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L'information génétique |
Les lois statistiques de la transmission des caractères héréditaires chez les diploïdes
Les cellules des organismes diploïdes (2n) sont
caractérisées par des chromosomes disposés en paires de chromosomes homologues,
et ainsi, chaque
gène
est représenté par deux
allèles,
chacun d'entre eux étant situé sur un chromosome homologue,
et peuvent présenter des informations identiques (génotype homozygote)
ou différentes (génotype hétérozygote).
Soit un allèle s’exprime, il est appelé dominant. L’autre allèle ne
s’exprime pas, il est appelé récessif.
Soit les deux allèles s’expriment, ils sont appelés co-dominants.
Soit les deux allèles ne s’expriment pas, on parle d'une dominance incomplète.
En général, lorsqu'on est en présence de deux allèles A1 et A2, chacun donnant un phénotype différent comme homozygote, il y a trois possibilités pour l'hétérozygote:
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phénotype hétérozygote |
type de descendance |
| - A1 ou A2 (le dominant) | dominance complète |
| - ni A1 ni A2 | dominance incomplète |
| - A1 et A2 | co-dominance |
Pour connaitre comment se fait la transmission des caractères héréditaires chez les diploïdes, on propose d'étudier les données experimentales suivantes:
1 - Génétique mendélienne
Gregor Mendel (1822-1884), moine botaniste autrichien, mit le premier clairement en évidence les lois de la transmission de l'hérédité : Il est reconnu comme le fondateur de la génétique (science de l'hérédité) ; il publie ses travaux en 1866, mais ceux-ci passent inaperçus jusqu'en 1900. Il choisit de ce fait le pois (Pisum sativum) pour les raisons suivantes: diversité de forme, de taille, de couleur des différents organes ; grande fécondité des hybrides permettant de suivre la transmission des caractères sur plusieurs générations...
2 -Transmission d'un couple d'allèles: monohybridisme
2 - 1 - Cas de dominance complète
a - Les Expériences de Mendel avec résultats statistiques
Mendel réalise des hybridations entre parents de lignées pures différant par un seul caractère (monohybridisme), ils produisent des graines qui germent en donnant de nouveaux plants: ce sont des hybrides de première génération F1. Ensuite il laisse s'autoféconder les fleurs des plants de F1 et obtient la génération F2.
Le tableau ci-dessous montre les résultats de quelques expériences de monohybridisme réalisées par Mendel:
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Caractères différentiels des parents P1 et P2 |
Caractères observés en F1 |
Caractères observés en F2 |
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Forme des graines: lisse ou ridée |
Graines lisses |
5 474 graines lisses 1 850 graines ridées |
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Couleur des graines: jaune ou verte |
Cotylédons jaunes |
6 022 graines jaunes 2 001 graines vertes |
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Couleur de la fleur: violette ou blanche |
Fleurs violettes |
705 fleurs violettes 224 fleurs blanches |
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Couleur des gousses avant maturation: verte ou jaune |
Gousses vertes |
428 gousses vertes 152 gousses jaunes |
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Forme des gousses: plate ou bosselée |
Gousses plates |
882 gousses plates 229 gousses bosselées |
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Position des fleurs: axillaire ou terminale |
Fleurs axillaires |
651 fleurs axillaires 207 fleurs terminales |
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Hauteur du pied: longue ou courte |
Tiges longues |
787 plants à tige longue 277 plants à tige courte |
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1 - Exprimez les résultats de ces expériences sous forme de proportions. 2 - Que peut-on déduire de ces expériences? 3 - Donnez une interprétation chromosomique du premier et deuxième croisement de la transmission de la forme des graines. Utilisez les symboles suivants: - L ou l pour l'allèle responsable de la forme lisse; - R ou r pour l'allèle responsable de la forme ridée. |
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b - Le croisement test = test-cross
En génétique le test-cross a pour but de révéler le génotype d'un organisme qui présente un phénotype dominant (comme les graines lisses). Cet individu peut être soit hétérozygote, soit homozygote pour l'allèle dominant. Le moyen le plus efficace de connaître son génotype est de le croiser avec un organisme exprimant le phénotype récessif (comme les graines ridées), et donc nécessairement homozygote. Les phénotypes de la génération suivante permettront de déterminer le génotype du parent ayant un phénotype dominant.
c - Lois de Mendel
1ère loi : Loi d'uniformité des hybrides de la première génération.
Lorsqu'on croise deux races pures (homozygotes pour le ou les gènes), différant l'une de l'autre par un ou plusieurs caractères (allèles), les hybrides obtenus en première génération F1 sont tous semblables entre eux: la première génération d'hybrides est homogène.
Inversement si au cours d'un croisement la première génération est
homogène; il est possible d'en déduire que les parents sont de race pure
(homozygotes).
Il y a une exception à cette première loi de
Mendel ( on en parlera
ultérieurement,).
2ème loi : loi de la pureté des gamètes.
La génération F2, celle obtenue en croisant entre eux les hybrides de la
première génération entre eux, est hétérogène. Cette hétérogénéité
traduit une disjonction (ou ségrégation) des caractères (allèles). Il en
résulte que les gamètes sont ''purs'', c'est à dire qu'ils ne portent
qu'un seul allèle de chaque gène.
A la méiose les 2 chromosomes homologues se séparent (se disjoignent)
et chacun transmet un seul allèle de chaque gène aux cellules filles
(gamètes) obtenues. Cette disjonction (ségrégation) se traduit par la
réapparition des phénotypes récessifs chez les individus de la F2.
2 - 2 - Cas de de dominance incomplète et de codominance
a - Transmission de la couleur du pelage chez une race de bovins
On croise une femelle blanche et un mâle brun rouge, la première génération F1 est formée d'individus dont le pelage est brun rouge et blanc.
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1 - Interprétez ces résultats en donnant les génotypes des parents et de la F1. 2 - Quel résultat obtient-on en croisant un mâle et une femelle brun rouge et blanc? Utilisez les symboles suivants: - B ou b pour l'allèle responsable de la couleur blanche; - R ou r pour l'allèle responsable de la couleur brun rouge. |
Correction
b - Transmission de la couleur des fleurs chez la belles de nuit
On croise une lignée de belles de nuit à fleurs blanches avec une lignée à fleurs rouges, la première génération F1 est formée de fleurs roses.
Le croisement des individus de F1 entre eux donne une génération F2
composée de:
– 25 fleurs blanches.
– 54
fleurs roses.
– 26
fleurs rouges
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1 - Que peut-on déduire du premier et deuxième croisement? 2 - Donnez une interprétation chromosomique du premier et deuxième croisement. Utilisez les symboles suivants: - B ou b pour l'allèle responsable de la couleur blanche; - R ou r pour l'allèle responsable de la couleur rouge. |
Correction
La dominance incomplète décrit la situation dans laquelle le phénotype d’un hétérozygote est intermédiaire entre ceux de deux homozygotes, sur une échelle de mesure quantitative
2 - 3 - Cas de gène létal
a- Transmission de la couleur de pelage chez les souris
On réalise deux croisements chez des souris.
1er croisement: le mâle a le pelage grise et la femelle le même phénotype donne toujours des souris grises.
2éme croisement: le mâle a le pelage jaune et la femelle le même phénotype donne toujours 2/3 de souris jaunes et 1/3 de souris grises.
Utilisez les symboles suivants:
- J ou j pour l'allèle responsable de la couleur jaune;
- G ou g pour l'allèle responsable de la couleur grise.
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A partir de l’exploitation de ces croisements, 1 - Determimez l’allèle dominant et l’allèle dominant recessif. 2 - Ecrivez les génotypes des souris jaunes et des souris grises. 3 - Donnez une interprétation chromosomique du deuxième croisement, et comparez les résultats théoriques et les résultats expérimentaux. 4 - Expliquez les résultats expérimentaux obtenus dans le deuxième croisement, sachant qu'on observe la présence d'embryons morts in utero chez les femelles jaunes. |
Correction
Gène létal. Gène qui entrave le développement normal d'un individu et qui provoque sa mort si son effet n'est pas annulé par l'allèle normal dominant qui lui correspond
2 - 4 - Cas de gène lié au sexe
a- Transmission de la couleur des yeux chez la drosophile
Un premier croisement est réalisé entre une drosophile femelle à «yeux rouges» et une drosophile mâle à «yeux blancs». Les individus de la génération F1 obtenus sont tous à «yeux rouges».
Un deuxième croisement inverse est réalisé entre une drosophile mâle à «yeux rouges» et une femelle à «yeux blancs». Les deux drosophiles sont de race pure. Les individus de la F'1 obtenus sont 50% des mâles à «yeux blancs» et 50% des femelles à « yeux rouges».
Utilisez les symboles suivants:
- R ou r pour l'allèle responsable de la couleur rouge;
- B ou b pour l'allèle responsable de la couleur blanche.
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1. Quels
renseignements peut-on dégager des résultats obtenus des deux croisements? 3. Donnez une interprétation chromosomique du premier et deuxième croisement. |
Correction
N.B:
Chez certaines espèces comme les oiseaux, les papillons et les serpents, le mâle est homogamétique (les chromosomes sexuels sont nommés ZZ), alors que la femelle est hétérogamétique(les chromosomes sexuels sont nommés ZW).
b - Transmission de la couleur de plumage chez les poules
Chez une espèce d'oiseaux, on croise deux individus de race pure; une femelle à plumes barrées avec un mâle à plumes noires. Ce croisement donne une génération F1 composées de 50% de femelles à plumes noires, et 50% de mâles à plumes barrées.
Utilisez les symboles suivants:
- B ou b pour l'allèle responsable de la couleur barrées;
- N ou n pour l'allèle responsable de la couleur noire.
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1. Quels
renseignements peut-on dégager des résultats obtenus de ce
croisement? 3. Donnez une interprétation chromosomique de ce croisement |
Correction
Bilan:
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Dans le cas de monohybridisme chez les dipolides: - Si les proportions phénotypiques de la F2 sont 3/4 + 1/4, on parle de dominance complète. - Si les proportions phénotypiques de la F2 sont 1/4 + 1/2 + 1/4, on parle de codominance ou dominance incomplète. - Si les proportions phénotypiques de la F2 sont 2/3 + 1/3 , on parle d'un gène létal. - On parle d'un gène lié au sexe, si : - Les résultats ne sont pas conformes à la première loi de Mendel malgré le croisement d'individus de race pure. - Les femelles héritent les caractères de leur père et inversement les mâles héritent les caractères de leur mère. - Les deux croisements réciproques ne donnent pas les mêmes résultats. |
3 -Transmission de deux couples d'allèles: dihybridisme
3 - 1 - Cas de génes indépendants
a- Transmission de la couleur et la forme des graines chez le mais
On réalise des croisements chez le maïs:
1 er croisement: entre deux lignées pures, la premiere à graines noires lisses et la deuxieme à graines jaunes ridées, on obtient à la génération F1 uniquement des graines noires lisses .
2 éme croisement: entre individus de F1, on obtient à la génération F2 les resultats suivants:
| 9/16 | graines noires lisses |
| 3/16 | graines jaunes lisses |
| 3/16 | graines noires ridées |
| 1/16 | graines jaunes ridées |
3 éme croisement: On réalise un back-cross (test-cross) entre un individu de F1 et un individu double recessif (le parent recessif), on obtient une génération F'1 constituées des resultats suivants:
| 25O2 | graines noires lisses |
| 2498 | graines jaunes lisses |
| 2499 | graines noires ridées |
| 2501 | graines jaunes ridées |
Utilisez les symboles suivants:
L et l pour les allèles du gène responsable de la forme ds graines;
N et r pour les allèles du gène responsable de la couleur des graines.
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1. Quels
renseignements peut-on dégager des résultats obtenus des deux
croisements? 3. Donnez une interprétation chromosomique du 1er et 2éme croisement. 4. Que peut on déduire du 3éme croisement. 5. Donnez une interprétation chromosomique du 3éme croisement. |
Correction
b - Troisiéme loi de Mendel
Loi de la disjonction ou la ségrégation indépendante des caractères
Lorsque 2 parents différent par plusieurs caractères, ceux-ci sont transmis à la descendance indépendamment les uns des autres. En d'autres termes la ségrégation d'un couple d'allèles est indépendante de celle d'un autre couple d'allèles.
3 - 2 - Cas de génes liés
a- Transmission de la couleur du corps et la forme des ailes chez la drosophile
On réalise des croisements chez la drosophile (mouche du vinaigre) :
1er croisement: On croise deux races pures de drosophiles, l'une à corps gris et ailes normales et l'autre à corps noir et ailes tordues, on obtient à la génération F1 uniquement des mouches à corps gris et ailes normales.
2éme croisement: entre une femelle de F1 et un mâle double recessif. La génération produite comporte statistiquement:
| 36,5% | mouches à corps gris et ailes normales |
| 36,5% | mouches à corps noir et ailes tordues |
| 13,5% | mouches à corps gris et ailes tordues |
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13,5% |
mouches à corps noir et ailes normales |
3éme croisement: entre un mâle de F1 et une femelle double recessive. La génération produite comporte statistiquement:
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50% |
mouches à corps gris et ailes normales |
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50% |
mouches à corps noir et ailes tordues |
Utilisez les symboles suivants:
- G et g pour les allèles du gène responsable de la la couleur du corps.
- N et n pour les allèles du gène responsable de la forme des ailes.
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1. Quels renseignements peut-on dégager des résultats obtenus des deux croisements? 2. Donnez une interprétation chromosomique du 1et et 2éme croisement. 3. Que peut on déduire du 3éme croisement. 4. Donnez une interprétation chromosomique du 3éme croisement. |
Correction
3 - 3 - La carte factorielle ou carte génétique
Le généticien américain Thomas Hunt Morgan et ses collaborateurs ont supposé que les crossing-over ont autant de chance de se produire en tout point du chromosome. Ainsi le taux de recombinaison (c'est-à-dire la fréquence des crossing-over dans leur modèle) entre deux gènes est indépendant de la nature de chaque gène, il ne dépend que de leur position relative sur le chromosome, ce qui revient à dire que le crossing-over est un phénomène mécanique. Ainsi plus les loci (locus = emplacement) de deux gènes sont éloignés, plus leur distance génétique est élevée, plus le taux de recombinaison sera grand. Morgan et ses collaborateurs établissent ainsi des cartes factorielles qui sont la schématisation des positions respectives des gènes évaluées à partir des pourcentages de recombinaisons. Morgan présente avec Alfred Sturtevant en 1913 la première carte génétique. Depuis on a défini le centiMorgan (cMg) comme unité de recombinaison: 1 cMg étant égal à 1% de crossing-over.
Application:
Pour la réalisation de la carte factorielles de 3 génes chez la drosophile, on propose les données suivantes:
1er croisement: On croise une femelle de F1 à yeux rouges et ailes longues et un mâle à yeux pourpres et ailes vestigiales. La génération produite comporte statistiquement:
| 200 | mouches à yeux rouges et ailes longues |
| 19 | mouches à yeux rouges et ailes vestigiales |
| 26 | mouches à yeux pourpres et ailes longues |
| 206 | mouches à yeux pourpres et ailes vestigiales |
2éme croisement: On croise une femelle de F1 à corps gris et ailes longues et un mâle à corps noir et ailes vestigiales. La génération produite comporte statistiquement:
| 152 | mouches à corps gris et ailes longues |
| 31 | mouches à corps gris et ailes vestigiales |
| 35 | mouches à corps noir et ailes longues |
| 147 | mouches à corps noir et ailes vestigiales |
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1. Montrez que les résultats expérimentaux des deux croisement sont en contradiction avec la loi de Mendel de la ségrégation indépendante des caractères. 2. Etablissez les cartes factorielles possibles. 3. Expliquez comment peut on determiner la carte factorielle convenable |
Correction