Une directive pour la construction de cartes génétiques pour différentes populations

Qu'est-ce qu'une carte génétique ?

Construction de cartes génétiques Pour différentes populations, c'est un processus fondamental dans la recherche en génétique des plantes, nous permettant d'obtenir des informations sur l'agencement et le lien des gènes sur les chromosomes. Également appelé carte de liaison génétique, il est construit en analysant les connexions entre les marqueurs génétiques au sein d'une population.

La base de la construction de cartes génétiques repose sur le concept de liaison génétique. Lorsque deux loci, généralement représentés par des marqueurs génétiques, sont situés plus près l'un de l'autre sur un chromosome, ils ont tendance à être hérités ensemble plus fréquemment. En étudiant les marqueurs génétiques, tels que les marqueurs moléculaires comme marqueurs de microsatellites et marqueurs SNPou des marqueurs biologiques tels que des traits morphologiques et biochimiques, à travers divers individus, nous pouvons déduire statistiquement le degré de liaison entre eux.

Cartographie d'une population RIL ségrégeant pour une résistance partielle à A. euteiches. (Boutet et al., 2016)

Les chercheurs analysent un nombre significatif de marqueurs génétiques et de fréquences de liaison entre les individus parentaux pour établir des cartes génétiques. Ces cartes peuvent prendre la forme de cartes de groupes de liaison ou de cartes physiques, représentant toutes deux les positions relatives des loci sur les chromosomes. Les distances entre les loci sont généralement mesurées en unités génétiques connues sous le nom de centimorgans ou d'unités de carte. Cette information aide à déterminer la séquence et la localisation des gènes sur les chromosomes.

Les applications des cartes génétiques des plantes sont vastes et essentielles dans la recherche génomique, l'amélioration des variétés et la localisation des gènes. Elles servent d'outils indispensables pour comprendre la structure génétique et les propriétés des génomes végétaux, fournissant des informations précieuses aux chercheurs cherchant à comprendre la base génétique de traits spécifiques des plantes. De plus, les cartes génétiques offrent des conseils inestimables pour les initiatives de sélection moléculaire, contribuant au développement de variétés de plantes améliorées et souhaitables.

Veuillez lire notre article. Cartographie de liaison génétique : définition, techniques et applications pour plus de détails.

Cartographie de liaison génétique dans la recherche sur les plantes

Cartographie génétique des plantes joue un rôle clé dans l'élucidation des aspects essentiels de la génétique des plantes dans divers domaines :

• Liaison génétique : Cette méthodologie consiste à déterminer les positions relatives des gènes sur les chromosomes en analysant une pléthore de marqueurs génétiques, englobant des marqueurs moléculaires ou génétiques. Par conséquent, le cartographie génétique construit des cartes génétiques complètes, qui révèlent des interrelations complexes entre les gènes.
• Localisation des gènes : Grâce au cartographie génétique, il est possible de déterminer l'emplacement précis d'un gène d'intérêt sur un chromosome. En analysant minutieusement les données génotypiques et phénotypiques, des gènes spécifiques peuvent être précisément identifiés et associés à des traits particuliers d'intérêt.
• Ciblage génétique : Le cartographie génétique permet de discerner la direction du transfert de gènes, impliquant l'identification des sources et des cibles de la transmission génétique. Cette connaissance précieuse contribue de manière significative à la compréhension du flux génétique, des relations de parenté et des schémas complexes de transmission des gènes au sein d'une population donnée.
• Analyse de la parenté et de la lignée : En s'appuyant sur le mapping génétique, des analyses complètes de la parenté et de la lignée entre individus, telles que les relations père-fils, frère-frère et ancêtre, peuvent être réalisées. Ces informations revêtent une importance capitale dans la gestion efficace des ressources génétiques, la formulation de stratégies de reproduction performantes et la sélection éclairée des parents.

Mutation et polymorphisme : Le mapping génétique s'avère essentiel pour découvrir les mutations et polymorphismes présents au sein des populations de plantes. Grâce à une évaluation complète de la variation génétique à divers loci, il fournit des informations précieuses sur la diversité et la variation génétiques existant au sein de la population. Ce savoir, à son tour, aide grandement à la conservation des ressources de germoplasme et à l'avancement des efforts d'amélioration génétique.

Cartographie des populations

Divers groupes sont utilisés dans le cartographie génétique, les populations de cartographie courantes comprenant des populations F1, des populations F2, des populations RIL (lignes recombinantes consanguines) et des populations DH (haploïdes doublées). Les populations de cartographie F1 sont parmi les groupes les plus largement utilisés pour construire des cartes de liaison génétique. Ces populations sont formées en croisant deux parents, ce qui donne la première génération de descendants. Dans la génération F1, les individus présentent généralement des traits dominants, ce qui les rend plus faciles à observer et à mesurer. Étant donné que la génération F1 hérite d'un nombre égal de gènes des deux parents, elle est précieuse pour analyser la cartographie génétique et déterminer le lien entre les loci marqueurs. Les génotypes simplifiés de la génération F1 réduisent la complexité de l'analyse et augmentent la stabilité de la cartographie génétique.

La population de cartographie F2

La population de cartographie F2 représente la deuxième génération de descendants résultant de l'autofécondation ou du croisement (hybridation croisée) d'individus F1. Les individus F2 sont produits par autofécondation ou croisement d'individus F1, tandis que les individus F1 sont obtenus en croisant deux parents. L'autocrossing implique l'accouplement d'individus au sein de la même génération F1, tandis que l'intercroisement fait référence à l'accouplement d'individus provenant de différentes générations F1. Les individus de la génération F2 ont des génotypes plus complexes avec une variation génétique accrue, car ils héritent d'un nombre égal de gènes de leurs quatre grands-parents. Ces traits conduisent aux caractéristiques suivantes de la population de cartographie de la génération F2 :

• Expression des traits récessifs : En raison de la complexité accrue des génotypes dans la génération F2, les traits récessifs peuvent se manifester et nécessitent une observation et une mesure attentives.
• Une diversité génétique plus élevée : Les individus de la génération F2 présentent une plus grande variation génétique par rapport à la génération F1, ce qui facilite une meilleure exploration et analyse des relations interconnectées entre les loci.
• Augmentation de la variation individuelle des génotypes et des phénotypes : La plus grande variation individuelle de la population de cartographie de la génération F2 offre plus de variabilité et d'informations pour le mapping génétique.

Cartographie des populations RIL

Les populations de cartographie RIL sont des populations pures obtenues par autofécondation de deux parents inbred en utilisant des méthodes d'autofécondation séquentielles pour construire des cartes de liaison génétique. Ce type de population est couramment utilisé dans les études génétiques et implique les étapes suivantes :

• Croisement initial : Deux souches ou lignées pures autofécondantes différentes sont sélectionnées comme parents et croisées pour produire la génération F1.
• Autopollinisation successive : À partir de la génération F1, des opérations d'autopollinisation successive sont effectuées, ce qui conduit chaque génération d'individus à être autopollinisée ou croisée entre eux pour produire des individus autofécondés.
• Établissement de la population : Après plusieurs générations de autofécondation, les génotypes parmi les individus se stabilisent et deviennent fixes, ce qui entraîne un grand nombre d'individus autofécondés formant une population de cartographie RIL.
• Analyse des marqueurs : Les individus d'une population RIL sont génotypés à l'aide de marqueurs ADN ou d'autres marqueurs moléculaires tels que les marqueurs SNP, les marqueurs SSR et les séquences spécifiques au locus.
• Construction d'une carte de liaison génétique : En analysant les génotypes et les données phénotypiques associées des individus dans la population RIL, des méthodes computationnelles et des modèles statistiques sont utilisés pour inférer les relations de liaison et les distances entre différents loci marqueurs, construisant ainsi la carte de liaison génétique. Ces cartes fournissent des informations précieuses sur la localisation des loci, les relations de liaison et la ségrégation, qui ont des applications significatives dans l'étude de la base génétique des traits complexes, la localisation des gènes et l'analyse de corrélation.

Cartographie des populations DH

Les chercheurs en génétique utilisent couramment des populations de cartographie DH (Doubled Haploid) pour construire des cartes de liaison génétique. Ces populations permettent la reproduction asexuée des cellules et la purification des chromosomes, conduisant au développement de plantes ou d'animaux auto-compatibles.
Le processus de création et d'utilisation des populations de cartographie DH implique les étapes suivantes :

• Hybridation initiale : Deux individus parents, généralement des individus auto-purs avec une forte affinité, sont choisis pour l'hybridation.
• Reproduction asexuée : Les individus hybrides subissent des techniques appropriées de reproduction asexuée telles que la culture de pollen, la culture d'embryons, l'induction haploïde et la culture in vitro. Ces méthodes produisent des individus reproduits asexuellement contenant du matériel génétique provenant d'un seul parent, possédant un nombre haploïde de chromosomes de gamètes dans leur génome.
• Purification des chromosomes : Plusieurs techniques de purification des chromosomes sont appliquées pour doubler le nombre de chromosomes chez un individu haploïde, le transformant en un individu haploïde doublé. Les méthodes courantes incluent le doublement des chromosomes, la restauration de la fertilité masculine à partir de la stérilité masculine, et le traitement du pollen. Ce processus aboutit à un groupe d'individus haploïdes autofécondés et purs, formant la population de cartographie DH.
• Analyse des marqueurs : Techniques de marqueurs moléculaires, telles que SNP (polymorphisme nucléotidique simple) marqueurs, marqueurs SSR (répétitions de séquences simples), etc., sont utilisés pour l'analyse du génotype des individus dans la population DH. Les données de génotype sont obtenues par le biais de puces génétiques, d'amplification PCR et d'autres moyens.
• Construction d'une carte de liaison génétique : Grâce à des méthodes computationnelles et des modèles statistiques, les chercheurs analysent les génotypes et les données phénotypiques associées des individus dans la population DH. Cette analyse aide à inférer les relations de liaison et les distances entre différents loci de marqueurs, permettant ainsi la construction d'une carte de liaison génétique.

L'utilisation des populations de cartographie DH réduit considérablement le temps nécessaire pour l'autopollinisation et la purification, conduisant à une population hautement pure. En conséquence, les populations de cartographie DH sont devenues un outil puissant pour la construction rapide de cartes de liaison génétique et pour faciliter la localisation rapide des gènes.

Référence :

1. Boutet, Gilles, et al. "Découverte de SNP et cartographie génétique par génotypage par séquençage de l'ADN génomique entier d'une population RIL de pois." BMC génomique 17.1 (2016) : 1-14.