
N
N

Type 1
Type 3
Type 5
Type 2
Type 4
Type 6
38
Estimation de r par la méthode du LOD score
(Morton 1955, Allard 1956) Intérêt dans le cas
de certaines populations, le calcul de r nest
pas possible directement (cas des populations
avec plus de 4 classes génotypiques Principe
Calcul dun rapport de vraisemblance ou LOD score
(logarithm of the odds ratio) LOD score
log10 du rapport des 2 hypothèses (liaison/non
liaison) LOD log10 (Proba liaison)
(Proba indépendance)
L
(
)
r









e

maximum de vraisemblance évaluée à r
L
(
q
)
L
O
D



l
o
g

-
-
-
-
-
-
-
-
-

1
0
maximum de vraisemblance évaluée à r0 0.5
L
(
q
)

0
r0
L
(
)







e


39
m1, , mt effectifs théoriques des individus
dans les classes de ségrégation 1,.,t, a1,.,
at nb dindividus observé dans ces classes
Vraisemblance L a1 log (m1) . at log
(mt) Maximiser la vraisemblance annuler la
dérivée par rapport à r dL /dr a1 dlog
(m1)/dr . at dlog (mt)/dr 0
LOD 3 Lexistence dune liaison est 1000 fois
plus probable que labsence dune liaison

40
Estimation du taux de recombinaison r dans le
cas dun BC
dL /dr a1 dlog (m1)/dr . at dlog
(mt)/dr 0 dL /dr a dlog (n (1-r)/2)/dr
b dlog (nr)/2)/dr c dlog (nr)/2)/dr d
dlog (n (1-r)/2 )/dr 0
r (bc)/n
41
Recombinaison entre A et B mais pas entre B et
C Recombinaison entre B et C mais pas entre A
et B
42
(No Transcript)
43
(No Transcript)
44
Fonctions de cartographie

• Les fonctions de cartographie transforment la
  fréquence de recombinaison r pour la transformer
  en distances, qui elles, sont additives d
  (centiMorgan, cM)
• Fonction de Haldane (1919)
• répartition aléatoire des crossingovers (pas
  dinterférence) c1
• d -1/2 log (1-2 r)
• Fonction de Kosambi (1944)
• tient compte des phénomènes dinterférence, C
  arbitrairement fixé à 2r
• d 1/4 log (1 2 r/1-2 r)
• Fonction de Morgan
• suppose quil ni a pas de double CO,
  interférence complète dr

45
Fonction de Kosambi tient compte des phénomènes
dinterférence Fonction de Haldane pas
dinterférence
46
Logiciels de cartographie

• LINKAGE 1 (Suiter et al. 1983)
• MAPMAKER (Lander et al. 1987)
• GMENDEL (Lui et Knapp 1990)
• JOINMAP (Stam 1993)
• CarthaGene

47
Saturation dune carte génétique
Carte saturée quand Le nombre de groupes de
liaisons est égal au nombre haploïde de
chromosome de lespèce Tout marqueur ajouté à
la carte est lié génétiquement à lun des groupes
Nb de marqueurs nécessaires (n) pour quun
pourcentage P de marqueurs ne soit éloigné de
plus de m cM dun autre marqueur sur un génome de
taille L n ln (1-P) / ln (1-2m/L) Beckmann
et Soller 1983
48
Utilisation des cartes génétiques
Identifier les régions du génome contrôlant un
caractère agronomique Marqueurs liés à un
caractère agronomique sélection assistée par
marqueurs (SAM) Cartographie fine clonage
positionnel de gènes Localiser des régions
impliquées dans des caractères complexes
QTL Comparaison des cartes étude de
synténie Organisation des génomes (ancêtre
commun) Prédiction de localisation de
gènes Etablir des ponts d'ancrage pour la carte
physique. Etudier certaines particularités de
la méiose, variation de fréquence des
recombinaisons en fonction du sexe, de la
région du génome La carte génétique de la femme
est plus grande que celle de l'homme (40)
évènements de recombinaison à la méiose sont plus
fréquents chez la F (régions centromériques).

49
(No Transcript)
50
(No Transcript)
51
(No Transcript)
52
Fichiers de cartographie (ex Mapmaker)
 
data type f2 intercross
208 164 80 symbols 1A 2H 3B 5C 4D
 
 
Individus 1
2
2
2
2
3
2
2
1
3
2
4
1
2
3
2
3
AG109
2
2
2
2
3
2
2
1
3
2
2
1
2
3
2
3
FG83
2
-
2
-
3
2
2
1
3
2
2
1
2
3
2
3
AC24
2
-
2
3
3
2
2
1
3
2
2
1
2
3
2
3
AG36
2
3
2
5
3
2
4
1
3
2
2
-
2
3
2
3
PCC8
4
3
4
4
3
4
4
4
3
4
-
4
4
3
4
3
PacD51
2
3
2
3
3
2
2
1
3
2
2
1
2
3
2
3
CPPCT10a
2
3
2
3
3
2
2
1
3
2
2
1
2
3
2
3
UDP96018
2
3
2
3
3
2
2
1
3
2
2
1
2
3
2
3
MDH1
4
3
4
3
3
4
4
4
3
4
4
4
4
4
4
3
pCT_CAT3
4
3
4
3
4
3
4
4
3
4
4
4
4
4
4
3
eAC_CAG11
5
5
-
5
5
5
5
5
5
5
1
5
5
5
-
5
CPSCT008
2
3
2
-
-
3
2
2
3
2
1
2
2
2
2
3
CPPCT24a
4
3
4
4
3
-
4
4
3
4
4
4
4
4
4
3
eAC_CA2
2
3
2
2
3
3
2
2
3
2
1
3
2
-
2
3
EMPA001
Marqueurs
53

Output from
Sun Oct 03 140644 2005


MAPMAKER/EXP
(version 3.0b)



data from
'JFTQTL10.TXT' are loaded F2 intercross data
(208 individuals, 164 loci) 'photo' is on file
is 'JF10.PHO' 3gt seq all sequence 1 all 4gt
group 5.0 Linkage Groups at min LOD 5.00, max
Distance 50.0 group1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28
29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 ------- group2 39
40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54
------- group3 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67
68 ------- group4 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79
80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 ------- group5
91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104
105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116
117 118 119 120 121 122 123 ------- group6 124
125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136
137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148
------- group7 149 150 151 152 153 154 155 156
157 158 159 160 161 162 163 164 -------
Définition des groupes de liaison
54
7gt map
Map Markers
Distance 1 AG109 1.5 cM 2
FG83 2.6 cM 3 AC24 0.0 cM
4 AG36 0.0 cM 5 PCC8
3.6 cM 6 PacD51 4.1 cM 7
CPPCT10a 2.0 cM 8 UDP96018 2.9 cM
9 MDH1 2.0 cM 10 pCT_CAT3
7.7 cM 11 eAC_CAG1 1.2 cM 12
CPSCT008 3.6 cM 13 CPPCT24a 4.7 cM
14 eAC_CA2 6.3 cM 15 EMPA001
0.8 cM 16 AG116 4.9 cM 17
CPPCT032 1.0 cM 18 ECUP5331 0.9 cM
19 CPPCT10c 1.4 cM 20 BPPCT21a
0.7 cM 21 AG25c 0.7 cM 22
eAA_CAA2 1.4 cM 23 PaCITA18 0.7 cM
24 PC26 0.7 cM 25 eAC_CAT2
0.4 cM 26 eAA_CA1 0.3 cM 27 CC9
0.0 cM 28 eAC_CAG1 3.6 cM 29
AC47 1.5 cM 30 AC32 3.9 cM
31 AG9 20.9 cM 32 BPPCT21b
4.5 cM 33 PC7 9.3 cM 34 pms67
29.7 cM 35 UDP98022 1.2 cM 36
BPPCT028 1.3 cM 37 M15a 1.5 cM
38 eAGA_CAT ----------
133.5 cM 38 markers log-likelihood -615.16
Calcul des distances entre marqueurs
cent func kos centimorgan function Kosambi 6gt
seq 1-38 sequence 2 1-38