Analyse génétique de la capacité de goûter l'amer

t anticancers contiennent beaucoup d’isothiocyanates dont la saveur amère se rapproche de celle du PTC (ex : les crucifères : chou, brocoli, chou de Bruxelles, navet). On a même pu établir un lien chez des enfants entre leur dédain pour le brocoli et leur capacité à goûter le PTC. Évidemment, rendus au cégep, tous adorent le brocoli! Mais qu’en est-il du PTC? Sécurité au laboratoire Le port du sarrau est obligatoire. L’exposition aux UV est dommageable pour la peau et les yeux. Utiliser avec verre protecteur. Comme toujours, il est interdit de manger ou de boire au laboratoire. L’ADN est coloré avec un produit potentiellement cancérigène. Tout objet entrant en contact avec ce produit sera manipulé avec des gants et suivant un protocole très précis.

Sarrau Lampe UV Rappel Produit toxique

Un gène pour le PTC. Un gène pour le récepteur de PTC a été identifié en 2003 et nommé TAS2R38. Il mesure 1002 pb (paires de bases). Il existerait 7 allèles dans le monde (allèles = formes différentes d’un gène), mais seuls 2 d’entre eux sont répandus en Amérique : un allèle goûteur et un allèle non goûteur qui diffèrent par 3 mutations aux positions 145, 785 et 886. Dans ce labo, seule la mutation 145 sera utilisée pour distinguer les allèles goûteur avec un C et non-goûteur avec un G (Fig. 1).

2 allèles du gène TAS2R38 (1002 pb) 3 MUTATIONS: 1 Une des 23 paires de CHROMOSOMES 145 785 886 1002pb

CCA GCA

ALLÈLE Goûteur ALLÈLE Non Goûteur

Figure 1: Différences entre les deux principaux allèles du gène TAS2R38

Le goût, pas juste une affaire de gène… La perception des saveurs est très complexe et plusieurs facteurs interviennent, tels que l’influence de l’odorat, les mécanismes cérébraux, les différences culturelles, ou simplement le nombre de papilles gustatives qui peut varier d’un individu à l’autre! Le sexe pourrait aussi intervenir puisque c’est souvent chez les femmes qu’on trouve des « super goûteuses » [4]. On soupçonne que notre sensibilité au PTC est sous contrôle polygénique, c’est-à-dire que plusieurs paires de gènes seraient impliquées. Cependant, le gène TAS2R38 serait le principal responsable des variations observées dans la population [2]. 2.2 GÉNOTYPE vs PHÉNOTYPE. Nous venons au monde avec un bagage de gènes donnés, c’est notre génotype [5; p.276]. Les gènes sont reçus en deux versions, l’une maternelle, l’autre paternelle. Lorsqu’un individu reçoit 2 allèles identiques du gène TAS2R38, on dit qu’il est « homozygote ». Le caractère héréditaire observé, le « phénotype », est bien sûr celui porté par les allèles : l’individu est goûteur ou non-goûteur. Mais quel sera le phénotype d’un individu « hétérozygote », c'est-à-dire un individu qui hérite de deux allèles différents?  Dans un cas de dominance complète, l’hétérozygote présente un phénotype correspondant à celui de l’allèle dit « dominant ». L’allèle qui ne se manifeste pas est dit « récessif ».  S’il s’agit d’un cas de dominance incomplète, l’hétérozygote présente un phénotype intermédiaire entre ceux des homozygotes [5; p.281]; il sera alors semi-goûteur ou « goûteur faible ». 2.3 QUESTION EXPÉRIMENTALE. Puisque nous possédons maintenant les moyens techniques d’analyser notre ADN et nos gènes, nous pouvons préciser la question expérimentale suivante : Est-ce que les élèves hétérozygotes possédant un allèle goûteur et un allèle non-goûteur du gène TAS2R38 auront-ils un phénotype « goûteur fort » de PTC, « non-goûteur » ou « goûteur faible »? 2.4 HYPOTHÈSE... À rédiger après lecture de l’article « Génome gourmand » [1]. Hypothèse :

Justification. Indiquer le type dominance attendu et citer un passage de l’article « Génome gourmand » à l’appui :

2.5 DÉMARCHE GÉNÉRALE PROPOSÉE Au cours de ce labo, nous tenterons de répondre à la question posée en suivant la démarche suivante : 1) D’abord une dégustation de PTC, pour déterminer le phénotype des élèves de la classe. Qui est goûteur fort et non-goûteur? Y-a-t-il des « goûteurs faibles »? 2) Ensuite une analyse d’ADN, pour déterminer le génotype de chacun : homozygote ou hétérozygote? (un élève expérimentateur par équipe). 3) Enfin, une analyse des résultats pour évaluer s’il y a une corrélation entre les génotypes et les phénotypes observés. Et surtout, quel est le phénotype des hétérozygotes?

2) DÉTERMINATION DES GÉNOTYPES 1) DÉTERMINATION DES PHÉNOTYPES

G

1o EXTRACTION D’ADN de cellules buccales

Allèle Non-goûteur

?

C

2o AMPLIFICATION : Ciblage et multiplication de fragment du gène

Allèle Goûteur

3o DIGESTION : Coupure des allèles goûteurs pour les différencier des nongoûteurs

C

+

DÉGUSTATION de PTC

4o ÉLECTROPHORÈSE : séparation par bandes selon leur grosseur

Homozygote Goûteur Homozygote Hétérozygote Non-goûteur G 2X G C

2X

C

+

+

G C Goûteurs forts? Goûteursfaibles? NonGoûteurs?

3) ANALYSE GÉNOTYPES VS PHÉNOTYPES Y-a-t-il corrélation entre les génotypes et les phénotypes? Les hétérozygotes sont-ils goûteurs forts, non-goûteurs ou goûteurs faibles?

Figure 2: Démarche expérimentale globale afin de faire l'analyse génétique de la capacité de goûter l'amer.

2.6 DÉMARCHE DÉTAILLÉE DE L’ANALYSE D’ADN (Consulter la « Vue d’ensemble », Annexe 1) I. EXTRACTION D’ADN. Des cellules buccales sont d’abord recueillies par rinçage vigoureux avec une solution saline. L’ADN est ensuite extrait des cellules par ébullition en présence d’une résine; celle-ci sert à éliminer les cations bivalents (ex. : Ca2+) nuisibles à l’enzyme « ADN polymérase » utilisée à la prochaine étape. II. AMPLIFICATION DE L’ADN PAR ACP. (Consulter Campbell, fig. 20.7). L’amplification en chaîne par polymérase (ACP) nous permet d’atteindre 2 objectifs : 1o Cibler une région précise de l’ADN : ici la région de la mutation 145 du gène PTC. 2o Faire de multiples copies (ou « réplicons ») de cette région pour pouvoir l’analyser. Chez un homozygote, toutes les copies obtenues seront identiques; Chez un hétérozygote, on aura 2 types de copies qui diffèrent par une seule lettre, C ou G L’ACP s’effectue dans un thermocycleur (un petit four permettant de faire varier la température) en 3 étapes (Fig. 3) : 1o Dénaturation à 94oC; à cette température, l’agitation moléculaire l’emporte sur les liaisons hydrogène de l’ADN et tous les doubles brins d’ADN se séparent. 2o Hybridation à 68oC; l’agitation diminue et les brins d’ADN tendent à se réunir, mais de petites amorces, plus concentrées, prennent de vitesse l’ADN chromosomique. Elles se fixent au début et à la fin de la région ciblée grâce à la complémentarité des bases azotées. Pour cibler la région de la mutation 145, nous utilisons une « amorce-début » de 44pb, complémentaire à la région 101-144 du gène, et une « amorce-fin » de 24pb, complémentaire à la région 297-320 (Fig. 4) 3o Élongation à 72oC; à partir des amorces, l’enzyme ADN polymérase Taq ajoute les nucléotides complémentaires. Cet enzyme est extrait de la bactérie Thermophilus aquaticus vivant dans des eaux thermales et il est activé à la température de 72oC.

1 Dénaturation

o

2 Hybridation

o

amorce

amorce

3 Élongation

o

Polymérase

Figure 3: Étapes de l'ACP Chacune de ces 3 opérations ne dure que 30 secondes mais elles sont répétées plusieurs fois, de telle sorte qu’au bout de 30 cycles on obtient 1 073 741 824 réplicons de la région ciblée [4] : la région 101 à 320 du gène PTC, mesurant 220 pb (Fig. 4). Attention, un hétérozygote présentera deux types de réplicons qui diffèrent uniquement à la position 145!

101 AMORCE-DÉBUT= 44 pb 144 145

CCTTCGTTTTCTTGGTGAATTTTTGGGATGTAGTGAAGAGGCGG CCA.................GATGATTGCAAACCAAGCCAACCT

297

AMORCE-FIN = 24 pb

320

ALLÈLE Goûteur 145

CCTTCGTTTTCTTGGTGAATTTTTGGGATGTAGTGAAGAGGCGG