Chez les champignons ascomycètes et certaines algues, les quatre produits d'une même méiose restent groupés dans un asque : on peut donc observer directement le résultat de chaque méiose au lieu de le déduire statistiquement. Ce chapitre explique comment l'ordre des spores dans les asques de Neurospora ou Sordaria mesure la distance entre un gène et son centromère, puis comment les ditypes et tétratypes révèlent la liaison entre deux gènes. Cet exercice figure dans presque tous les examens de S4.
1. Les organismes haploïdes et leurs cycles
Les modèles classiques sont les moisissures Neurospora crassa et Sordaria fimicola, la levure Saccharomyces cerevisiae et l'algue unicellulaire Chlamydomonas reinhardtii. Ces organismes ont un cycle haplobiontique (Neurospora, Sordaria, Chlamydomonas) ou haplodiplobiontique (levure) : la phase diploïde est réduite au zygote, qui subit aussitôt la méiose. Chez Neurospora et Sordaria, la fusion de deux mycéliums de types sexuels opposés produit dans un périthèce des asques contenant les produits de la méiose ; une mitose post-méiotique porte leur nombre à huit ascospores alignées, dont la position reflète exactement celle des chromatides sur le fuseau : ce sont des asques ordonnés. Chez la levure, les quatre ascospores ne sont pas ordonnées.
L'analyse génétique des haploïdes présente un triple avantage. Le phénotype est l'expression directe du génotype : avec un seul allèle par gène, il n'y a ni dominance ni récessivité à démêler. Chaque asque correspond à une seule méiose, alors que chez un diploïde le généticien doit combiner les méioses des deux parents. Enfin, le croisement d'une souche a par une souche a+ donne toujours, pour un gène, 1/2 de spores a et 1/2 de spores a+ dans chaque asque (4 : 4 chez Neurospora), ce qui vérifie directement la ségrégation mendélienne.
2. Asques ordonnés : pré-réduction et post-réduction
Croisons chez Neurospora ou Sordaria une souche à spores noires (allèle sauvage) par une souche à spores jaunes ou blanches. Si aucun crossing-over ne survient entre le centromère et le gène, les deux allèles se séparent dès la première division de méiose : chaque moitié d'asque est homogène, et l'on obtient les asques 4 noires / 4 jaunes ou 4 jaunes / 4 noires (types I et II, équiprobables). C'est la pré-réduction. Si un crossing-over a lieu entre le centromère et le gène, chaque chromosome porte après la prophase I une chromatide noire et une chromatide jaune : les allèles ne se séparent qu'à la deuxième division, et les demi-asques sont hétérogènes, ce qui donne les quatre types 2/2/2/2 et 2/4/2 (types III à VI, équiprobables entre eux car l'orientation en métaphase II est aléatoire). C'est la post-réduction.
3. Distance entre un gène et son centromère
Un asque post-réduit résulte d'un crossing-over qui n'a touché que deux des quatre chromatides : la moitié seulement de ses spores est recombinée vis-à-vis du centromère. La distance gène-centromère s'écrit donc d = (1/2 × nombre d'asques post-réduits / nombre total d'asques) × 100, en centimorgans. Exemple du cours : 163 + 167 asques pré-réduits et 43 + 41 + 44 + 42 = 170 asques post-réduits sur 500 ; d = 1/2 × 170/500 × 100 = 17 cM. Le pourcentage d'asques post-réduits augmente avec l'éloignement du gène ; un gène très proche du centromère ne donne aucun asque post-réduit (d = 0), et la fréquence de post-réduction plafonne théoriquement à 2/3, soit 33 cM au maximum mesurable par cette méthode.
4. Deux gènes : ditypes parentaux, ditypes recombinés, tétratypes
Pour le croisement a b × a+ b+, chaque asque (ordonné ou non) appartient à l'un de trois types. Le ditype parental (DP) ne contient que les deux combinaisons parentales (a b et a+ b+). Le ditype recombiné (DR) ne contient que les deux combinaisons recombinées (a b+ et a+ b). Le tétratype (T) contient les quatre combinaisons. Si les gènes sont indépendants (chromosomes différents), l'orientation aléatoire des deux bivalents en métaphase I produit autant de DP que de DR (DP = DR), et les T proviennent d'un crossing-over entre l'un des gènes et son centromère. Si les gènes sont liés, les DP sont très majoritaires (DP ≫ DR) : les T résultent d'un simple crossing-over entre les deux gènes et les rares DR d'un double crossing-over à quatre chromatides.
5. Distance entre deux gènes liés
Dans un tétratype, la moitié des spores est recombinée ; dans un ditype recombiné, toutes le sont. La fréquence de recombinaison vaut donc d = (T/2 + DR) / (DP + DR + T) × 100. Cette formule sous-estime légèrement la distance car un double crossing-over à deux chromatides produit un DP indiscernable ; la formule corrigée (Perkins) utilise T/2 + 3 DR au numérateur pour tenir compte de l'ensemble des doubles crossing-over. Lorsque les asques sont ordonnés, on peut de plus placer chaque gène par rapport à son centromère grâce aux pré- et post-réductions, puis vérifier la cohérence de la carte : deux gènes liés sur le même bras ont des distances au centromère dont la différence est proche de leur distance mutuelle. Chez la levure, aux asques non ordonnés, seule la distance entre gènes est accessible directement ; la distance au centromère exige un gène de référence connu comme très proche de son centromère.
Ségrégation des deux allèles d'un gène à la deuxième division de méiose, consécutive à un crossing-over entre le centromère et le gène ; elle produit des asques 2/2/2/2 ou 2/4/2.
Asque contenant les quatre combinaisons alléliques possibles pour deux gènes (deux parentales et deux recombinées).
| Observation | Gènes indépendants | Gènes liés |
|---|---|---|
| DP et DR | DP = DR | DP ≫ DR |
| Origine des T | Crossing-over gène–centromère | Simple crossing-over entre les gènes |
| Origine des DR | Orientation aléatoire des bivalents | Double crossing-over à 4 chromatides |
| Distance calculée | Gène–centromère : 1/2 post-réduits | Gène–gène : (T/2 + DR) / total |
Interpréter les proportions d'asques pour deux gènes
- Chez les haploïdes, phénotype = génotype et chaque asque = une méiose ; Neurospora et Sordaria ont des asques ordonnés à 8 spores.
- Pré-réduction (4/4) : pas de crossing-over entre gène et centromère ; post-réduction (2/2/2/2 ou 2/4/2) : crossing-over.
- d (gène–centromère) = 1/2 × % d'asques post-réduits ; maximum théorique 33 cM.
- DP = DR → gènes indépendants ; DP ≫ DR → gènes liés.
- d (gène–gène) = (T/2 + DR) / total × 100, formule corrigée avec 3 DR.
L'énoncé fournit en général un tableau de six ou sept types d'asques avec leurs effectifs : commence par classer chaque asque (pré ou post-réduit pour chaque gène ; DP, DR ou T pour le couple), compare DP et DR pour conclure sur la liaison, puis calcule les distances avec le facteur 1/2 sans l'oublier. Piège classique : diviser par le nombre de spores au lieu du nombre d'asques, ou confondre un asque 2/4/2 (post-réduit) avec un asque 4/4.