De nombreux programmes de recherche génétique sont entrepris pour tenter de comprendre les gènes qui contribuent à un processus biologique particulier. Une telle analyse commence par une collection de phénotypes mutants apparentés centrés sur ce processus particulier. Par exemple, si un généticien s’intéressait aux gènes qui déterminent la locomotion chez un vermisseau, la dissection génétique commencerait par l’isolement d’un ensemble de mutants différents présentant une locomotion défectueuse. Une tâche importante consiste à déterminer combien de gènes différents sont représentés par les mutations qui déterminent les phénotypes apparentés, car ce nombre définit l’ensemble des gènes qui affectent le processus étudié. Il est donc nécessaire de disposer d’un test permettant de déterminer si les mutations sont des allèles d’un seul gène ou de gènes différents. Le test d’allélisme ayant la plus large application est le test de complémentation, qui est illustré dans l’exemple suivant.

Considérons une espèce de campanule (Campanula) dont la couleur de la fleur sauvage est bleue. Supposons qu’en appliquant un rayonnement mutagène, nous ayons induit trois mutants à pétales blancs et qu’ils soient disponibles sous forme de souches homozygotespures de reproduction. Nous pouvons appeler les souches mutantes $, £ et ¥, en utilisant les symboles des devises pour ne pas porter préjudice à notre réflexion sur la dominance. Lorsqu’on les croise avec le type sauvage, chaque mutant donne les mêmes résultats dans la F1 et la F2, comme suit :

Dans chaque cas, les résultats montrent que la condition mutante est déterminée par l’allèlecessif d’un seul gène. Cependant, s’agit-il de trois allèles d’un seul gène ? ou de deux ou trois gènes ? On peut répondre à cette question en se demandant si les mutants se complètent. ed comme suit:

(La démonstration de la nature récessive des mutants individuels est un résultat crucial qui nous permet de procéder à un test de complémentation. Les mutations dominantes ne peuvent pas être utilisées dans un test de complémentation.)

Dans un organisme diploïde, le test de complémentation est effectué en croisant entre eux des mutants récessifs homozygotes deux par deux. L’étape suivante consiste à observer si la progéniture présente le phénotype sauvage.

Ce faisant, on unit les deux mutants sous forme de gamètes haploïdes pour former un noyau diploïde dans une cellule (le zygote). Si les mutations récessives représentent des allèles du même gène, elles ne se complètent pas, car les deux mutations représentent une perte de fonction du gène. De tels allèles peuvent être considérés de manière générale comme a′ et a′,en utilisant des nombres premiers pour distinguer deux allèles mutants différents d’un gène dont l’allèle normal est a+. Ces allèles pourraient avoir des sites mutants différents, mais ils seraient fonctionnellement identiques (c’est-à-dire tous deux non fonctionnels). L’hétérozygote a′/a′ serait:

En revanche, deux mutations récessives dans des gènes différents auraient une fonction de type sauvagefournie par les allèles sauvages respectifs. Ici, nous pouvons nommer les gènesesa1 et a2, d’après leurs allèles mutants. Nous pouvons représenter les hétérozygotes comme suit, selon que les gènes sont sur le même chromosome ou sur des chromosomes différents :

Retournons à l’exemple de la cloche de lièvre et intercroisons les mutants pour unir les allèles mutants afin de tester la complémentation. Nous pouvons supposer que les résultats du croisement des mutants $, £, et ¥ sont les suivants :

De cet ensemble de résultats, nous pouvons conclure que les mutants $ et £ doivent être causés par des allèles d’un gène (disons, w1) parce qu’ils ne se complètent pas ; mais ¥ doit être causé par un allèle mutant d’un autre gène (w2).

L’explication moléculaire de tels résultats est souvent en relation avec les voies biochimiques dans la cellule. Comment la complémentation fonctionne-t-elle au niveau moléculaire ? Bien que la convention soit de dire que ce sont les mutants qui se complètent, en fait, les agents actifs de la complémentation sont les protéines produites par les allèles de type sauvage. La couleur bleue normale de la fleur est causée par un pigment bleu appelé anthocyanine. Les pigments sont des substances chimiques qui absorbent certaines parties du spectre visible ; dans la campanule, l’anthocyanine absorbe toutes les longueurs d’onde sauf le bleu, qui est réfléchi dans l’œil de l’observateur. Cependant, cette anthocyanine est fabriquée à partir de précurseurs chimiques qui ne sont pas des pigments, c’est-à-dire qu’ils n’absorbent pas la lumière d’une longueur d’onde spécifique et renvoient simplement la lumière blanche du soleil à l’observateur, ce qui donne une apparence blanche. Le pigment bleu est le produit final d’une série de conversions biochimiques de non-pigments. Chaque étape est catalysée par une enzyme spécifique codée par un gène spécifique. Nous pouvons accommoder les résultats avec une voie comme suit:

Une mutation dans l’un ou l’autre des gènes en condition homozygote conduira à l’accumulation d’un précurseur qui rendra simplement la plante blanche. Maintenant, les désignations des mutants pourraient être écrites comme suit :

Toutefois, en pratique, les symboles d’indice seraient abandonnés et les génotypes écrits comme suit :

Donc un F1 de $ × £ sera:

qui aura deux allèles défectueux pour w1 et sera doncbloqué à l’étape 1. Même si l’enzyme 2 est pleinement fonctionnelle, elle n’a pas de substrat sur lequel agir, donc aucun pigment bleu ne sera produit et le phénotype serablanc.

Les F1 des autres croisements, cependant, auront les allèles de type sauvage pour les deux enzymes nécessaires pour prendre les interconversions jusqu’au produit bleu final.Leurs génotypes seront :

On voit donc la raison pour laquelle la complémentation est en fait le résultat de l’interaction coopérative des allèles de type sauvage des deux gènes. La figure 4-1 est un schéma récapitulatif de l’interaction des mutants blancs complémentaires et non complémentaires.

Dans un organisme haploïde, le test de complémentation ne peut pas être effectué par croisement.Chez les champignons, une autre façon de tester la complémentation consiste à fabriquer un hétérocaryon (figure 4-2). Les cellules fongiques fusionnent facilement et, lorsque deux souches différentes fusionnent, les noyaux haploïdes des différentes souches occupent une seule cellule, que l’on appelle un hétérocaryon (du grec : différents noyaux). En général, les noyaux d’un hétérocaryon ne fusionnent pas. Dans un sens, cette condition est une diploïde “mimétique”. Supposons que, dans différentes souches, il existe des mutations dans deux gènes différents conférant le même phénotype mutant – par exemple, le besoin en arginine. On peut appeler ces gènesarg-1 et arg-2.Les deux souches, dont les génotypes peuvent être représentés pararg-1 – arg-2+etarg-1+ – arg-2, peuvent être fusionnées pour former un hétérocaryon avec les deux noyaux dans un cytoplasme commun :

Parce que l’expression des gènes a lieu dans un cytoplasme commun, les deux allèles de type sauvage peuvent exercer leur effet dominant et coopérer pour produire un hétérocaryon de phénotype sauvage. En d’autres termes, les deux mutations se complètent, tout comme elles le feraient chez l’adiploïde. Si les mutations avaient été des allèles du même gène, il n’y aurait pas eu de complémentation.