Il existe deux types distincts de « cartes » utilisées dans le domaine de la cartographie génomique: les cartes génétiques et les cartes physiques. Alors que les deux cartes sont une collection de marqueurs génétiques et de locus génétiques, les distances des cartes génétiques sont basées sur les informations de liaison génétique, tandis que les cartes physiques utilisent des distances physiques réelles généralement mesurées en nombre de paires de bases. Alors que la carte physique pourrait être une représentation plus « précise » du génome, les cartes génétiques offrent souvent des informations sur la nature des différentes régions du chromosome, par ex. le rapport entre la distance génétique et la distance physique varie considérablement selon les régions génomiques, ce qui reflète différents taux de recombinaison, et ce taux est souvent révélateur des régions euchromatiques (généralement riches en gènes) et hétérochromatiques (généralement pauvres en gènes) du génome.
Cartographie géniquemodifier
Les chercheurs commencent une carte génétique en prélevant des échantillons de sang. la salive ou les tissus de membres de la famille porteurs d’une maladie ou d’un trait important et de membres de la famille qui ne le sont pas.L’échantillon le plus couramment utilisé dans la cartographie génétique, en particulier dans les tests génomiques personnels, est la salive. Les scientifiques isolent ensuite l’ADN des échantillons et l’examinent de près, à la recherche de motifs uniques dans l’ADN des membres de la famille porteurs de la maladie que l’ADN de ceux qui ne sont pas porteurs de la maladie n’a pas. Ces motifs moléculaires uniques dans l’ADN sont appelés polymorphismes ou marqueurs.
Les premières étapes de la construction d’une carte génétique sont le développement de marqueurs génétiques et d’une population cartographique. Plus les deux marqueurs sont proches sur le chromosome, plus ils sont susceptibles d’être transmis ensemble à la génération suivante. Par conséquent, les modèles de « co-ségrégation » de tous les marqueurs peuvent être utilisés pour reconstruire leur ordre. Dans cet esprit, les génotypes de chaque marqueur génétique sont enregistrés pour les deux parents et chaque individu dans les générations suivantes. La qualité des cartes génétiques dépend en grande partie de ces facteurs : le nombre de marqueurs génétiques sur la carte et la taille de la population cartographique. Les deux facteurs sont interdépendants, car une population cartographique plus importante pourrait augmenter la « résolution » de la carte et empêcher que celle-ci ne soit « saturée ».
Dans la cartographie des gènes, toute caractéristique de séquence pouvant être fidèlement distinguée des deux parents peut être utilisée comme marqueur génétique. Les gènes, à cet égard, sont représentés par des « traits » qui peuvent être fidèlement distingués entre deux parents. Leur liaison avec d’autres marqueurs génétiques est calculée de la même manière que s’il s’agissait de marqueurs communs et les locus géniques réels sont ensuite placés entre crochets dans une région entre les deux marqueurs voisins les plus proches. L’ensemble du processus est ensuite répété en examinant plus de marqueurs qui ciblent cette région pour cartographier le voisinage du gène à une résolution plus élevée jusqu’à ce qu’un locus causal spécifique puisse être identifié. Ce processus est souvent appelé « clonage positionnel », et il est largement utilisé dans l’étude des espèces végétales. Une espèce végétale, en particulier dans laquelle le clonage positionnel est utilisé est le maïs. Le grand avantage de la cartographie génétique est qu’elle permet d’identifier la position relative des gènes en fonction uniquement de leur effet phénotypique.
La cartographie génétique est un moyen d’identifier exactement quel chromosome a quel gène et de localiser exactement où ce gène se trouve sur ce chromosome particulier. La cartographie sert également de méthode pour déterminer quel gène est le plus susceptible de se recombiner en fonction de la distance entre deux gènes. La distance entre deux gènes est mesurée en unités connues sous le nom de centimorgan. Un centimorgane est une distance entre les gènes pour lesquels un produit de méiose sur cent est recombinant. Plus les deux gènes sont éloignés l’un de l’autre, plus ils risquent de se recombiner. Si c’était plus proche, le contraire se produirait.
Cartographie physiquEdit
Étant donné que les distances réelles des paires de bases sont généralement difficiles ou impossibles à mesurer directement, les cartes physiques sont en fait construites en brisant d’abord le génome en morceaux hiérarchiquement plus petits. En caractérisant chaque pièce et en les assemblant ensemble, le chemin de chevauchement ou « chemin de carrelage » de ces petits fragments permettrait aux chercheurs de déduire des distances physiques entre les caractéristiques génomiques. La fragmentation du génome peut être obtenue en coupant l’enzyme de restriction ou en brisant physiquement le génome par des processus tels que la sonication. Une fois coupés, les fragments d’ADN sont séparés par électrophorèse. Le modèle résultant de la migration de l’ADN (c’est-à-dire son empreinte génétique) est utilisé pour identifier l’étendue d’ADN dans le clone. En analysant les empreintes digitales, les contigs sont assemblés par des moyens automatisés (FPC) ou manuels (pathfinders) en tronçons d’ADN qui se chevauchent. Maintenant, un bon choix de clones peut être fait pour séquencer efficacement les clones afin de déterminer la séquence d’ADN de l’organisme étudié.
Dans la cartographie physique, il n’y a pas de moyens directs de marquer un gène spécifique puisque la cartographie n’inclut aucune information concernant les traits et les fonctions. Les marqueurs génétiques peuvent être liés à une carte physique par des processus tels que l’hybridation in situ. Par cette approche, les contigs de cartes physiques peuvent être « ancrés » sur une carte génétique. Les clones utilisés dans les contigs de cartes physiques peuvent ensuite être séquencés à l’échelle locale pour aider à la conception de nouveaux marqueurs génétiques et à l’identification des loci responsables.
La macrorestriction est un type de cartographie physique dans lequel L’ADN de poids moléculaire élevé est digéré avec une enzyme de restriction ayant un faible nombre de sites de restriction.
Il existe d’autres moyens de déterminer comment l’ADN d’un groupe de clones se chevauche sans séquencer complètement les clones. Une fois la carte déterminée, les clones peuvent être utilisés comme ressource pour contenir efficacement de grandes étendues du génome. Ce type de cartographie est plus précis que les cartes génétiques.
Cartographie des sites mutationnels au sein d’un génétiquedit
Au début des années 1950, l’opinion dominante était que les gènes d’un chromosome sont des entités discrètes, indivisibles par recombinaison génétique et disposées comme des perles sur une ficelle. De 1955 à 1959, Benzer effectue des expériences de recombinaison génétique en utilisant des mutants rII du bactériophage T4. Il a constaté que, sur la base de tests de recombinaison, les sites de mutation pouvaient être cartographiés dans un ordre linéaire. Ce résultat a fourni la preuve de l’idée clé que le gène a une structure linéaire équivalente à une longueur d’ADN avec de nombreux sites pouvant muter indépendamment.
En 1961, Francis Crick, Leslie Barnett, Sydney Brenner et Richard Watts-Tobin ont effectué des expériences génétiques qui ont démontré la nature fondamentale du code génétique des protéines. Ces expériences, impliquant la cartographie de sites mutationnels au sein du gène rIIB du bactériophage T4, ont démontré que trois nucléobases séquentielles de l’ADN du gène spécifient chaque acide aminé successif de sa protéine codée. Ainsi, le code génétique s’est avéré être un code triplet, où chaque triplet (appelé codon) spécifie un acide aminé particulier. Ils ont également obtenu la preuve que les codons ne se chevauchent pas les uns avec les autres dans la séquence d’ADN codant pour une protéine, et qu’une telle séquence est lue à partir d’un point de départ fixe.
Edgar et coll. des expériences de cartographie réalisées avec des mutants r du bactériophage T4 montrent que les fréquences de recombinaison entre mutants rII ne sont pas strictement additives. La fréquence de recombinaison à partir d’un croisement de deux mutants rII (a x d) est généralement inférieure à la somme des fréquences de recombinaison pour les sous-intervalles internes adjacents (a x b) + (b x c) + (c x d). Bien qu’elle ne soit pas strictement additive, une relation systématique a été démontrée qui reflète probablement le mécanisme moléculaire sous-jacent de la recombinaison génétique.
Séquençage du génome
Le séquençage du génome est parfois appelé à tort « cartographie du génome » par les non-biologistes. Le processus de « séquençage de fusil de chasse » ressemble au processus de cartographie physique: il brise le génome en petits fragments, caractérise chaque fragment, puis les rassemble (les technologies de séquençage les plus récentes sont radicalement différentes). Bien que la portée, le but et le processus soient totalement différents, un assemblage de génome peut être considéré comme la forme « ultime » de carte physique, en ce sens qu’il fournit de bien meilleure manière toutes les informations qu’une carte physique traditionnelle peut offrir.