Conditions d'observation et analyse génétique
Importance des conditions d'observation pour l'analyse génétique
Selon les conditions (degré de ploïdie, milieu nutritif, température, présence ou absence d'une substance toxique), il est possible ou non d'observer un phénotype particulier correspondant à un génotype donné.
Pour une bonne maîtrise de l'analyse génétique, il est indispensable d'avoir conscience des conditions expérimentales et des conséquences que cela implique.
Degré de ploïdie
Il est essentiel de connaître le degré de ploïdie de l'organisme avec lequel on travaille, cela est déterminant pour les conclusions que l'on peut tirer d'une expérience et des observations qui y sont associées. C'est pourquoi cet aspect est traité en détail dans les titres suivants : "Observation à l'état haploïde" et "Observation à l'état diploïde".
Caractères morphologiques
Les caractères utilisés pour décrire un phénotype peuvent concerner la forme ou la couleur (d'une colonie, d'une spore, des yeux, des ailes... selon l'organisme considéré), ou bien l'aspect des colonies ou des tapis mycéliens : ces caractères morphologiques sont en général directement observables.
Dans certains cas, il peut être nécessaire de faire appel à un instrument d'optique, par exemple une loupe binoculaire pour observer les spores d'un champignon ascomycète.
Exemple :
Prenons l'exemple du champignon Neurospora crassa .
Pour savoir que les souches sauvages ont des spores colorées en brun foncé et qu'il existe par ailleurs des souches dont les spores sont blanches parce que dépourvues de pigment, il faut se mettre en condition de voir des spores, c'est alors seulement que l'on peut faire cette observation :
Cela nécessite tout d'abord d'avoir effectué un croisement entre deux souches de types conjuguants compatibles, en effet le phénotype "couleur des spores" ne se voit pas sur le mycélium et, pour obtenir des spores, il faut une fécondation entre organes mâles et femelles, puis méiose des zygotes obtenus (détails dans 'suivant' en sélectionnant "Une méiose particulière donne des asques à spores ordonnées, un exemple : Neurospora crassa") ;
Par ailleurs, il faut disposer d'une loupe binoculaire car, bien que l'on puisse les percevoir à l'oeil nu, on ne peut vraiment observer correctement les spores qu'en utilisant un instrument grossissant. (Rem : indiquer ici la taille de spores de Neurospora.)
Pourtant toutes les cellules d'une souche donnée contiennent le même allèle, sauvage ou muté, dans leur génome, mais seules les spores l'expriment par la présence ou l'absence de pigmentation brune.
Complément : Caractères 'métaboliques' (ou 'biochimiques')
D'autres caractéristiques peuvent être décrites en choisissant des conditions qui permettent leur mise en évidence. Ainsi, en utilisant des milieux appropriés il est possible de caractériser les besoins nutritifs des cellules (auxotrophies), des résistances à des substances toxiques ou à des agents pathogènes, etc. Des exemples illustrant différents cas cités ici sont développés dans la suite du chapitre.
Voyons dès à présent comment il est possible :
de caractériser une souche auxotrophe, incapable de synthétiser au moins un métabolite essentiel indispensable à sa perpétuation, qui exige donc que ce métabolite soit apporté dans son milieu nutritif, et de la distinguer expérimentalement d'une souche prototrophe qui produit elle-même tout ce qui est nécessaire à son développement et à sa croissance à partir d'un milieu nutritif minimum, composé simplement d'eau, d'un sucre (source de carbone et d'énergie), de sels minéraux (source d'azote minéral, oligoéléments) et de vitamines si nécessaire.
En fait, par définition, un milieu minimum ne permet la croissance que de cellules (souches) prototrophes. Donc, si on utilise un milieu minimum, l'absence de croissance d'une souche, capable par ailleurs de croître en milieu complet (témoin positif), indique que cette souche est auxotrophe.
Milieu → Souche | Milieu complet (témoin positif) | Milieu minimum |
Prototrophes (témoin positif) phénotype [Aux+] | Croissance | Croissance |
auxotrophes phénotype [Aux-] | Croissance | Pas de croissance |
Sur le milieu complet, prototrophes et auxotrophes ont le même phénotype : CROISSANCE On ne peut pas distinguer auxotrophes et prototrophes | Sur le milieu minimum, auxotrophes et prototrophes ont des phénotypes différents : NON CROISSANCE ET CROISSANCE, respectivement On peut distinguer auxotrophes et prototrophes |
On peut faire ce type d'expérience avec de nombreux organismes : une souche de levure (haploïde ou diploïde, les informations obtenues auront une signification différente) ou bien une souche de Neurospora crassa (cette fois-ci c'est sur le mycélium que portera l'observation et dont on établira le comportement : croissance ou non-croissance sur tel ou tel milieu) ou bien encore une souche bactérienne...
Pour établir quel est le métabolite manquant, il faudra utiliser d'autres milieux. Ainsi on ne peut caractériser un mutant auxotrophe pour le tryptophane que par comparaison de la croissance en présence de tryptophane (témoin positif) d'une part, et en absence de tryptophane, d'autre part. Par contre, sur ces milieux, il ne sera jamais possible de préciser si un mutant auxotrophe est auxotrophe pour l'adénine ou l'arginine. En quelque sorte on peut dire que l'on ne trouve que ce que l'on cherche.
Milieu → Souche | Milieu complet (témoin positif) | Milieu complet (témoin négatif) | Milieu minimum supplementé avec tryptophane | Milieu minimum supplementé avec adénine | Milieu minimum supplementé avec arginine |
Prototrophe souche de référence (témoin positif) phénotype [Try+Ade+Arg+] | Croissance | Croissance | Croissance | Croissance | Croissance |
Auxotrophe pour le tryptophane, phénotype [Try-] ou [Try-Ade+Arg+] | Croissance | Pas de croissance | Croissance | Pas de croissance | Pas de croissance |
Auxotrophe pour l'adéninephé notype [Ade-][Try+Ade -Arg+] | Croissance | Pas de croissance | Pas de croissance | Croissance | Pas de croissance |
Auxotrophe pour l'arginine phénotype [Arg-][Try+Ade+Arg-] | Croissance | Pas de croissance | Pas de croissance | Pas de croissance | Croissance |
Fondamental :
Il faut bien distinguer le génotype d'un individu, c'est à dire la combinaison des allèles de ses gènes, de son phénotype, à savoir les caractères effectivement exprimés par cet individu.
Cette distinction est primordiale, en effet :
des génotypes différents (dans l'exemple ci-dessus : celui de la souche sauvage et celui des souches mutantes) peuvent produire le même phénotype dans certaines conditions (milieu complet dans cet exemple) ;
par contre, le même génotype peut conduire à des phénotypes différents selon les conditions : dans l'exemple qui précède, chaque souche mutante auxotrophe a un phénotype de croissance sur milieu complet, alors qu'elle est incapable de croître sur milieu minimum.
On peut tout à fait généraliser ce qui précède à des mutants thermosensibles, à l'étude de la résistance à un antibiotique, à une toxine ou à un agent pathogène, mais aussi à l'analyse du spectre d'hôtes d'un parasite qu'il soit ou non pathogène, dès lors qu'un phénotype différent peut être associé à sa présence ou à son absence.