Sam dt

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Sam dt

  1. 1. Sélection Assistée par MarqueursPrincipe : révéler des marqueurs de polymorphismegénétique associés avec le polymorphisme de caractère àsélectionnerL’amélioration du phénotypage (instrumentationpour l’acquisition rapide de données en lien avec lescaractères d’intérêt) facilite l’identification demarqueurs diagnostics Source LemnaTechLe génotypage à haut débit accélère la sélection desindividus portant les bons allèles (sur les marqueursen liaison génétique avec le caractère) et le contrôledu fond génétique (pour le reste du génome)
  2. 2. Déterminisme des caractèresCaractères « qualitatifs » (simples) • Contrôlés par un gène • Sans effet fort du milieuCaractères « complexes » • Contrôlés par plusieurs gènes • Avec effets du milieuIdéal du sélectionneur:• avoir repéré TOUS ces gènes sur leschromosomes• pouvoir suivre leurs allèles au coursdes processus de sélection
  3. 3. Le génotypage, c’est (de + en +) facile génome gène séquence A T GInd1 G T Toute une panoplie de cM C marqueurs génétiques, T Positionnés le long du A T génome en fonction desInd2 G fréquences de C T recombinaison… C T
  4. 4. Le phénotypage (pour les caractères d’intérêt du sélectionneur), c’est souvent bien plus complexe…
  5. 5. Notion d’héritabilité Variation génétiqueHéritabilité: additive = transmissible, accessible à la sélection
  6. 6. Le problème: comment associer génotype et phénotype?Idéal: association au plus près du polymorphisme causal
  7. 7. A la base: le déséquilibre de liaison Association directe Association indirecteSNP Chromosome Polymorphisme DL responsable de la variation D’après Hirschborn and Daly, 2005 phénotypique DL = Association non aléatoire entre des allèlesCodon STOP à des locus différents auVariation d’expression… sein d’une population Attention, le DL peut-être causé par d’autres facteurs !
  8. 8. Etude de caractères à déterminisme génétique simple• Un caractère à déterminisme génétique simple est contrôlé par un seul gène • exemple: la couleur jaune du fruit du piment INRA Avignon
  9. 9. La couleur jaune du piment y+y+ yy Croisement y+y Autofécondation 1/4 yy + 1/2 y+y + 1/4 y+y+Le caractère ségrège dans la population F2Mutation récessive contrôlée par un gène y
  10. 10. Marquage moléculaire de y CD25 Croisement T16_1.6 CT204 Autofécondation y chromosome indigoLe marqueur CT204 marque la mutation y (aux recombinaisons près)
  11. 11. La couleur du fruit de piment Dernière étape de synthèse des keto- caroténoïdes contrôlée par le gène C.C.S.anthéraxanthine violaxanthine C.C.S. capsanthine capsorubine Bouvier et al., 1994
  12. 12. La couleur du fruit de piment Cartographie de CCS CD25 T16_1.6 CT204 y CCS chromosome indigo Lefebvre et al., 1998Le polymorphisme de CCS marque à 100% la mutation y du piment
  13. 13. Etude de caractères complexes Caractères quantitatifs, à distribution normale B N 5 4 3 2 1 0 % saccharose 10 12 14 16 18 20 snv.jussieu.fr Exple: Teneur en saccharose dans la racine de betteraveComment identifier des régions génétiques controlant les caractères complexes?
  14. 14. Les caractères quantitatifs:décomposition en plusieurs locus à effet discret • Variation continue • Contrôlés par plusieurs gènes /plusieurs locus: les QTL (Quantitative Trait Loci), d’effets variables
  15. 15. La notion de QTL (Quantitative Trait Locus) - Tout locus impliqué dans la variation d’un caractère quantitatif :un QTL rend compte d’une part de la variation du caractère dans la population (R2) - Tout locus pour lequel une substitution allélique modifie la valeur du caractère (a) Un QTL n’est jamais seul ! Un QTL est par définition polymorphe !
  16. 16. But de l’analyse de QTL• On veut connaître: – le nombre de locus en cause – leur position dans le génome – leurs effets sur la variation du caractère – leur robustesse – leurs caractéristiques génétiques (dominance, additivité, épistasie…)• Les marqueurs qui repèrent les QTL (les plus importants) pourraient alors être utilisés en sélection
  17. 17. Principe de l’analyse de QTL• On cherche sil existe une liaison statistique entre les allèles aux marqueurs et le phénotype des plantes Soit dans une population en ségrégation (QTL, analyse par liaison génétique) Soit dans la variation présente dans les populations naturelles (Génétique d’association)
  18. 18. Cartographie par Cartographie par liaison association • Au départ: un croisement • Au final: une collection entre des parents connus représentative ? Croisement Quelques entre deux individus lignées fondateurs n générations Peu de générationsMaille grossière Maille plus fine
  19. 19. Relation entre la masse de la graine de haricot et sa pigmentation sur une descendance (179 F2) (Karl Sax, 1923)Génotype Couleur Masse 30,7 ± 0,6 - Un (des) facteur (s) P/P contrôlant la masse au voisinage de chacun de ces gènes 28,3 ± 0,3 P/p - La recombinaison peut faire diminuer la corrélation p/p 26,4 ± 0,5 Notion de marqueur de gène à effet quantitatif
  20. 20. Variation fonctionnelle dans le gène Dwarf8 du maïs (Thornsberry et al. 2001) 2 Amino Acid MITE Deletion Indel SH2 Domain 1,8 Days to Silking relative to B73Sur 92 lignées de maïs 1,6de diverses origines (en 1,4contrôlant la structure de la associationpopulation), 1,2avec la date de floraison 1et la hauteur sur 12 0,8environnements. 0,6 D8 SH2 Variant
  21. 21. Eléments nécessaires à la détection de QTL par liaison génétique• Une descendance en ségrégation – Produite en quelques générations: on s’affranchit des contraintes évolutives de la génétique des populations – Le DL est directement lié à la liaison physique sur un chromosome• Une carte génétique de bonne qualité• Une évaluation fiable du caractère
  22. 22. Les populations de NB: Ce qui permet Parents de distinguer lecartographie de QTL X jaune du rouge, ce sont des BC marqueurs polymorphes entre F1 les parents du2 classes : AA et AB croisement x P2 BC génotypage en BC phénotypage en BC ou mélange de BC1S1
  23. 23. Les populations de Parentscartographie de QTL X HD F12 classes : AA et BB Androgénèse lignées HD génotypage et phénotypage en HD
  24. 24. Les populations de Parentscartographie de QTL X F2 F13 classes : AA, AB, BB F2 génotypage en F2 phénotypage en F2 ou mélange de F3
  25. 25. Les populations decartographie de QTL Parents X Lignées recombinantes RIL F1 2 classes : AA et BB F2 LR
  26. 26. Les populations decartographie de QTL F1 Parents Parents hétérozygotes X F1 génotypage et phénotypage en F1 une carte de chaque parent Jusquà 4 classes : AC, AD, BC, BD
  27. 27. Eléments nécessaires à la détection de QTL par liaison génétique• Une descendance en ségrégation• Une carte génétique de bonne qualité • pour chaque individu de la descendance, disposer du génotype à un ensemble de marqueurs régulièrement répartis sur les chromosomes• Une évaluation fiable du caractère
  28. 28. Utilisation de marqueurs moléculaires: liaison génétique A, a: 2 allèles du locus A A a B, b: 2 allèles du locus B B bAu sein d’un individu Aaou d’un ensemble d’individus F1 Bb Marqueur co-dominant
  29. 29. Rétro-croisement de la F1 avec un parent: Backcross Locus A X Parents Locus B Gamètes P R P Desc. BC Codo. 7/16 1/16 1/16 7/16 P R R P
  30. 30. X Parents Gamètes P R P Desc. BC Codo.4/16 4/16 4/16 4/161 1 1 1 P R R P
  31. 31. Constitution d’une carte génétique 1. Identification de groupes de marqueurs liés entre eux : Indépendance génétique / liaison génétique Définition des groupes de liaison2. Ordonner les marqueurs d’un groupe de liaison Estimation du taux de recombinaison entre les marqueurs Estimation de la distance génétique entre les marqueurs mitoyens
  32. 32. Sur une carte génétique, les chromosomes sont représentés par des marqueurs ordonnés lelong de groupes de liaison Les distances entremarqueurs sont fonction des pourcentages derecombinaisons observés dans une population en ségrégation
  33. 33. Intérêt des cartes génétiques• Positionner sur les chromosomes des régions (locus) d’intérêt agronomique a M’ b m’1, m’2 c M’’ d m’’1, m’’2 e M f m1, m2... g
  34. 34. Eléments nécessaires à la détection de QTL par liaison génétique• Une descendance en ségrégation• Une carte génétique de bonne qualité• Une évaluation fiable du caractère • pour chaque individu de la descendance, disposer du phénotype pour le(s) caractère(s) considéré(s) – Dépend de l ’héritabilité du caractère et la qualité de l’évaluation du caractère – Evaluation sur des familles (HD, S1, F3, TC, RIL)
  35. 35. Analyse simple marqueurLignée Allèle au Taille ....Allèle au Taille marqueur 1 de la marqueur n de la plante plante1 B 85 A 852 A 115 B 1153 B 90 A 904 B 80 B 805 A 115 B 1156 B 83 A 837 A 118 A 1188 A 120 B 1209 A 115 A 11510 B 82 B 82Moyenne A 117 A 98 B 84 B 102
  36. 36. Recherche de QTL valeur du caractère QTL(Population F2) AA AB BB génotype au marqueur Mo Régression du nombre d’allèles B sur la valeur du phénotype Phénotype = β X + b (X: nb d’allèles B, β : pente). J’accepte H0 Je teste hypothèse nulle H0: β = 0
  37. 37. Recherche de QTL valeur du caractère QTL Il existe un QTL au voisinage de M1(Population F2) AA AB BB génotype au marqueur M1 Régression du nombre d’allèles B sur la valeur du phénotype Je refuse H0 Phénotype = β X + b (X: nb d’allèles B, β : pente). Je teste hypothèse nulle H0: β = 0
  38. 38. Dominance et additivité valeur du caractère mbb a = (mbb - maa ) /2 mab d (mbb + maa ) /2 d = mab - (mbb + maa ) /2 maa AA AB BB(Population F2)
  39. 39. Localisation des QTL sur la carte génétique du croisement
  40. 40. Localisation des QTL sur la carte génétique du croisement: cartographie d’intervalle Valeur seuil du LOD V(présence QTL) (a, d) LOD = log10 -------------------- V(absence QTL) (a=0, d =0) A chaque point (défini par sa distance aux marqueurs flanquants) on estime la vraisemblance d’avoir un QTL au voisinage de ce point
  41. 41. Tests statistiques de détection de QTL • Méthode basée sur le maximum de vraisemblance (Lander and Botstein, 1989) Test de LOD score (LOD="log of the odd ratio") L( a , d ) vraisemblance " il y a un QTL" LOD = log10 = log10 L(a = 0, d = 0) vraisemblance " il n y a pas de QTL" • Choix d’un seuil de LOD (2 ou 3), au delà duquel l’existence d’un QTL est fortement probable • LOD = 3 : existence d’un QTL 1000 fois plus probable que son absence LODLODscore = 3 Q
  42. 42. Exemples de recherche et utilisation des QTL: végétaux• Couleur de la tomate et teneur en caroténoïdes Couleur Carotène Couleur Couleur 9 Lycopène Carotène 4a1 Carotène 2 3
  43. 43. Vers la caractérisation des QTL…• Cartographie fine et clonage de gènes • exemple chez le riz: – QTL de sensibilité / photopériode = facteur de transcription – Mutation sd-1 (semi-dwarf)= altération dans un gène de GA-20 oxydase • exemple chez la tomate: – QTL de taille du fruit: régulation d ’un gène homologue à un oncogène, exprimé pendant la floraison• à compléter par des études biochimiques et de transformation
  44. 44. Génétique d’association • Même principe que la recherche de QTLs, mais sur un échantillonnage de la diversité de l’espèce. Q r M Q r M 2N générationsAnalyse par pedigree:Parents connus Cartographie d’association:peu de méioses Origine inconnueLiaison génétique Beaucoup de méioses
  45. 45. DL dans les populations Q M Au temps t Q M Aujourd’huiCréation du DL Réduction du DLMutation RecombinaisonDérive génétiqueSélection La persistance du DL est reliée à laMigration liaison physique (locus très proches)Structure de population (!)
  46. 46. Principe de la génétique d’association Recherche d’une association statistique entre le polymorphisme allélique et la variation phénotypique. Haplotype 2 A A T A C G A ---------- T A A T A C G A ---------- T A A T A C G A ---------- T A A T A C G A ---------- T G A T A C A A INDEL C G A T A C A A INDEL C Haplotype 1 G A T A C A A INDEL C G A T A C A A INDEL C G A T A C A A INDEL C Panel représentatif de la diversité Haplotypes Phénotypes L’intensité de l’association dépend du déséquilibre deliaison entre marqueurs
  47. 47. A la base: le déséquilibre de liaison Attention! D’autres paramètres peuvent perturber l’équilibre de Hardy-Weinberg et les fréquences au niveau des populations – Régimes de reproduction DL – Migrations – Mutations – SélectionDL = Association non – Dérive génétiquealéatoire entre des allèles • Le but de la génétique des populations est d’étudier cesà des locus différents au différents mécanismes et leurssein d’une population effets sur l’évolution des fréquences au sein des populations.
  48. 48. Comparaison des approches Approche QTL (analyse de Génétique d’association liaison) (déséquilibre de liaison)- Croisements contrôlés: - Population « naturelles »⇒ Parents et apparentements ⇒ Parents et apparentementsconnus inconnus- Résolution faible: ⇒ Risque de structuration⇒ Peu de recombinaisons - Résolution forte⇒Nb marqueurs faibles ⇒ Bcp de recombinaisons ⇒Nb marqueurs élevés- Nb allèles faible - Nb allèles élevé Modèle génétique (analyse simple Modèle génétique: marqueur): Y=µ+M+ Q+Z+ε Y=µ+M+ε M: effet du marqueur Q: effet de la structure de la populationM: effet du marqueur Z: Effet d’apparentement
  49. 49. La SAM s’intéresse à la part génétique du déterminisme de la variation X XIl faut:1. Identifier les régions d’intérêt2. Combiner les meilleurs allèles
  50. 50. Mais, avant de lancer un programme de sélectionassistée par marqueurs, il est vivement conseillé de…• Prendre la mesure du nombre de déterminants en cause• Vérifier l’effet individuel de chaque région d’intérêt (QTL) et relations d’épistasie• Vérifier les associations non désirables sur la valeur agronomique…
  51. 51. La sélection assistée par marqueurs • Exemple: ASI du maïs (JM Ribaut, 1999) Différence entre floraison mâle et femelle 5 QTL identifiéschoix d’un génotype cibleDans un schéma de rétro-croisement
  52. 52. Ribaut et Ragot, 2006
  53. 53. Sélection assistée par marqueur pour caractères complexes 1. Identification de QTL 2. Introgression assistée par marqueurs Sélection : « mosaïque d’allèles favorables»Takeda et Matsuoka, 2008
  54. 54. Les dernières innovations en date…Robotisation etgénotypage àhaut débit Monsanto: Seed chippers …Nouvellestechnologies deséquençage

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