Hérédité

L’Hérédité avant Mendel

L’Hérédité Mendélienne: le Gène

la Ségrégation et l’Assortiment Indépendant des Caractères - la Dominance
La Génétique et la Probabilité, - La Génétique de Populations
La Loi d’Hardy-Weinberg
Le Lien entre la Génétique et l’Évolution
Violation de la Loi d’Hardy-Weinberg
Le Déséquilibre dans le Puits de Gène comme Facteur de 1’ Espéciation
le Croisement Non Aléatoire - - la Variation Génétique Aléatoire les Transformations Ponctuelles du Génome


L’Hérédité Non Mendélienne:

l’Hérédité Liée au Sexe, l’Enjambement, le Linkage, la Recombinaison, la Dominance Incomplète, et le Pluri-Allélisme:
Pénétrance, Codominance, Trait Polygénique, Complémentation, Épistasie et Pléïotropie


Les Transformation Génétiques

La Génétique Moléculaire: L’ADN


La Génétique Humaine:

L’Arbre Généalogique, le Caryotype, La Carte Génétique
L’Analyse Biochimique


La Reproduction




L’hérédité est le passage de certains traits caractéristiques d’une génération à une autre ou des parents à la progéniture. C’est parce que nous héritons de traits caractéristiques de nos parents que nous leur ressemblons. L’hérédité ne concerne que les organismes vivants et se rencontre chez tous les organismes vivants, à commencer par la cellule.
     La notion d’hérédité a été liée à celle de gène, mais pas avant Mendel. Les gènes sont les vecteurs de l’hérédité. Ils sont distribués sur l’acide désoxvribonucléique (ADN) du noyau de la cellule. Lorsque la cellule se divise, et donc également son noyau, son ADN se dédouble et une copie exacte de celui-ci passe dans les deux nouvelles cellules - cellules-filles - ainsi créées. Les gamètes, les cellules sexuelles, des organismes supérieurs obéissent à la même loi et véhiculent ainsi les caractères génétiques des parents à leur progéniture.
     La génétique est la science qui étudie les mécanismes de l’hérédité, i.e. les mécanismes de la transmission des caractèresdes parents â leurs enfants.



L’Hérédité avant Mendel


La Théorie de la Panspermie - La Théorie du Plasma Germinal

Hippocrate, le père de la médecine occidentale, fut l’un des premiers hommes à proposer une théorie de l’hérédité, connue sous l’appellation de la Pangenèse ou de la Panspermie. D’après Hipocrate, les différents organes (ou parties) du corps sécrètent de petites semences caractéristiques de l’organe qui vont se concentrer dans les organes reproductif s. De là elles sont libérées pour la reproduction. Les semences des deux progéniteurs (parents) se mélangent pour produire les descendants (enfants). Aristote fut le premier à démentir la panspermie en soulignant le fait que la perte d’un bras chez les progéniteurs (parents) ne conduit pas à un descendant (enfant) infirme d’un bras.
      Plus tard, Auguste Weismmann proposa une autre théorie, celle du Plasma Germinal, pour remplacer celle de la pangenése. D’après Weismann, seules les informations présentes dans les cellules sexuelles des parents - les gamètes - transmettent les traits héréditaires. Ceux-ci se fusionnent ensuite à la fécondation pour donner une “progénie” (descendance) qui présente, à la fois, les caractéristiques des deux parents. Bien que cette nouvelle théorie diffère de la première en ce qui concerne l’origine des caractères héréditaires, elle a en conservé un point, celui de l’hérédité de caractères parentaux fusionnés (mélangés), qui auraient été dès lors fluides.
      Le moine Grégoire Mendel, en démontrant, par inférence, la présence, chez un organisme vivant, d’unités indivisibles et distinctes - appelés, plus tard, des gènes - dans le transfert de l’information héréditaire, mit fin à la théorie du plasma germinal. En effet, un chien noir croisé à un chien blanc peut donner des chiens gris. Cependant, ces chiens gris, croisés entre eux, peuvent donner, en plus de nouveaux chiens gris, des chiens noirs ou des chiens blancs. S’il peut en être ainsi, c’est qu’il n’y a pas eu de fusion des caractères parentaux chez les chiens gris mais seulement la manifestation simultanée et partielle de deux caractères distincts qui a produit un tel mélange (une telle interférence).




L’Hérédité Mendélienne


MENDEL (reserve a l'auteur) a été le premier à avoir énoncé, en des termes clairs et rationels (scientifiques), les premières lois de l’hérédité et est, conséquemment, considéré comme le père de la génétique. Mendel a travaillé avec les pois de son jardin, le contrôle de ses expériences lui étant plus faciles avec ceux-ci qu’avec des animaux ou qu’avec d’autres espèces de plantes.
      Mendel croisa différentes variétés de pois qui ont des traits contrastants et nets, portant sur la couleur (jaune ou verte) , la taille (grande ou courte) et la forme (lisse ou ridée) . (Les fleurs de pois se fécondent naturellement; cependant, la fécondation (fertilization) artificielle par 1’expérimentateur ou le jardinier peut être également faite avant que le sac de pollen ait mûri, et c’est ce qu’a fait Mendel. La bonne connaissance par Mendel des mathématiques et de la statistique et son caractère méticuleux ont largement facilité son succès et son interprétation de ses expériences, (des expériences que tous les étudiants en Biologie doivent savoir réaliser et interpréter).


La Ségrégation et l’Assortiment Indépendant des Caractères - La Découverte de la Dominance

(L’exemple qui suit s’applique à l’étude de deux caractères, i.e., à celle du dihybridisme. Pour le monohybridisme, voyez l’exercice No.1 donné en travaux pratiques.)

Quand Mendel croisa des pois qui contrastaient par deux caractères, tel la couleur jaune et la forme lisse, chez l’un des parents, et la couleur verte et la forme ridée chez l’autre, il constata que tous les pois, en l’occurence des dihybrides, de la première génération - la F1 - étaient jaunes et lisses. Il interpréta ceci comme de la dominance (encore appelée improprement troisième loi de Mendel). C’est parce que la couleur jaune et la forme lisse sont des traits dominants, pensa Mendel, qu’ils ont été les seuls à se rencontrer dans la première génération. La forme ridée et la couleur verte, représentant des traits récessifs, ont été cachées par les traits dominants.
      Après avoir croisé entre eux les pois de la première génération, la F1, Mendel constata que des pois de la deuxième génération - la F2 - 9/16 étaient jaunes et lisses, i.e. homozygotes ou hétérozgotes dominants pour les deux traits (couleur et forme), 3/16 étaient verts et lisses ou homozygotes récessifs pour le trait "couleur" mais non pour la forme, 3/16 étaient jaunes et ridés ou homozygotes récessifs pour le trait “forme”, mais non pour la couleur, et 1/16 étaient verts et ridés, i.e., homozygotes récessifs pour les deux traits - couleur et forme. Par conséquent, la variété de pois jaunes qui n’avait pas compté auparavant des individus ridés en contenait maintenant et la variété de pois verts qui n’avait pas compté auparavant des individus lisses en contenait, également, maintenant. Mendel interpréta ce résultat comme étant dû à la separation des caractères et à leur arrangement, leur recombinaison au hazard et indépendamment les uns des autres, dans le nouvel individu apres le croisement subséquent des parents (fig. “5”-1)
      La première loi de Mendel est donc celle de la segregation des caractères héritables - , et sa deuxième loi celle de leur assortiment indépendant, . Les résultats de la F2 confirment une telle hypothèse. En effet, le caractère lisse et le caractère ridé représentent deux allèles d’un même gène qui, après s’être séparés (disjoints) au cours de la méiose, se sont reproduits indépendamment, au cours de la mitose consécutive, dans des gamètes différents qui se sont fusionnés (fécondés) au hazard. Il en est de même des allèles qui caractérisent la couleur verte et. la couleur jaune. Dans ces deux cas, les allèles dominants sont “lisse” pour la forme, pour l’un des gènes, et “jaune” pour la couleur, pour l’autre gène. Les allèles récessifs sont: “ridés” pour la forme et “verts” pour la couleur.... La F1 et la F2 sont donc obtenues comme nous le montre les échiquiers de croisement ci-dessous. La présence simultanée d’un allèle dominant (lettre majuscule) et d’un allèle récessif (lettre minuscule) chez un grain de pois - hétérozygote dominant - détermine le phénotype dominant; la présence de deux allèles récessifs chez celui-là - homozygote récessif - détermine le phénotype récessif; la présence de deux allèles dominants chez ce grain - homozygote dominant - détermine toujours le phénotype dominant. -



L  J
l  j L l  J j
Table 1

TABLEAU DE CROISEMENT

LJ Lj lJ lj
LJ LLJJ
lisse
et
jaune
LLJj
lisse
et
jaune
LlJj
lisse
et
jaune
LlJj
lisse
et
jaune
Lj LLJj
lisse
et
jaune
LLjj
lisse
et
vert
LljJ
lisse
et
jaune
Lljj
lisse
et
vert
lJ lLJJ
lisse
et
jaune
lLJj
lisse
et
jaune
llJJ
ride
et
jaune
llJj
ride
et
jaune
lj lLjJ
lisse
et
jaune
lLjj
lisse
et
vert
lljJ
ride
et
jaune
lljj
ride
et
vert
Table 2

Fig. 5.1- L’ensemble (1) (en relief) de la F2 est représenté par le phénotype lisse et jaune; il contient les 9 différents arrangements ou permutations d’allèles suivants, LLJJ, LLJj, LLjJ, LlJJ, lLJJ, LlJj, lLJj, LljJ, lLjJ représentant 4 diflérentes combinaisons ou 4 génotypes, LLJJ, LLJj, LlJJ et LlJj. L ensemble (2) - pois lisses et verts - est représenté par les 3 permutatIons suivantes, LLjj, Lljj, lLjj représentant 2 combinaisons ou 2 génotypee LLjj et Lljj. L’ensemble (3) - poiss ridés et jaunes - est représenté par les 3 permutations suivantes, llJJ, llJj, lljJ représentant 2 combinaisons ou 2 génotypee 11JJ et llJj. Enfin l’ensemble (4) - pois ridés et verts - est une seule permutation correspondant à une seule combinaison ou à 1 génotype lljj.



Qu’est un allèle?

Un gène existe souvent en copies multiples appelées allèles. Quand les allèles sont similaires, on dit qu’il y a homozygotie et les allèles sont des homozygotes. Quand ils sont dissemblables, il y a hétérozygotie et les allêles sont hétérozygotes. Lorsque chez un individu il existe deux allèles dissemblables mais qu’un seul se manifeste, celui qui se manifeste est ordinairement l’allèle dominant et on est en présence d’un cas de dominance; celui qui se manifeste pas est l’allèle récessif et donne lieu â des cas de récessivité
      Phylogénétiquement, un allèle peut être défini come un gène transformé, un gène muté i. e., un gène qui a, sans nul doute, conservé l’essentiel de sa structure initiale mais qui a, par mutation, subi quelque changement dans le détail de cette structure.
      Quand deux individus, différant entre eux par un ou plusieurs gènes ou par un ou plusieurs allèles, sont croisés entre eux et conduisent à une descendance viable, on dit qu’il y a eu hybridization, et leurs descendants sont des hybrides. Dans sons sens le plus large, l’hybridization est l’hétérozygotie et le résultat du croisement productif de deux individus provenant de n’importe quelle population et différant par un ou plusieurs allèles. Dans son sens le plus restreint, l’hybridization est le croisement interspécifique, productif, i.e., le croisement de deux individus de différentes espèces avec production d’une progéniture présentant les caractères des deux parents.
      Actuellement, on entend aussi souvent parler de l’hybridization de l’ADN; celle-ci est l’insertion, par l’intermédiaire d’un plasmide, d’un fragment d’ADN étranger à un ADN initial (ordinairement bactérien).

Mendel ne fut point encouragé dans ses recherches. Par exemple, après avoir fait part à Nageli, un éminent botaniste de son temps, des résultats de ses recherches, celui-ci ne l’invita point à publier celles-ci et l’aurait même recommandé de tester ceux-ci sur l’hiéracium, un genre où la parthenogenèse (l’ermbryogenèse sans la fécondation) est fréquente, ce qui aurait compliqué les études de Mendel.
     Cependant, Mendel ne se découragea point. L’expression la plus simple de sa loi de la ségrégation indépendante des caractères apparaît dans le croisement du double hétérozygote de première génération (F1) - Ll/Jj - à phénotype dominant - grain lisse et jaune - au parent doublement homozygote - ll/jj - à phénotype récessif. Un tel croisement est appelé un croisement en retour (ang., “test-cross”). En plein accord avec la ségrégation indépendante des caractères, on peut observer, en proportions égales dans la progéniture, les quatre phénotypes qui correspondent aux quatre catégories différentes de gamètes produits, comme nous le montre l’échiquier de croisement suivant:



   

LJ

Lj

lJ

lj

   
(après la ségrégation: gamète de la F1 homozygote)
     

lj

(après ségrégation: gamètes du parent homozygote récessif)

 

L1Jj

Lljj

llJj

lljj

lisse et jaune lisse et vert ride et jaune ride et vert
   
<----------Hétérozygotes---------->
homozygote récessif
Table 3
Fig. 5.2


Le croisement en retour est encore utilisé aujourd’hui pour déterminer un génotype inconnu. Prenons, pour les pois de Mendel, le cas plus simple de monohybridisme, par exemple. Si, en croisant un individu No.1, doublement homozygote récessif, avec un individu No.2, dont le phénotype est dominant mais dont on ne sait s’il est homozygote ou hétérozygote, 100% des individus de la F2 présentent un phénotype dominant, alors No.2 est homozygote dominant. Si 50% de la F2 montre le phénotype récessif, alors No.2 est hétérozygote, comme nous le montre l’échiquier de croisement suivant pour le caractère de la forme lisse du pois.



  \      L      L                    \      L      l   
  l      Ll      Ll                    l      Ll      ll   
  l      Ll      Ll                    l      Ll      ll   
Tous les phenotypes sont dominants               50% des phenotypes sont dominants
Table 4
Fig. 5.3

Travaux Pratiques No. 1:

a) Trouvez la Fl pour le croisement de deux pois monohybrides, l’un à phénotype lisse et l’autre à phénotype ridé. b) Ensuite, trouvez sur l’échiquier de croisement le génotype (association des lettres) et le phénotype (forme ou caractéristiques extérieures) des individus de la F2, les allèles du couple mendélien étant représentés pour le caractère allélomorphe lisse ou dominant par L et pour le caractère allérnorphe ridé ou récessif par l. c) Donnez les fractions et les pourcentages des différents monohybrides (phénotypes monohybrides) obtenus de la F2. d) Représentez le génome de la population. (Référez vous à la fin du texte pour la réponse)




Conclusion sur Mendel

Les gènes déterminent les traits, les caractères visibles que nous voyons chez nous et chez nos parents. Ces traits visibles qui constituent le phénotype sont, par exemple, la couleur des yeux, la taille, la forme de la bouche ou du nez, ou, enfin, l’aspect du visage. Mendel, pour avoir décrit le mode d’action et d’héritage des gènes parentaux, est connu pour être le père de la génétique. Cependant, il existe de nombreuses exceptions aux lois de Mendel:

  1. le crossing-over ou la recombinaison par enjambement,
  2. le pluri-allélisme, (où la variation quantitative d’un trait est déterminée par l’action simultanée de plusieurs allèles, leurs effets, étant additifs; la taille d’un individu, par exemple, est un trait polygénique, étant fixé par l’action de plusieurs hormones. Le trait polygénique rappelle la dominance partielle, mais l'action peut mettre en jeu des recessifs egalement)
  3. la codominance (la pénétrance [l'expression] de deux ou plusieurs allèles en est complète et conduit au mosaïcisme [" A condition in which tissues of genetically different types occur in the same organism."], produit par les mutants d'un gène)
  4. la dominance incomplète ou la dominance partielle ("A heterozygous condition in which both alleles at a gene locus are partially expressed, often producing an intermediate phenotype. ")
  5. l’épistasie, ("An interaction between nonallelic genes, especially an interaction in which one gene suppresses the expression of another.")
  6. la complémentation ("Of or relating to a group of genes that act... to produce a specific, distinct, phenotype, not an intermediate one"),
  7. la pléiotropie ("The control by a single gene of several distinct and seemingly unrelated phenotypic effects.") et les gènes léthaux,
  8. enfin différents types de transformations génomiques or mutations
    1. délétion,
    2. duplication,
    3. translocation,
    4. et inversion qui sont souvent le résultat du "linkage".
    Toutefois, Mendel a beaucoup de mérite car, â son épogue, le modèle bicaténaire de l’ADN - modèle de Watson et Crick, (“un classique de la génétique”) n’était pas encore connu et la topographie des gènes sur la molécule d’ADN l’était encore moins.






La Génétique et la probabilité- La Génétique des Populations: le Lien entre la Génétique et l’Evolution

(Dans un désir de clarification, j’ai décidé de voir quelques notions de la Génétique de Populations avant l’hérédité non mendélienne,)

Dans plusieurs situations qui relèvent de la Génétique, tel que l’étude des populations d’organismes vivants dans des conditions naturelles et lorsque l’expérimentation n’est pas possible, il est nécessaire de recourir à des méthodes statistiques pour collecter des informations. En recourant à ces méthodes d’observation indirecte, il n’est possible de connaître que la fréquence des manifestations d’un gène dans une population et non la fréquence des génotypes détaillés. Prenons l’exemple ci-dessus, celui des pois analysés pour deux caractères, la - forme et la couleur. Il n’est possible de savoir par l’observation de la population de la F2 (la deuxième génération) que la fréquence des manifestations du gène récessif ou celle du gène dominant. La fréquence ainsi déterminée du dihybride récessif est 6% (1/16) et celle du dihybride dominant 56% (9/16) contre 11% (1/9) et 44% (4/9) qui sont des fréquences possibles de phénotypes d’après l’analyse des génotypes. Comme quelques phenotypes s’accompagnent d’un taux plus eleve de la mortalite, un certain nombre d’informations sont ainsi perdues quand nous tenons compte de la fréquence d’un gène (dans la population) au lieu de celle du génotype. Cependant, parce que nous travaillons avec un grand nombre d’individus et parce que, dans la plupart des populations, les croisements entre les individus se font principalement au hazard, une telle simplification ne conduit pas à une perte significative de précision.



La Méthode Statistique:

Lançons une pièce de monnaie. Le nombre de possibilités d’arrangements lorsque je place la pièce délibérement sur "face" et que je la lance 1, 2, 3, fois, est comme suit:
F
F et P
FF, FP, PF, et PP
FFF, FPF, PFF, FFP, FPP, PFF, PFF et PFF

Ce que nous pouvons encore représenter sous la forme binomiale
(F + P)0= 1 (O lancer)
(F + F)1 =  1F + 1F (1 jet ou 1 lancer)
(F + P)2 = 1F + 2FF + 1F
(F ÷ P)3 = 1FFF + 3FFP + 3FPP + 1PFP


Pour un nombre indéterminé de lancers, les différentes possibilités sont données par le Triangle de Pascal des coefficients binomiaux, quand on considère le total des possibilités (n), ou par la table des coefficients binomiaux quand on a â choisir un certain nombre de possibilités (k) parmi d’autres (n)



Triangle de Pascal des coefficients binomiaux:



Fig. 5.4a

Table des coefficients binomiaux:



Fig. 5.4b


La Loi d’Hardy-Weinberg


Peu de temps après la découverte des lois de Mendel, le principe simple sur lequel repose une grande partie de la génétique des populations a été énoncé par G.H. Hardy et. W.Weinberg. Ce principe s’énonce comme suit:
      Dans une grande population où les processus de sélection naturelle et d’évolution, ou plus généralement de variabilité génétique, (glissade génétique, mutations, choix reproductif, échanges de gènes avec d’autres populations géographiquement isolées ou éloignées) sont minimisés par la taille de cette population, la fréquence des allèles reste invariable d’une génération à une autre.
      Dans une telle population alors, si P1 est la fréquence avec laquelle se rencontre l’allèle Al et P2 la fréquence avec laquelle se rencontre l’allèle A2, alors, après une génération de croisement au hazard, la fréquence des génotypes sera et se maintiendra en équilibre comme suit:


Génotype Fréquence
A1A1 P12
A1A2 2P1P2
A2A2 P22
Table 5

et comrne le montre l’échiquier de croisement ci-dessous:

Oeufs: Gamètes mâles:   P1 (A1)-> P2 (A2)->
P1 (A1)+ P1P1 A1A1 P1P2 A1A2
P2 (A2)+ P1P2 A1A2 P2P2 A2A2
Table 6


Dans le cas ou A1 représente l’allèle dominant A et A2 l’allèle récessif a, p la fréquence de l’allèle dominant et q = (1 - p) celle de l’allèle récessif, la distribution de la fréquence s’écrira, conformément à la table de la règle des coefficients binomiaux1, comme suit:

AA Aa aa p2 2pq q2
Table 7


La loi d’Hardy-Weinberg s’applique donc à une population idéale pour laquelle les conditions suivantes sont satisfaites:
  1. croisement au hazard ou accouplement non sélectif
  2. population très large
  3. population petite mais isolée sans échange de gènes avec d’autres populations
  4. pas de mutation dans la petite population
  5. pas de sélection naturelle: aucun allèle ne confère davantage de reproduction ou de survie qu un autre allèle


Aspect pratique de cette loi:

Les yeux bleux sont dûs à un trait récessif dont l’allèle dominant détermine les yeux bruns. D’après les échiquiers de croisement de l’hérédité mendélienne (vus ci-dessus), les yeux bleux ne peuvent être qu’en minorité dans une population. Cependant, en Norvège, par exemple, les yeux bleux sont en majorité dans la population.      L’explication à cet égnigme se trouve dans la loi d’Hardy-Weinberg. Hardy inféra que si les lois de Mendel permettaient de prédire aisément les résultats du croisement entre deux individus, elles ne le permettent pas de même pour une population d’individus. En effet, la proportion des génotypes dans une population reflète celle des allèles dans cette population où l’accouplement non sélectif (le croisement au hazard) assure, sinon, une égale chance, du moins, une meilleure, à tous les phénotypes, et non seulement au zygote dominant. C’en est l’inverse qui se constate sur l’échiquier de croisement mendélien.      Cependant, ceci aussi est loin de la réalté. Dans la plupart des cas, l’accouplement est sélectif et produit la "glissade génétique".



Violation de la Loi d’Hardy-Weinberg: le Déséquilibre dans le Puits de Gène comme un Facteur de Variation Intraspécifique et Transpécifique.

La loi d’Hardy-Weinberg s’applique des populations où le puits de gènes2 est constamment en équilibre, i.e. de grandes populations. Pour de petites populations, le puits de gènes se maintient plus difficilement en équilibre.
     En effet, dans les petites populations, des variations individuelles peuvent amener des changements significatifs de la fréquence des allèles dans le puits de gènes ("gene pool") d’une population et conduire, dans des conditions bien déterminées à la formation d’une nouvelle race et, ultimement, d’une nouvelle espèce. De telles variations surviennent spontanément, la suite de transformations spontanées du génome3 par mutations, translocations et non-disjonction (conduisant l’allopolyploïdie)) ayant survenu chez un ou plusieurs membres, à la fois, de cette population. Elles introduisent, innattendument la variabilité dans la population locale d’ou le terme de variations génétiques aléatoires, par suite du flux de gènes qui s’ensuit dans le puits génétique du à la reproduction sexuée et du croisement sélectif. Dans des conditions bien déterminées qui préviennent le brassage des gènes, comme celles qui surviennet à la suite de l’isolement géographique, dû aux barrières géoclimatiques ou aux migrations, auxquels s’ajoute le jeu de la sélection naturelle (le déces précoce et la non reproduction des plus faibles), elles amènent la perte de certaines allèles dans la population, d’ou le terme de "glisade génétique aléatoire" et peuvent conduire à la formation d’une nouvelle race et ultimement à l’espéciation i.e. à l’isolement reproductif.
     Pour nous reprendre, citons l’encyclopédie En Carta:

     Population genetics, which investigates how genes spread through populations of organisms, was given a firm basis by the work of the English mathematician Godfrey H. Hardy and the German obstetrician Wilhelm Weinberg. In 1908 they independently formulated what is now known as the Hardy-Weinberg rule. This states that if two alleles of one autosomal gene (A and a) exist in a population, if their frequencies of occurrence (expressed in decimals) are p and q, respectively (p + q = 1), and if mating between individuals occurs at random with respect to the gene, then after one generation the frequencies of the three genotypes AA, Aa, and aa will be p2, 2pq, and q2, respectively. These frequencies, in the absence of disturbances, will then remain constant from generation to generation. Any change of frequency, which signals an evolutionary change, must therefore be due to disturbances. These disturbances may include mutation, natural selection, migration, and breeding within small populations that may lose some alleles by chance, or random genetic drift4 (cliquez dessus)."

En d’autre termes et pour nous résumer, les mécanismes de l’évolution qui, jouant simultanément, violent la loi d’Hardy-Weinberg sont, donc, pour une petite population: les modifications spontanéees du génome, le croisement non aléatoire, l’isolement géographique ou géoclimatique et la sélection naturelle.



Le Croisement Non ALéatoire

Le croisement non aléatoire peut se présenter sous deux formes: - le croisement cosanguin et l’accouplement sélectif.
    Trois formes de croisement cosanguin sont: l’autofécondation, la parthénogenèse et. le croisement entre des individus de la même lignée.
L’autofécondation est fréquente chez les plantes, et Mendel a dû la contourner chez les pois pour démontrer ses lois de l’hérédité. Les plantes qui s’autofécondent ont souvent des fleurs qui ne s’ouvrent jamais.
    La parthénogenèse, comme nous l’avons vue, est un processus durant lequel des organismes haploides produisent des organismes haploïdes similaires ou durant lequel, chez des organismes diploides, comme la dinde et le lézard, les oeufs (gamètes femelles haploïdes) débutent spontanément leur eml:ov::enèse sans aucune fécondation préalable pour donner des femelles similaires à la mère.
    Le croisement entre des individus de la meme lignée ou la -cosanguinité - est fréquent chez toutes les catégories d’organismes vivants qui connaissent la reproduction sexuée, Dans la plupart des sociétés humaines, il existe des lois sociales qui empêchent une forme de croisement cosanguin, qualifiée d’inceste, faite entre les membres les plus proches d’une même famille. Cependant, dans une tribu berbère, nomade du Sahara, le mariage se fait souvent entre les premiers cousins.
    L’accouplement sélectif est une forme très fréquente du croisement non aléatoire, au cours duquel des partenaires sexuels non apparentés se choisissent sui la base du phénotype, et conduit, comme dans les trois cas précédents, â une distribution beaucoup moins aléatoire des gènes dans la population que ne le prévoient la loi d’Hardy-Weinberg et l’échiquier de croisement mendélien. L’ accouplement sélectif est particulièrement fréquent chez les animaux les plus évolués.



La Variation Génétique Aléatoire

Lorsque vous jettez un dé cubique, il existe une chance égale que celui-ci tombe sur n’importe laquelle des 6 faces. Cependant, il est fort probable qu’après un certain nombre de fois vous obteniez une ou plusieurs faces plus souvent que d’autres. Néammoins, lorsque vous jettez le dé un grand nombre de fois, vous ne rencontrerez pas une grande différence entre les divers résultats. Il en est de même pour la variation génétique aléatoire, due au brassage de gènes par suite de la reproduction sexuée. Si la population est grande et reste telle, cette variation aléatoire (due à la chance) de la fréquence d’un gène ne conduit pas à des changement significatifs dans le "puits de gènes". Si, par contre, un cataclysme naturel vient à réduire la population initiale, les différences entre les fréquences des divers allèles seront plus grandes (un peu comme lorsque vous lancez le dé un petit nombre de fois) et les allèles les moins fréquents ont le plus de chance d’être perdus du puits de gènes de cette population. D’autre part, les variations aléatoires de la fréquence des gènes, associées aux mutations, conduisent de cette façon à l’espéciation.
[Parce que nous héritons de la mitochondrie et de son génome seulement du parent maternel et que, dans ce cas, la variation aléatoire des gènes est limitée, il a été possible aux généticiens moléculaires de retracer l’origine de la première femme, en s’aidant de l’analyse moléculaire et des méthodes statistiques (intervalle de confiance, etc.). Ces méthodes font remonter l’origine de l’homme moderne à une période relativement récente de quelques 100.000 ans et ne concordent pas avec les données paléontologiques, probablement, par suite de l’erreur de régression (regression fallacy) ("réservé à l'auteur")5 qui augmente aux valeurs extrêmes (comme des périodes très antérieures ou très futures). Pour peu précises que soient les données qui proviennent de cette étude du génome mitochondrial, elles confirment deux choses: l’évolution de l’espèce humaine à partir d’un ancêtre primitif (d’ancêtres très primitifs) et le gène comme représentant le matériel de base de l’évolution. Enfin, (1) parce que toutes les cellules eucaryotes, portant la mitochondrie, avec ou sans le chloroplaste, dérivent d’une cellule eucaryote primitive, (2) parce que celle-ci proviendrait de la symbiose de cellules procarotes primitives, dont les restes endosymbiotiques sont la mitochondrie et le chloroplaste et (3) parce que la cellule animale proviendrait de cette cellule eucaryote primitive ayant perdu son chloroplaste, les évolutionistes pensent que nos mitochondries dérivent toutes d’une même lignée de cellules qui remontent à l’origine de la vie sur terre, d’où le terme d’Ève Mitochondriale.]


Les Transformations Ponctuelles du Génome

Dans le cadre de la génétique mendélienne, les transformations du génome qui nous intéressent sont les mutations ponctuelles. Un gène A peut, au cours de la vie de l’organisme qui le porte, se dupliquer et donner deux allèles de A (soit A1 et A2). Par la suite, une nouvelle mutation peut produire un allèle récessif a du même gène ou un gène différent, B, proche de A. De telles transformations peuvent ne pas provoquer un désavantage sélectif pour les nouveaux organismes qui les portent et ceux-ci peuvent, dès lors, vivre sans inconvénient dans l’environnement initial; ils pourront contribuer à la variabilité génomique de la population locale - cela de façon d’autant plus significative que la population est petite - et, plus tard, à l’espéciation. Les mutations surviennent dans tout génome, il est vrai. Cependant, parce que les mutations sont relativement rares (probabilité = 1O-4 à 10-9 par génération de cellules ou de génomes), parce que certains organismes se reproduisent moins souvent que d’autres, parce que, chez les animaux, seules les mutations qui affectent les cellules germinales sont héritables et parce que toutes les mutations ne conduisent pas immédiatement ou inévitablement à une variation phénotypique viable, il est difficile à l’homme de la rue de se rendre compte que l’évo1ution est, en fait, un phénomène constant. ["La loi de la plus grande entropie", disais-je chez moi, l’autre jour dernier, "est ineroxable et intéresse tous les systèmes dans un univers (physique ou non); aucun syteme ne peut, dès lors, durer indéfiniment". "Cependant," ajoutais-je, "l’évolution sera toujours possible et surviendra toujours dès que les conditions propices seront présentes".] L’évolution est la création.





L’Hérédité Non Mendélienne


L’Hérédité Liée au Sexe

En 1902, Théodore Boyeri et Walter Sutton, en se basant sur l’étude des corrélations, émirent l’hypothèse que les unités de Mendel - les génes - sont localisées sur les chromosomes. Plus tard, Thomas H. Morgan, en étudiant la reproduction chez les drosophiles, prouva que ceci est en effet vrai et ouvrit, ainsi, une voie nouvelle à l’exploration des mécanismes de l’hérédité qui devait mener à la découverte de l’ADN et à l’explication de l’évolution par la génétique. L’on sait maintenant que le véhicule des gènes est l’ADN du noyau, une molécule organique très longue qui peut subir des modifications à volonté (§ Ingénierie Génétique).

W- W-
W+ W+/W- W+/W-
W+ W+/W- W+/W-

Table 8

Morgan croisa des drosophiles à yeux rouges à des drosophiles à yeux blancs. Il constata que certains de ces croisements conduisaient à une F1 (la première génération filiale) où tous les individus avaient des yeux rouges, conformément au phénomène de la dominance et aux lois de la disjonction et de la ségrégation indépendante des caractères, découverts par Mendel. Dès lors, les “yeux blancs” étaient un trait récessif et les parents croisés étaient des homozygotes, comme nous le montre l’échiquier de croisement suivant (où l’allèle dominant est w+ et l’allèle récessif w-)( fig. 5.1)
    Cependant, lorsque Morgan croisa entre eux les individus de la F1, qui auraient dûs être tous des hétérozygotes, il n’obtint pas, pour la F2, la proportion qu’aurait obtenue Mendel dans ce cas [3 individus à “yeux rouges”/1 individu à “yeux blancs”], quelque soit le sexe de l’animal. Ce qu’il constata, par contre, était que toutes les femelles avaient des yeux rouges, et, que parmi les mâles, une moitié avaient des yeux rouges et l’autre des yeux blancs. Morgan pensa qu’une telle distribution correspondait à la distribution des sexes, comme le montrent les échiquiers de croisement suivants (lorsque le taux de mortalité est égal à celui de la naissance pour les deux sexes):

X Y
X XX XY
X XX XY

   XY: génotype mâle

   XX: génotype femelle
XW+ Y
XW+ XW+XW+ XW+Y
XW- XW+XW- XW-Y

   XW+Y: génotype mâle à yeux rouges

   XW+XW+, XW+XW-: génotype femelle à yeux rouges

   XW-Y: génotype mâle à yeux blancs

Table 9


Morgan conclut qu’un tel héritage de la couleur des yeux ne pouvait être dû qu’à l’hérédité liée au sexe, i.e., à des gènes fixés sur les chromosomes sexuels (assymétriques chez le mâle), plus précisément sur les "bras chromosomiques", au lieu de l’être sur les chromosomes somatiques (dont les bras symmétriques assurent la répartition symmétrique des gènes, lors de la division cellulaire). Depuis lors, les généticiens surent donc que les gènes sont présents sur les chromosomes du noyau (qui sont des entités visibles au microscope, lors de la meïose). Par la suite, après que Watson et Crick eurent proposé leur modèle de l’ADN nucléaire, l’on sût que les chromosomes corespondent à des zones très enroulées ou très condensées de l’ADN nucléaire. Enfin, dans l’hérédité liée au sexe et lorsque le gène mutant est porté par le chromosome X, celui-là se comporte comme un allèle récessif chez la femme, par suite de l’inactivation -lyonisation (hypothèse de Lyon) - créée par l’autre chromosome X, et comme un allèle dominant chez l’homme qui ne possède qu’un chromosme X et donc qu’un allèle.


LECTURE SUR L’HÉMOPHILIE
(cliquez dessus)




Comment le Gène Réalise-t’il la Synthèse d’une Protéine? Le Linkage, l’Enjambement et la Recombinaison

MORGAN a pu démontrer que les gènes se trouvent sur les chromosomes qui sont des entités observables. Cependant, parce qu’il existe des milliers de gènes et parce que la plupart des organismes ne portent qu’une à deux dizaines de chromosomes, plusieurs gènes doivent être alors situés sur le même chromosome. L’emplacement d’un gène sur un chromosome est fixe, peut être numéroté ou a des coordonnées et a été appelé le locus (i.e., le lieu ou la localisation). Les différents allèles d’un même gène sont situés sur des loci similaires des chromosomes homologues3 (chromosomes de la même pair de chromosomes).
    Parce que les entités observables qui se séparent au cours de la méiose sont des chromosomes et non des gènes, des généticiens, comme Morgan, ont inféré que tous les gènes ne subissent pas probablement la ségrégation indépendante, comme l’avait prouvé Mendel, étant dans une situation connue sous l’appellation de linkage (gènes liés). La raison de cette différence, inférèrent-ils, est que les gènes qui obéissent aux lois de Mendel ne seraient pas fixes sur leur chromosome; ce qui justifierait, pour les quatres allèles, A, a, B, et b des chromosomes Ab et aB, par exemple(fig.), toutes les combinaisons d’allèles4 que nous donne l’échiquier de croisement suivant:

B b
A AB Ab
a aB ab
Table 10
Si l’inverse était vrai, i.e., si les gènes étaient toujours à un locus fixe sur leur chromosome, les gènes A et b du chromosome Ab et les gènes a et B du chromosome aB auraient été invariablement liés, i.e. auraient connu le linkage complet et ne pourraient donner que deux combinaisons de gamètes: Ab et aB.
    Fortunément, les généticiens ont inféré l’existence d’une situation intermédiaire appelée le linkage partiel où un petit pourcentage de gènes, liés à un même chromosome, subissent une recombinaison avec d’autres gènes du même locus situés sur le chromosome homologue. Une telle situation conduirait à une distribution de phénotypes qui serait conforme aux lois de l’assortiment indépendant de Mendel et qui expliquerait également le fait que quelques traits sont liés.

Les trois situations - ségrégation indépendante, linkage complet et linkage partiel - se rencontrent, en fait, toutes trois, dans la nature. Par exemple, les caractères que Mendel a étudiés, chez les pois, ne sont pas du tout liés et s’assortissent indépendemment. D’autre part, chez les drosophiles de Morgan, l’oeil rouge pourpre était toujours associé à la couleur noire. Enfin, chez des drosophiles et chez les hommes, ont été étudiées des distributions de phénotypes qui se rapportent au linkage partiel.

Comment maintenant expliquer avec la théorie de l’assortiment chromosomique indépendant une telle distribution de phénotypes dans le cas du linkage partiel? L’explication est que durant la méiose, au moment de la formation de la plaque équatoriale et au cours de l’appariement des chromosomes homologues, des enjambements (“crossing over”) se produisent entre ces chromosomes proches et conduisent à des échanges de bras ou de segments entre ces chromosomes. De tels échanges s’accompagnent d’un déplacement de loci qui peuvent traverser d’un chromosome à un autre (fig. ) et donc d’une recombinaison des gènes.





Fig. 5.5  Échange de segments entre les bras No.1 et No.2 des chromatides 1 et 2
du chromosome 1 conduisant à une nouvelle configuration des loci et à
la formation du chromosome 2, et vice versa.



EXERCICE:

Recommencez, théoriquement, l’expérience de Morgan, sur votre échiquier de croisement et, pratiquement, si possible, dans votre bouteille-flacon à drosophiles, en croisant:
  1. des mâles aux yeux blancs à des femelles hétérozygotes aux yeux rouges
  2. des mâles aux yeux blancs à des femelles homozygotes aux yeux rouges
  3. des mâles aux yeux rouges à des femelles hétérozygotes aux yeux rouges
  4. des mâles aux yeux rouges à des femelles homozygotes aux yeux blancs
Qu’obtenez-vous dans chacun des cas (proportion des phénotypes pour chaque sexe)? - Utilisez la lettre R (à la place de w+) pour le phénotype dominant et r pour le phénotype récessif pour vous faciliter la tâche.




La Dominance Incomplète

La dominance, nous l’avons vu, est la détermination du phénotype par un seul trait génétique, lorsque le sujet est hétérozygote. L’allèle qui fait apparaître le caractère phénotypique est l’allèle dominant et l’allèle qui ne s’exprime pas est l’allèle récessif, Dans la dominance incomplète, le trait phénotypique est la somme de l’expression de chacun des allèles en cause. Un exemple de la dominance incomplète est celui de la plante connue sous le nom de muflier (gueule de loup). Il existe deux espèces de muflier, l’une portant des fleurs rouges et l’autre des fleurs blanches. Lorsque le pollen de l’une est transporté sur la carpelle de l’autre et que la fécondation s’ensuit, un croisement a lieu entre bes deux espèces. Les individus de la F1 qui naissent de ce croisement présentent tous des fleurs roses, ce qui fait penser à l’absence de dominance. Cependant, les fleurs de la F2 qui résulte du croisement des individus de la F1 entre eux sont roses, rouges et blanches, dans la proportion de 50% de roses, 25 % de blanches et 25% de rouges. Ces résultats restent conformes aux découvertes de Mendel, car, bien qu’ils soient différents avec ceux que celui-ci a obtenu avec ses pois, ils révèlent clairement qu’il n’y a pas eu de fusion des gènes. L’explication à la différence observée est la dominance incomplète ou partielle des gènes qui déterminent le phénotype rouge et de ceux qui déterminent le phénotype blanc, comme nous le montrent les échiquiers de croisement suivants:


W W
   R R/W R/W
   R R/W R/W
R W
   R R/R R/W
   W R/W W/W
F1: toutes sont roses (R/W)
F2:: 1:2:1, i.e., 1 est rouge (R/R), 2 sont roses (R/W) et 1 est blanche (W/W)

Table 11



Le gène qui détermine la couleur rouge et celui qui détermine la couleur blanche sont tous deux des allèles dominants qui ne peuvent s’exprimer que partiellement dans la F1 et, ainsi, chez 50% des individus de la F2. La dominance incomplète pourrait donc être classée avec raison dans la génétique mendélienne.



Le Pluri-Allélisme:

Sous le titre général de pluriallélisme nous verrons, à la fois, les actions de plusieurs gènes sur un phénotype et l’action d’un gène sur plusieurs phénotypes. Ce n’est pas le plan suivi par tous les livres. En effet, alors que beaucoup d’auteurs pensent que le pluriallélisme n’est que de la codominance, nous considérerons comme étant du domaine du pluriallélisme cinq mécanismes génétiques (qui seront étudiés plus profondément plus loin); ils sont:
  1. la codominance: c’est l’expression complète, de deux ou deux plusieurs allèles d’un gène qui produit un phénotype donné; la pénétrance (l’expression) de deux ou plusieurs allèles en est complète et conduit au mosaïcisme; un exemple de complémentation est trouvé dans le système de Landsteiner - système ABO - de classification des groupes sanguins (voir plus bas)
  2. le trait polygénique: c’est le cas où la variation quantitative d’un trait est déterminée par l’action simultanée de plusieurs allèles, leurs effets, étant additifs; la taille d’un individu, par exemple, est un trait polygénique, étant fixé par l’action de plusieurs hormones. Le trait polygénique rappelle la dominance partielle,
  3. la complémentation: elle est due à l’action de deux ou de plusieurs génes non alléliques ou pseudoalléliques sur un phénotype, leur interaction conduisant à un phénotype variable ou différent - effet cis-trans. Les différentes couleurs des yeux des drosophiles sont dues à la complémentation
  4. l’épistasie: dans ce cas, les interactions de deux ou de plusieurs gènes conduisent à la non pénétrance d’un ou de plusieurs gènes, i.e., à leur inhibition. Un exemple de l’épistasie est donné plus bas pour la fourrure agoutie du chat
  5. la pléiotropie: c’est la pénétrance variable d’un gène, conduisant à l’expression multiple ou variable d’un gène; le facteur rhésus (Rh), par exemple, serait dû à la pléiotropie d’allèles ou de pseudoallèles d’un gène, conduisant à différentes formes de l’antigène agglutinant



La CODOMINANCE

La codominance n’est pas la dominance incomplète. La codominance se caractérise par l’expression simultanée et de façon complète de deux ou de plusieurs allèles d’un même gène, pour le même trait. La codominance se voit dans le système ABC de Landsteiner de classification des groupes sanguins. Trois allèles (pris 2 à 2) d’un même gène (i.e., trouvés, chacun, sur le même locus chromosomique) sont responsables de la formation des antigènes A, B et 0 qui enveloppent les globules rouges et produisent une réponse immunitaire dans des circonstances particulières.
    Un sujet de groupe sanguin 0 est considéré avoir un génotype 00 et ne produit ni l’antigène A ni l’antigène B qui suscitent des réactions immunitaires respectivement chez les sujets du groupe sanguin A et chez ceux du groupe sanguin B. Un tel sujet sera alors un donneur universel de sang ou de globules rouges s’il est, en plus, Rhésus négatif (et il sera très recherché par les banques de sang).
    Un sujet du groupe sanguin A, ou de génotype AA ou A0 (A étant considéré, ici, comme l’allèle dominant et 0 comme l’allèle récessif) fabrique des antigènes A qui suscitent des réactions immunitaires chez les sujets du groupe 0 dont le sang contient des anticorps A et B et chez ceux du groupe B dont le sang contient (ou fabrique) des anticorps A. Dès lors, un sujet du groupe A peut recevoir du sang d’un sujet de type sanguin 0 mais ne peut lui en donner et il ne peut recevoir ni donner de celui qui est du groupe B (cf. tableau).
    Un sujet du groupe sanguin B, ou de génotype BB ou B0 (B étant l’allèle dominant) fabrique des antigènes B qui suscitent des réactions immunitaires chez les sujets du groupe sanguin 0 (dont le sang contient des anticorps A et B) et chez ceux du groupe sanguin A (dont le sang contient des anticorps B). Par conséquent, un sujet du groupe sanguin B peut recevoir du sang d’un sujet du groupe sanguin 0 mais ne peut lui en donner et ne peut en recevoir ni donner à un sujet du groupe sanguin A.
    Enfin, un sujet du groupe sanguin AB, qui produit des antigènes A et B, peut être un receveur universel mais ne pourra donner à quiconque de son groupe sanguin.


Groupe
sanguin
Génotype Antigène
du globule
rouge
Anticorps
O OO aucun Anti-A
Anti-B
A AA, OA A Anti-B
B BD, OB B Anti-A
AB AB A, B aucun

Table 13



Exercices 4

1) À quel groupe une personne du groupe A peut-elle donner du sang?
2) De quel groupe peut-elle en recevoir ? (Servez vous du tableau des groupes sanguins).




Le CARACTÈRE POLYGÉNIQUE - L’HÉRÉDITÉ Des CARACTÈRES QUANTITATIFS

Les traits que nous avons étudiés jusqu’alors étaient des traits qualitatifs, tels que la variété lisse ou ridée du pois, la couleur rouge ou blanche des yeux de la drosophile ou encore le type sanguin 0, A, B ou AB. Les caractères quantitatifs diffèrent plutôt en degrés qu’en termes de genres. Pour les décrire, nous n’envisagerons pas leur présence ou leur absence mais leur grandeur, leur largeur, leur degré ou leur poids.
    Généralement, l’étude génétique des caractères quantitatifs n’est pas simple, car beaucoup de gènes y interviennent. Chez la drosophile, par exemple, les différents timbres de la couleur des yeux sont dûs pour une couleur donnée à de multiples allèles récessifs provenant de la mutation de l’allèle dominant qui donne la couleur. Chez le blé, lorsqu’une variété blanche est croisée à une variété rouge pourpre, les individus de la F1 sont, tous, de couleurs intermédiaires, mais leur croisement donne une F2 où la couleur des individus peut être rouge pourpre, blanche ou de variétés intermédiaires. Il n’y a donc pas eu de fusion de gènes, comme ce sera démontré statistiquement plus loin. En effet, les gènes restent bien individualisés, et on peut représenter ceci de la façon suivante par l’écriture correspondante des génotypes).


Génotypes (assemblage de gènes) Phénotype (couleur)
  • A’A’B’B’ (groupe 1)
rouge pourpre foncée
  • A’A’B’B (groupe 2)
  • A’AB’B’ (groupe 3)
rouge pourpre
  • A’A’BB (groupe 4)
  • A’AB’B (groupe 5)
  • AAB’B’ (groupe 6)
rouge moyenne
  • A’ABB (groupe 7)
  • AAB’B (groupe 8)
rouge claire
  • AABB (groupe 9)
blanche
Table 14


Il paraît donc clair que deux groupes de quatre allèles [(A’A’B’B’) et (AABB)] déterminent la couleur pourpre et foncée et la couleur blanche. Les intermédiaires sont dûs aux effets simultanés ou aux interactions de combinaisons différentes de ces 4 allèles.


Exercice 5

a) À partir des quatre allèles A, A’, B et B’, trouvez les différents arrangements (permutations) et les différentes combinaisons de génotypes qui peuvent être obtenus. (Remarquez que chaque combinaison représente un génotype différent alors que deux arrangements peuvent représenter le même génotype)
b) Pouvez-vous expliquer l’hémophilie à partir du principe de 1’isolement de la théorie de l’évolution et du multiallélisme? (rédigez 1 page au plus) (Pensez au mariage entre cousins et à la petite population des familles royales)



Fig. 5.6, 5.7 et 5.8  
Edward M East démontra statistiquement l’effet des allèles multiples sur les caractères quantitatifs. En croisant deux souches de la plante du tabac, Nicotiana longiflora, l’une ayant des fleurs à corolle longue, mesurant, à peu près, 90 mm et l’autre ayant des fleurs à corolle courte, mesurant, à peu près, 40 mm, il constata que la plupart des individus de la F1 avaient leur corolle aux environs de 64 mm et que cette caractéristique (la longueur de la corolle) obéissait à une distribution gaussienne avec les extrémités respectivement à 61 mm et. à 67 mm (cf. fig. ). D’autre part, le croisement des individus de la F1 donnait une distribution plus étalée pour la F2 avec une moyenne (A) aux environs de 67 mm et les extrémités respectivement à 52 mm (B) et à 82 mm(C) .




Cependant le croisement sélectif des individus A entre eux, B entre eux et C entre eux donna trois distributions moins étalées, avec respectivement leurs moyennes à 68.5mm, 53.5mm et 76mm.
    Un tel test est un test de discrimination qui permit à East de tirer la conclusion que, bien que la longueur des corolles paraissait continue pour la F2, il était clair que celles-ci correspondaient à trois catégories phénotypiques, indépendantes, produites par la combinaison de différents allèles (4). (Il infirmait du même coup la théorie du plasma germinal ou de l’hérédité de la fusion des gènes parentaux. Une des implications est qu’un enfant peut, dès lors, ne pas ressembler à ses parents immédiats.)





La COMPLÉMENTATION

Deux gènes sont complémentaires quand la pénétrance ou l’expression phénotypique de l’un dépend de la présence de l’autre. Souvent le deuxième gène contrôle une étape métabolique qui se trouve en aval de l’étape contrôlée par le premier gène. Dans d’autre cas, le deuxième gène interagit avec un gène régulateur (de l’expression phénotypique. Une interaction s’établit ainsi entre trois ou plusieurs gènes
    Le gène qui détermine la pigmentation de la peau, par exemple, est le gène B. Cependant, le gène B ne peut s’exprimer sans la présence du gène C et l’absence de celui-ci conduit à l’albinisme, une maladie métabolique qui se caractérise par l’absence de la synthèse de mélanine et des troubles neurologiques dont les plus évidents sont des troubles occulomoteurs, le nystagmus, en particulier. L’écriture des génotypes et les échiquiers de croisement vont nous permettre de comprendre l’hérédité de l’albinisme.
    Normalement, le gène qui gouverne la synthèse de la mélanine est le gène B (de l’anglais, "black"). Son allèle récessif est b. Son gène complémentaire est le gène C dont l’allèle récessif est c. La relation qui existe entre l’expression phénotypique et le génotype est comme suit (l’écriture détaillée est dans la deuxième colonne):

Génotypes Phénotype
  • C-B-
  • CCBB
  • CCBb
  • CcBB
  • CcBb
pigmentation normale (le schème étant différent pour le blanc, le jaune et le noir qui sont normaux)
  • C-bb
  • CCbb
  • Ccbb
albino brun
  • ccB-
  • ccBB
  • ccBb
albino blond
  • ccbb
  • ccbb
albinisme total

Table 15

 


De ce tableau il se révèle que seul le gène B est responsable de la synthèse de la mélanine; cependant ce gène ne peut s’exprimer en l’absence de la forme dominante du gène C. En l’absence de celle-ci, le sujet est un albino.
    Si un albino brun se reproduit avec un albino blond, il existe des chances que leurs enfants soient albinos (3/4) ou soient normaux (1/4). Si, par exemple, le père et la mère sont des albinos et présentent le nystagmus caractéristique et du strabisme convergent (ésotropie), l’enfant peut être normal et présenter un regard droit. Cependant si le père est un albino brun ou légèrement pigmenté, alors que la mère est un albino blond, ou totalement apigmenté, le père pourrait être alors de génotype C-bb, i.e., CCbb ou Ccbb et la mère de génotype ccB-, i.e., ccBb ou ccBB, tous deux étant dès lors homozygotes récessifs pour un des gènes complémentaires qui déterminent la pigmentation de la peau. Les cellules sexuelles qui sont haploïdes (par suite dela méiose réductionelle dans la lignée germinale) seraient alors, pour le père, de génotype Cb ou cb et, pour la mère, de génotype cB et cb. Faisons maintenant l’échiquier de croisement:

cB cb
Cb CcBb
normale:
1/4 de la progéniture
Ccbb
légèrement hypopigmentée:
1/4 de la progéniture
cb ccBb ccbb
            albino: 1/2 de la progéniture

Table 16


Exercice:

Trouvez la probabilité dans ce cas que l’enfant soit:
a) normal
b) albino brun
c) albino blond ou albino total

Enfin, retenez que le strabisme congénital n’est le plus souvent pas du à l’abinisme et n’est pas toujours une maladie héréditaire






L’ÉPISTASIE

Une autre forme d’interaction entre les gènes est l’épistasie, une situation dans laquelle un gène masque l’effet d’un autre qui lui est complètement différent, i.e., qui n’est pas son allèle.
   Le chat, par exemple, a deux pairs de gènes qui déterminent l’apparence de la peau, plus précisement, de sa fourrure: le gene A - allèle dominant A et allèle récessif a - qui détermine la couleur et le gène T - allèle dominant A et allèle récessif tb - qui détermine le dessin. Un chat de génotype AA ou de génotype Aa est de la couleur agoutie (gris-brun) et un chat de génotype aa est la couleur noire. Un chat de génotype TT ou de celui Ttb a la peau rayée, mais un chat du génotype tbtb a la peau tachetée. Quand la femelle de génotype AAtbtb, i.e., de couleur agoutie et de peau tachetée, est croisée avec le mâle du génotype aaTT, i.e., de la couleur noire et de peau unie, les petits chats de la première génération, la F1, du génotype AaTtb ont, tous, la couleur agoutie (due à l’allèle dominant A) et le dessin rayé (du à l’allèle dominant T).
   Pourquoi, donc, le mâle noir qui est, à la fois, homozygote pour l’allèle récessif aa qui détermine la couleur noire et pour l’allèle dominant TT qui détermine la présence des raies, ne présente-t’il pas, également, celles-ci sur la peau? La réponse est que la couleur noire a masqué l’expression des raies. En voilà un cas d’épistasie ou l’expression d’un gène masque l’expression d’un autre qui n’est pas son allèle. L’épistasie est une forme d’interaction périphérique entre les gènes ou l’expression d’un gène est complète mais est masquée par celle d’une autre; elle diffère ainsi de la complémentation et du caractère polygénique qui sont des formes de régulation ou d’interaction centrale.




La PLÉÏOTROPIE

Nous avons vu, avec le trait polygénique, comment plusieurs gènes peuvent affecter un phénotype et produire les multiples variations d’un caractère quantitatif. La pléïotropie est un mécanisme génétique qui est l’inverse du caractère polygénique et qui fait qu’un gène peut produire plusieurs phénotypes. De tels gènes, lorsqu’ils subissent une mutation, peuvent facilement être léthaux parce que la probabilité pour eux de contrôler un caractère (ou une fonction) vital, ou plusieurs caractères (ou fonctions) dont la somme est vitale, est plus grande que pour les gènes qui ne contrôlent qu’un trait. En fait, plus un gène a le contrôle de plusieurs phénotypes plus il peut être un gène vital, Selon la fonction essentielle qui est déficiente, la mort peut survenir durant l’embryogenèse et produire l’avortement spontané, durant l’enfance ou, plus tard, à l’âge adulte. Lorsque la mort survient durant l’embryogenèse, le rapport des phénotypes mendéliens est altéré.
    Un exemple de pléïotropie est trouvé dans la mutation qui produit la brachyurie, une anomalie qui affecte la queue de la souris blanche du laboratoire causant celle-là à être plus courte que normalement. Lorsque de telles souris ont été croisées entre elles, il n’a pu jamais être obtenu des individus homozygotes et il n’a pas dès lors été possible d’en produire une race (pure). D’autre part, parce qu’il y avait toujours plus de souris à queue courte que de souris à queue longue dans la F1, l’on a conclu que l’allèle mutant, T (anglais: "tail") , qui cause la queue courte est dominant alors que l’allèle sauvage ou normal, T+, est. récessif. Faisons l’échiquier de croisement:

T+ T
T+ T+T+ T+T
T T+T TT

Table 17

 

T+T+: homozygote normal
T+T: hétérozygote et à queue courte
TT: homozygote à queue courte

Rapport des phénotypes: 3:1



Normalement, le rapport des phénotypes devrait être 3:1 ( 3 pour le phénotype "queue courte et 1 pour le phénotype normal). Cependant, les phénotypes observés ou obtenus avaient toujours été dans le rapport 2:1. L’explication à une telle discordance est que la souris homozygote pour la queue courte était, à chaque fois, avortée, portant, sans doute, une ou plusieurs autres anomalies non viables dues à l’action d’un gène pléïotrope.

Un certain nombre de gènes mutants léthaux ou pléïotropiques (pléiotropes) se rencontrent dans l’espèce humaine. Un exemple classique de pléïotropie est la fibrose kystique qui affecte les glandes exocrines et représente la condition héréditaire la plus léthale, du point de vue des statistiques démographiques, dans la population blanche américaine avec une proportion de 17 blancs (incidence:1/12000) pour 2 noirs (incidence:1/17000) . Le caractère est autosome récessif et l’allèle se rencontre avec une fréquence de 5% dans la population blanche. Plusieurs organes en sont atteints: pancréas, glandes intestinales, vésicule biliaire, canalicules biliaires du foie, pancréas, glandes bronchiques. La mort survient ordinairement aux environs de 20 ans.
    Lorsqu’un cas de fibrose kystique se déclare dans une famille, la détection de l’hétérozygotie est demandée ou conseillée avant le mariage. Celle-ci peut se faire par l’analyse du génome; le gène est localisé sur le long bras du chromosome 7 (7q). Cependant, le gène est hétérogène et d’autres sites de mutations ont été localisés dans 30% des cas. Le mariage inter-racial peut être recommandé car le gène est rare chez les noirs et l’est encore plus chez les orientaux. En tout état de cause, la cosanguinité doit être citée parmi les facteurs de la maladie.


Exercice portant sur la génétique des populations:

L’Incidence de la fibrose kystique dans la population noire aux U.S.A. est de 1/17000.

  1. Trouvez 1’incidence en % dans la population noire.
  2. Trouvez le pourcentage des sujets ayant le génotype normal
  3. Trouvez le pourcentage des porteurs non affectés, i.e., des hétérozygotes
  4. ’allèle dans la population noire. Comparez la avec le pourcentage de porteurs sains
  5. Faites en la vérification avec p2 + 2pq + q2 = 1
  6. Construisez le diagramme de Venn de la population concernée
  7. Trouvez la probabilité que la progéniture d’un sujet soit affectée s’il provient d’une famille qui a été affectée. (Tracez en avant ceci l’echiquier de croisement)
  8. Reprenez les mêmes calculs pour la population blanche ol’incidence est de 1/2OOO
  9. Comparez les trois incidences.

Quelques autres maladies qui sont à hérédité monogénétique mais qui, affectant indirectement plusieurs systèmes, conduisent plus ou moins tard à la mort sans être nécessairement pléïotropiques sont:
  • la slérose latérale amyotrophique ( maladie de Lou Garou; ang. "Lou Gehrig’s disease" du nom du joeur de baseball chez lequel elle a été d’abord identifiée; elle s’installe en moyenne aux environs de 55 ans) elle est autosome dominante (le mathématicien très renommé Stéphen Hawking en souffre)
  • la dystrophie musculaire (qui en est une variété)
  • la dystrophie de Duchenne (qui en est la forme la plus sévère; la mort peut y survenir aux environs de la vingtaines; elle est liée au sexe).
Enfin d’autres qui, touchant plus directement plusieurs systèmes, sont à caractère plus pléïotropique, sont:
  • le syndrome de Marfan qui affecte le squelette, le système cardio-vasculaire et l’oeil
  • et les mucoplysaccharidoses (Morquio, San Filipo, Hurler, etc.)





Les Transformations Génétiques

Dans les deux chapitres précédents, nous avons vu ou mentionné les différents facteurs qui causent la fréquence d’un gène à changer dans le puits de gène’ et qui peuvent amener indirectement (pour la plupart) ou directement à l’espéciation. Pour nous rafraîchir la mémoire, rappelons-nous que ceux-ci sont:
  1. le flux de gènes entre deux ou plusieurs populations ou subpopulations dû à la reproduction sexuée
  2. le croisement sélectif, i.e., le choix du partenaire sexuel
  3. l’isolement géographique ou géoclimatique
  4. la sélection naturelle et la formation de différentes niches
  5. le croisement au hazard qui conduit à des variations aléatoires dans le puits de gène
  6. les mutations qui sont les transformations génétiques, proprement dites


Dans un sens large, la mutation a été définie comme toute altération soudaine et randomisée (i,e., survenant au hazard) dans le génome d’un organisme vivant. Dans un sens plus restreint, la mutation n’est qu’une modification dans la structure du gène et est souvent désignée, mutation ponctuelle, Cependant, cette définition a été élargie pour inclure les aberrations chromosomiques qui provoquent la modification du locus d’un gène et qui peuvent être:
  1. la perte d’un gène ou la délétion
  2. le déplacement d’un gène sur un autre bras chromosomique ou la translocation,
  3. le changement dans la séquence d’un gène, sur un même bras chromosomique ou l’inversion,
  4. enfin la duplication ou la multiplication d’un chromosome par suite de la série de mécanismes communément appelés l’entrain méiotique’ et qui incluent:
    1. la distorsion ségrégationelle’ qui mène à la multiplication d’un allèle aux dépens d’un autre, au cours de la ségrégation indépendante des caractères
    2. et la non disjonction qui conduit à:
      • la monosomie et à la polysomie (trisomie, etc.), lorsqu’un ou quelques gènes sont concernés
      • l’aneuploidîe et à l’alloppolyploidie lorsque tout le génome est concerné


Enfin, des agents physiques (rayons X, rayons UV, autres rayons ionisants) ou chimiques (gaz de moutarde, bromouracil, colorants, acide nitreux entre autres), appelés mutagènes, peuvent augmenter la vitesse à laquelle les mutations surviennent dans une population de gènes et dès lois créer des mutations induites.





La Génétique Moléculaire



Deux chimistes, Watson et Crick, ont découvert que l’ ADN (acide désoxyribonucléique) bicaténaire (formé de de deux chaînes moléculaires) du noyau est la molécule qui porte les gènes.

Fig. 5.9

Qu’est le GÈNE?

Le gène est cette portion de la molécule d’ADN qui code pour une protéine donnée, i.e. , qui commande la synthèse d’une protéine donnée (la 3ième définition donnée jusqu’a présent dans ce texte). Il représente, aussi, l’unité de la transmission des caractères héréditaires qui a été décrite par Mendel. Le gène est lui-même formé d’une suite de NUCLÉOTIDES. Chaque nucléotide est formé de l’association d’un sucre - ribose ou desoxyribose, d’une base aminée - purine (Cytosine, Thymine et Uracil) ou pyrimidine (Adénine et. Guanine) , et d’une liaison phosphate entre deux nucléotides consécutifs. L’association de trois nucléotides forme un triplet de nucléotides, ou CODON qui est souvent représenté par les trois bases du nucléotide. Un codon est responsable de la synthèse d’un acide aminé spécifíque et, dès lors, représente le CODE GÉNÉTIQUE. Souvent, un gène est formé de plusieurs codons. L’ensemble des gènes d’un individu représente son génome. L’écriture détaillée d’un ou de plusieurs gènes et de leurs allèles est le génotype. Enfin, les manifestations d’un gène, tel, par exemple, l’association d’acides aminés qui forme la protéine, représentent le phénotype.


Le code génétique obéit à cinq principes (et nous allons le réaliser sur le tableau qui suivra):
  • Le code génétique est colinéaire: le code génétique est une séquence de nucléotides, plus précisément une séquence de triplets de nucléotides, et à une séquence donnée de ces triplets correspond une séquence spécifique d’acides aminés
  • Le code génétique est universel: le même codon code pour la synthèse du même acide aminé, quelque soit l’organisme vivant: bactérie, champignon, plante ou animal.
  • Le code génétique est bien déterminé, il est net et clair: c’est un triplet bien déterminé de nucléotides sur la molécule d’ADN qui code la synthèse d’un acide aminé, et il n’existe pas de chevauchement dans la séquence des triplets; c’est aussi pourquoi le gène représente une entité bien déterminée.
  • Le code génétique est unique, il est non ambigu : un codon code pour un acide aminé donné (et non pour un autre) de sorte qu’à une suite spécifique de codons qui représente un gène correspond une protéine, d’où l’adage, "un gène pour une protéine donnée", ou "un gène pour un enzyme"a.
  • Le code génétique est dégénéré: plusieurs codons peuvent, coder pour un même acide aminé. Par exemple, chez une bactérie, l’E. coli, la synthèse de l’alanine, un acide aminé, est codée par plusieurs codons - CGU, GCA, GCC ou GCG. Ceci explique pourquoi 43=64 codons codent pour seulement vingt acides aminés.


T ou U C A G
Phenylanine Serine Tyrosine Cysteine U
U Phenylanine Serine Tyrosine Cysteine C
Leucine Serine x x A
Leucine Serine x Tryptophane G
1 et 2 6 10 17 et 18
T ou U C A G
Leucine Proline Histidine Arginine U
G Leucine Proline Histidine Arginine C
Leucine Proline Glutamine Arginine A
Leucine Proline Glutamine Arginine G
2 7 11 et 12 19
T ou U C A G
Isoleucine. Threonine Asparagine Serine U
A Isoleucine, Threonine Asparagine Serine C
Isoleucine Threonine Lysine Arginine A
Methionine Threonine Lysine Arginine G
3 et 4 8 13 et 14 6 et 19
T ou U C A G
Valine Alanine Aspartate Glycine U
G Valine Alanine Aspartate Glycine C
valine Alanine Glutamate Glycine A
valine Alanine Glutamate Glycine G
5 9 15 et 16 20

Fig. 5.19- Le code génétique. Les codons sont représentés par des lettres majuscules, et les acides aminés par leurs noms et des chiffres. Les X représentent les messages terminaison de la chaîne d’acides aminés; celle-là est commandée par des codons dont le code ne peut être traduit (codons non-sens).

Table 18



Dans la nature, il existe un grand nombre d’acides aminés, environ 300, dont la combinaison peut donner un grand nombre de protéines. Toutefois, les savants ont constaté que sont présents, en séquence variable dans une protéine, pas plus de 20 acides aminés différents et ceux-ci ont été toujours les mêmes depuis plus de deux billions d’années d’évolution de la planète. Quelques protéines contiennent moins de dix de ces acides amninés, d’autres en contiennent davantage.


Comment le Gène Réalise-t’il la Synthèse d’une Protéine?

Le mode d’action des gènes met en en action la molécule d’ADN, celles d’ARN, deux mécanismes physio-cellulaires - la transcription et la traduction - et le ribosome, une structure extranucléaire.
  1. Parce que les deux maillons de l’ADN bicaténaire peuvent se séparer en deux molécules et que les bases purines et pyrimidines sont complémentaires, l’ADN monocaténaire, ainsi formé, peut servir de “template”, de MODÈLE, ou de MOULE, à la formation de nouvelles chaînes de nucléotides. C’est ainsi, par exemple, que la molécule d’ARN - acide ribonucléique - se forme mais avec cette exception que, dans la molécule d’ARN, l’uracil remplace la thymine présente dans l’ADN. Un tel mécanismne est la TRANSCRIPTION du code génétique; les nouveaux codons, ainsi formés, forment l’ARNm (ARN messager)
  2. Le code génétique, ainsi passé à l’ARNm, sera de nouveau transféré à une nouvelle molécule d’ARN - l’ARNt (ARN de transfert), dont les triplets de nucléotides complémentaires sont des ANTICODONS. Ceux-ci, se fixant à un RIBOSOME qui est une unité structurelle faite d’ARN - l’ARNr - et de protéine, permet la traduction du code en le phénotype désiré. Ce mécanisme est la TRANSLATION ou la TRADUCTION du code génétique (fig. ). Les deux molécules d’ADN monocaténaire se recouplent ensuite pour reformer la molécule d’ADN bicaténaire.


Le gène qui code la formation du phénotype est le gène de structure. Parce que les gènes de structure sont situés en série sur la molécule d’ADN, leur mutation est très susceptible de conduire à une mutation par changement de cadre (ang., "frameshift mutation”) et, dès lors, à un changement radical du phénotype ; en effet, une telle mutation, serait-ce, par exemple, une délétion, produirait, une séquence de codons complètement différents de la séquence initiale et pourrait donc conduire à des variations phylogénétiques qui se situeraient au dessus du niveau des espèces, du point de vue de la cladistique.
    D’autres gènes, plus isolés, ne font que régulariser la fonction des gènes de structure et leurs mutations soint moins susceptibles de conduire à des changements marqués de phénotypes.

Sur une molécule d’ADN se trouvent, donc, des séquences bien définies de gènes; la localisation exacte d'un gène dans la séquence ou sur la molécule d'ADN est appelée son locus. Dans une séquence, les gènes qui sont responsables immédiatemnent de la structure du phénotype sont les gènes de structure.
   

Fig.5.10

Chez les bactéries, au moins, à proximité des gènes de structure dont la séquence est dénommée le cistron, des gènes constituant l’opérateur commandent l’expression, ou la transcription, des gènes de structure. L’ensemble, ainsi formé du cistron et de l’opérateur, est l’opéron (fig. ). Sur celui-ci, d’autres gènes - le régulateur et le promoteur - exercent un contrôle (régulation et facilitation) et ont,donc, également, une action sur l’expression du phénotype (voir pénétrance ci-dessus); leur fonctionnement peut dépendre des conditions de l’environnement (par exemple, le substrat) qui peut être plus ou moins approprié.
    Au niveau de celui-ci, le régulateur, réprime, sous l’effet d’un environnemnent inappropié représentant le répresseur, l’expression du cistron, i.e., le phénotype, en y bloquant le promoteur, qui active le fonctionnement de l’opéron. Dans un environnement approprié, ou inducteur, le blocage du promoteur est levé et l’opéron produit le phénotype désiré.
    C’est ainsi que s’explique, chez l’E. coli, le fonctionnement du Lac opéron, i.e., de l’opéron qui est responsable du catabolisme (digestion et assimilation) du lactose sous l’action des enzymes sécrétés par l’opéron (par son cistron) en présence du lactose. De tels mécanismes pourraient aussi permettre de comprendre, a côté du contrôle polygénique, comment surviennent des variations intraspécifiques ou intragénériques qui sont, du point de vue de la cladistique, des transformations phylogéniques moins importantes que celle qui conduisent d’une famille à une autre, d’un ordre à un autre, d’une classe à une autre, d’un embranchement à un autre ou d’un règne à un autre.
   Losqu’une mutation affecte l’opéron qui vient à échapper à l’action du régulateur, le gène s’exprime de façon dominante. Lorsque la mutation affecte seulement le régulateur, le gène déréprimé qui s’ensuit est un gène récessif (s’exprime de façon récessive). Une mutation qui affecte l’opérateur peut éliminer la transcription entiére de l’opéron.

Il existe egalement de longues régions non codantes de l'ADN, dénommées introns, intercalées entre les séquences codantes ou exons. Les mutations ont plus de chance de survenir au niveau des introns qui ont, de ce fait, un rôle protecteur qu'au niveau des régions codantes. Les introns facilitent, également les arrangements des régions codantes en empêchant leur interférence réciproque et permettent qu'un petit nombre de gènes donnent naissance a un grand nombre de protéines; il existe, donc, une double organisation des genes, sur deux échelles de grandeur differente: la 1ère échelle est celle du code génétique primordial des bases puriques et pyrimidiques pour la synthèse des acides aminés, la 2ième échellle est celle des loci aidés des introns pour la synthèse des protéines.

Apparemment, on n'a pas pu mettre en evidence, jusqu'a nos jours, d'operons dans les organismes superieurs, mais il est tres probable que chaque gene soit controle par un promoteur et un represseur, comme dans l'operon bacterien, et l'existence de sequences repetees d'introns (regions non codantes de l'ADN) et d'exons (regions codantes) est indiscutable.



Enfin, l’équilibre ponctué, un sous-produit de la sélection naturelle, pourrait s’expliquer aussi par un changement drastique de l’environnement qui profiterait davantage aux phénotypes provenant des mutations par changement de cadre, i.e. , des phénotypes très différents du phénotype initial, qu’à ceux dont les mutations n’auraient produit que des modulations du phénotype initial.



Comment le gène est-il Conservé pour Établir l’Hérédité? -- La RÉPLICATIQN

Parce que la propriété essentielle qui distingue un être vivant d’un objet inanimé est la capacité de celui-ci à se reproduire et parce que certains cristaux comme l’argile, par exemple, et certaines molécules, comme celle d’ADN ont également cette propriété, il est difficile de dire quand a commencé la vie. Il est néammoins clair que la première cellule a surgi des substances précellulaires de l’environnement.
    Comment se fait la réplication de l’ADN. Au moment de sa réplication, l’ADN bicaténaire s’ouvre à une extrémité et chacune des deux branches de la fourchette de réplication ainsi formée sert de modèle à la formation d’une nouvelle molécule d’ADN. La molécule d’ADN porte deux extrémités, 5’ et 3’. Parce que les deux brins complémentaires de l’ADN bicaténaire sont orientés en sens inverse, un peu comme votre main gauche paraît être votre main droite dans un miroir, la synthèse des deux nouveaux brins qui commence toujours à l’extrémité 5’ est orientée vers l’intérieur de la fourchette de réplication, pour l’un de ceux-ci, et vers l’extérieur de celle-la pour l’autre. La réplication - de l’extrémité 5’ vers l’extrémité 3’- des nouveaux brins ayant été complétée, les deux brins de l’ADN parental se recouplent et la fourchette de réplication se ferme, alors que les deux brins nouvellement synthétisés vont se lier pour former un ADN bicaténaire filial, exactement pareil à l’ADN bicaténaire parental et contenant, dès lors, les mêmes gènes.



Le Gène, une Unité Fonctionelle

Le gène a été défini comme l’unité héréditaire structurelle. Le gène est aussi représenté par des allèles, i.e., des formes d’un même gène qui existent en nombre pair au même locus (à la même position) sur des chromosomes homologues. cependant, lorsque deux mutations surviennent sur un même gène, l’effet sera différent selon qu’elles surviennent au même locus du gène - loci en position cis - ou sur des loci différents - locus A de l’allèle m et locus B de l’allèle n de ce gène - loci en position trans. C’est l’effet cis-trans (de là, l’appellation de cistron donnée au gène de structure), la contiguïté des loci définissant l’unité fonctionelle du gène. Dès lors, le vieux concept que le gène est une unité structurelle et non plastique est périmé. Le gène est défini maintenant fonctionellement par l’action de son cistron (un gène --> une protéine), i.e., par l’action des nucléotides contigüs, et peut être représenté schématiquement de plus d’une façon (voir schéma ci-dessous).
    Une application de ce nouveau concept du gène est de rechercher si deux phénotypes mutants qui se ressemblent renvoient à des allèles d’un même gène ou à des gènes différents. Ceci peut être fait par le test cis-trans; celui-ci consiste à croiser entre eux les individus de la F1 afin d’en obtenir des hybrides et à rechercher dans la F1 des individus qui présentent la complémentation (d’où son appellation aussi de test de complémentation) parce que celle-ci peut se présenter seulement avec des formes non alléliques, i.e., avec des gènes différents qui agissent sur le même phénotype. L’expérience suivante de classe de laboratoire vous éclaircira les idées.

Exercice:
Votre professeur amène en salle de classe des bocaux contenant, chacun, une femelle drosophile, différant par la couleur de leurs yeux, un trait pour lequel le gène est défini par le cistron. Trouvez si toutes les drosophiles similaires, i.e., présentant un phénotype similaire, ont un génotype similaire, en relation avec cette caractéristique.




La Base Moléculaire de la Mutation

Puisque le nucléotide qui est l’unité de base du codon est formé d’une molécule de base - purine ou pyrimidine, d’une molécule de sucre - ribose et désoxyribose, et d’une molécule de phosphate, celui-là représente le centre moléculaire de la mutation. En fait, toute modification d’une purine ou d’une pyrimidine du codon produit une mutation. Ces altérations peuvent intéresser un ou plusieurs nucléotides (une ou plusieurs bases) suivant la longueur du segment d’ADN concerné,



ALLÈLES NORMAUX
 
ALLÈLES MUTANTS
(délétion sur la 1ère pair et addition sur la 2ième)
   A
---|---------------- --------------------
---|---------------- -------------------- (1)
   B
cistron fait d’unités alléliques en position cis
   A                    ;          B
---|----------------  ---|----------------
-------------------- ------------------- (2)

cistron ou les unités alléliques en position cis ne sont pas des alleles
ALLÈLES RECOMBINANTS
(recombinaison apres enjambement ou "crossing-over")

(recombinaison a l’intérieur du cistron normal)
   A
---|----------------  --------------------
----------------|--- -------------------- (3)
                    ;     B
cistron fait d’unités alléliques en position trans

(recombinaison a l’intérieur du cistron mutant)
   A
---|----------------  --------------------
-------------------- ---|---------------- (4)
                    ;           &nbs p;    B
cistron où les unités alléliques en position trans ne sont pas des allèles
Fig. 5.20- Mutation par délétion et addition simples d’un gene (1 et 2) et mutation par "crossing-over" (3 et 4)
* Au cours de l’enjambement ("crossing-over"), un lien se forme entre les chromosomes homologues (dans ce cas, un du côté paternel et un du côté maternel) de la pair, entre les bras des chromosomes homologues ou, en général, entre leurs segments d’ADN, au cours de la synapse de la prophase et la formation de la plaque équatoriale de la métaphase, durant la méïose. S’ensuit un échange de segments entre leurs chromatides non soeurs qui conduit à la translocation des gènes, i.e., à la formation de recombinants. L’enjambement explique le linkage partiel qui est une exception aux lois de la ségrégation indépendante de Mendel. Il est une importante source de variabilité génétique.




Quand la mutation n’intéresse qu’un nucléotide, elle peut être:
  1. la substitution d’une base par une autre base - la transition: remplacement d’une purine par une autre purine ou celui d’une pyrimidine par une pyrimidine ou la transversion: remplacement d’une purine par une pyrimidine ou vice versa
  2. l’addition ou la délétion d’une, de deux ou plus rarement des trois bases conduisant à la mutation par changement de cadre qui à partir de l’altération d’un nucléotide peut amener celle de plusieurs nucléotides et même de plusieurs gènes.


Les altérations nucléotidiques intéressant de larges segments de l’ADN sont improprement appelées des mutations; elles seraient plutôt du domaine des aberrations chromosomiques. En effet, les chromosomes sont des zones de condensation ou de surenroulement de l’ADN qui sont liées à des protéines.

Ces altérations peuvent être:
  des changements quantitatifs qui sont:
  1. la monosomie qui est, chez un organisme diploide, la délétion d’un chromosome
  2. la polysomie (alloploidie) qui est l’addition d’un ou de plusieurs chromosomes
  3. la polyploidie (allopolyploidie) qui est la duplication de tout l’ensemble de chromosomes
  4. des changements de segments de chromosomes: délétion ou addition d’un bras, par exemple
  5.   des changements qualitatifs qui sont dûs à des réarrangements de l’ADN:
    1. l’inversion de la séquence des nucléotides, due à un mode d’enroulement d’un maillon d’ADN au niveau d’un chromosome
    2. la translocation de nucléotides ou de séquences de nucléotides.


La majorité des mutations sont léthales chez les organismes supérieurs ou conduisent à l’apparition d’individus malades. Cependant, une fois en passant, une ou quelques mutations peuvent être bénéfiques. De celles-ci, les duplications paraissent avoir favorisé l’évolution des organismes vivants. En effet, des gènes ayant une fonction apparentés sont, souvent également structurellement proches les uns des autres. La probabilité que ces gènes soient issus d’un ancêtre commun, par le processus de duplication, est alors grande. La raison en est que lorsqu’un gène acquiert une nouvelle fonction, il le fait le plus souvent au risque de perdre une ancienne fonction qui était adaptée à son environnement. Cependant, lorsque l’organisme "produit" une ou plusieurs copies de ce gène, elle peut garder l’ancienne fonction et en développer une nouvelle.
    Ainsi, par exemple, peut-on expliquer 1’évolution des organismes haploïdiques et procaryotiques aux organismes diploïdiques et eucaryotiques. C’est ainsi, par exemple, que s’explique aussi l’évolution du maïz, une importante ressource alimentaire des hommes. Chez le maïz moderne, l’endosperme nourrissant l’embryon (une fonction importante) est triploïde et les gènes qui y sont présents sont responsables de la couleur du fruit. Ordinairement, et comme ceci se produit chez la plupart des organismes, un seul allèle s’exprime et représente le gène dominant, tandis que les autres allèles restent à l’état récessif. Cependant, de temps à autre (et ceci a été démontré par Barbara McClintock) un des trois allèles vient à s’exprimer et devient l’allèle dominant tandis que les deux autres passent à un état de récessivité. Le maïz accomplit ceci grâce à un opérateur activateur (Ac) qui, par l’intermédiaire d’un promoteur dissociateur (Ds), active un cistron (ici réduit à une allèle) et inhibe, en même temps, les deux autres cistrons, faisant ainsi varier la couleur du fruit.
    Toutefois, chez les organismes supérieurs, les mutations qui frappent les gènes des cellules autosomes ne sont pas transmissibles et ne peuvent, dès lors, pas conduire à l’espéciation. Seules les mutations qui affectent les gènes des cellules germinales le sont. C’est pourquoi, chez le maïz, ces gènes qui affectent la couleur de l’endosperme, mais non l’embyon lui­même, paraissent sautiller (apparaître et disparaître soudainement) d’une génération à une autre (d’où leur appelation de gènes sautillants ou "jumping genes,"). Chez les organismes unicellulaires et chez quelques organismes pluricellulaires qui n’ont pas la différenciation cellulaire, toutes les mutations sont transmissibles. Chez la bactérie, néammoins, lorsque la mutation affecte le plasmide, elle n’est pas nécessairement transmissible d’un clone cellulaire à un autre, Cependant, grâce au mécanisme de conjugaison bactérienne, ceci est possible.



Exercice 10

Soit C, C’ et C’’ les allèles dominants, présents dans l’endosperme triploïde, qui determine la variabilité de la couleur, et c, c’ et c’’ les allèles correspondants. Si chacun des trois allèles est activé préférentiellement et à tour de rôle, construisez les échiquiers de croisement des hétérozygotes correspondants et trouvez les rapports de distribution des phénotypes dans chacun des cas.





LECTURE:

vous avez probablement entendu parler de l’ingénierie (génie) génétique. Celle-ci, encore appelée la technologie d’ADN recombinant, est une méthode de manipulation du génome des organismes vivants à des fins médicales (diagnostic et traitement), légales et agro-économiques. Les outils de l’ingénieur en génétique sont:
  1. les ciseaux moléculaires que sont des enzymes appelés les endonucléases de restriction, ils permettent de couper l’ADN donneur afin d’en extraire des gènes
  2. des colles moléculaires que sont ces enzymes appelés les ligases d’ADN. Ils permettent de rattacher des fragments d’ADN coupés par les endonucléases à d’autres ADNs
  3. des vecteurs moléculaires que sont ces ADNs circulaires bactériens appelés plasmides; le filament d’ADN donneur est introduit dan un plasmide qui a été ouvert au préalable par l’endonucléase de restriction; la ligase colle ensuite le filament d’ADN donneur au plasmide qui se referme; le nouveau plasmide représente alors un ADN recombinant (d’où l’appellation de cette technologie de "d’ADN recombinant").
  4. des chercheurs moléculaires que sont des molécules d’ARN; ils permettent de rechercher le fragment d’ADN désiré afin de le couper par l’endonucléase, de le prélever et de l’exporter ensuite par l’intermédiaire d’un plasmide; ce processus est celui de l’hybridation de l’ADN à l’ARN.


Évolution Moléculaire du Prion
    Le prion est la protéine qui code pour la maladie de la vache laitière ou "mad cow’s disease" qui est responsable de l’encéphalite spongiforme ches les bovidés ou la maladie de Creutzfeldt-Jakob, chez les humains. Le prion existe, normalement, chez les mammifères et protège le cerveau contre la dégénerescence. La "maladie de la vache laitière folle" est causée par un handicap de cette fonction par une forme altérée ou mutante du prion du bovidé qui vient à s’inclure insidieusement au poste du prion des primates qui en est très distant, du point de vue héréditaire, d’où l’appellation en anglais de "rogue protein", littéralment "protéine vagabonde et malicieuse", donnée à cette forme mutante (pour expliquer le mécanisme postraductionel). Le lien au site ci-dessus vous introduira à l’évolution de cette molécule. (Réservé à l’auteur). La figure qui s’y trouve illustre un cladogramme montrant la proximité et le lien qui existe entre différentes espèces ("Chart showing prion evolution tree"), basé sur l’analyse moléculaire. La proximité ou la parenté est illustrée, a la fois, par la couleur (même couleur) et l’appartenance à la même branche du cladogramme. On peut y voir, par exemple, que le gorille (Gorilla gorilla) et l’homme (Homo sapiens) ont des prions très apparentés alors qu’eux et un petit singe (Macaca mulattta ou singe rhezus) ont des prions tres éloignés, étant distants de 10 souches (branches) parentales. Le prion de Cebus apella, un singe du nouveau monde, s’est rapproché des prions des grands singes [tel le gorille, le chimpanzé (Pan troglodyte) et l’homme], plus proches des singes de l’Ancien Monde, par un mécanisme, probablement complexe de mutation, ayant été originellement distant de 7 branches parentales. Le prion d’un bovidé (Bos taurus) est également distant de 7 souches de ceux-ci, mais sans rapprochement mutationel, consécutif. Le prion d’un rongeur (Zitter rat) est beaucoup plus primitif, n’ayant pas subi de grands changements évolutifs (espéciation) à partir de la molécule souche (seulement 2), et est éloigné du prion des hommes de 8 branches parentales, mais l’éloignement qualitatif (grande différence entre les souches parentales) y est encore plus grand..




Le processus de l’ADN recombinant a permis d’introduire et de cultiver les gènes de l’insuline humaine chez les bactéries qui servent dès lors d’usine à production de l’insuline humaine; celle-ci ne provoque pas de réaction immunitaire lorsqu’elle est injectée à un receveur diabétique.
    D’autre part, en utilisant des chercheurs moléculaires, ordinairement des molécules d’ARNm auxquels ont été attachées un isotope radioactif, les laboratoires médicaux peuvent maintenant faire un diagnostic médical de précision et dire, par exemple, si une diarrhée est causée par le salmonella de la typhoïde, par toute autre salmonella ou par le staphylocoque doré qui cause l’empoisonnement alimentaire.
    Une autre technique de la technologie de l’ADN recombinant est employée en criminologie. La plus petite parcelle de tissus (sang, brin de cheveux ou encore salive) est prélevée de la scène du crime et de l’ADN, sera comparé aux ADNs prélevés des individus suspects. Les ADNs monocaténaires en sont séparés, ensuite, en utilisant l’électrophorèse sur gel et leur position sur le gel est comparée à la position de l’ADN prélevé de la scène du crime, d’où le nom d’empreinte d’ADN.
    La technologie d’ADN recombinant permet de travailler à l’amélioration les espèces de plantes et d’animaux qui ont une importance économique et alimentaire pour les hommes afin d’en produire de meilleures espèces. Pour ce travail, une bactérie du sol, l’Agrobacter tumefaciens qui parasite les plantes et y transfère son plasmide, est utilisée. Le plasmide de cette bactérie est d’abord ingénié en utilisant les outils sus-cités et le gène désiré lui est introduit, Dans un second temps, la bactérie est cultivée avec une cellule autosome de la plante et lui transfère ­son plasmide ingénié; cette cellule autosome sera à la base d’un clone de cellules portant le gène ingénié. Le clone de cellules produites pourra, selon besoin, être cultivé en une plante adulte qui présente les caractéristiques désirées: vigueur et résistance aux maladies des plantes, production d’une plus grande quantite d’azote ou de protéines, croissance plus rapide, multiplication plus nombreuse, etc.. Parce que les plantes se reproduisent aussi asexuellement (pensez à la greffe, au bouturage et au marcotage qui sont des modes artificiels de reproduction asexuée, et au grand nombre d’angiospermes ont la reproduction asexuee, tout en qardant leur capacité de se reproduire sexuellernent) il est désormais possible d’ingénier un grand nombre de plantes commerciales et alimentaires en utilisant la technologie de l’ADN recombinant. Des plantes telles que celles de l’orange, du maïz, du café, du tabac, de la tomate, du soya, et de la laitue ont été déjà ingéniées de cette façon et beaucoup de céréales, comnme le riz, be blé ou l’orge, sont maintenant à l’étude. Pour les animaux, dont le bétail, l’ingénierie génétique n’est possible qu’avec bes cellules sexuelles, en particulier les oeufs. (Rappelez-vous qu’un chercheur suisse a pu cloner des moutons.)
    Enfin, par suite du développemnent de la technologie de l’ADN recombinant, une nouvelle branche de la génétique, la génétique à revers - a pris naissance. Alors que la génétique classique part du phénotype pour étudier le génotype, la nouvelle branche de la génétique part du génotype pour arriver à connaître le phénotype. Le gène suspect ou en question est isolé ou préfabriqué et les effete de sa présence, de son absence ou de sa mutation sur le phénotype sont étudiés. Les chercheurs nourrissent maintenant l’espoir que la génétique à revers sera utilisée pour traiter des maladies héréditaires, comme la fibrose kystique du pancréas, la chorée d’Hutington et tant d’autres.




La Génétique Humaine


Parce que l’expérimentation génétique n’est pas possible chez les humains, les chercheurs ont recours à des méthodes d’étude indirecte des gènes humains en vue de soigner et de prévenir les maladies héréditaires. Ces méthodes indirectes sont:
  1. la construction et l’étude de l’arbre généalogíque à partir des phénotypes familiaux
  2. l’étude du caryotype du sujet
  3. la construction et l’étude de la carte génétique de l’indi­vidu
  4. l’analyse biochimique


La Construction et l’Étude de l’Arbre Généa1ogique à partir des Phénotypes Familiaux

L’arbre généalogique est la représentation formelle de la présence et de l’absence d’un trait pour une lignée familIale. Plusieurs générations sont représentées sur un arbre généalogique pour analyser le mode d’héritage du trait - mendélien ou non mendélien, dominant ou récessif, lié au sexe ou non - et le sujet chez qui le trait a été tout d’abord identifié est pointé, d’où son appellation de propositus ou de cas indice.
    Ordinairement, un trait dominant est présent dans toutes les générations, mais ceci dépend du nombre d’enfants et du génotype des parents - l’un pouvant être hétérozygote pour le trait etl’autre pouvant être normal ou les deux pouvant être des hétérozygotes (comme nous allons le voir avec les quelques exernples d’arbres généalogiques, accompagnés parfois d’échiquiers de croisement, qui vont suivre). . S’il n’y a qu’un ou deux enfants dans une génératlon, le trait dominant peut ne pas être présent dans cette génération, surtout si l’un des parents est hétérozygote et l’autre parent normal.
    Un trait récessif saute ordinairement les générations, car, étant donné qu’il ne se manifeste qu’à l’état homozygote, les deux allèles qui déterminent le trait doivent être présents chez le sujet. Il est par conséquent p1us rare.
    Un trait lié au sexe ne se manifeste, souvent, que pour le sexe masculin, quand il est dominant, car, pour le sexe féminin, il se produit, ordinairement, un processus d’inactivation réalisé par l’autre chromosome normal - l’autre chromosome X - de la pair. Parce qu’aussi le gène dominant amène des conséquences plus graves pour le sujet ou des manifestations plus marquées, il ne se rencontre ordinairement qu’à l’état hétérozygote où- un allèle, seulement, détermine le trait, l’autre allèle étant normal. Un trait récessif et lié au sexe peut se manifester chez la femme homozygote, mais il y est beaucoup moins fréquent que chez l’homme.
    Le gène qui détermine le trait peut être présent chez un individu sans que celui-ci présente les manifestations de ce trait. Un tel sujet est un porteur sain. Un trait peut se manifester, également, à des degrés divers et le gène est dit avoir une pénétrance complète ou une pénétrance incomplète, selon le cas. Ordinairement, un allèle dominant peut manifester de la pénétrance incomplète lorsqu’il est présent à l’état hétérozygote et s’exprimer complètement à l’état homozygote; un alléle récessif, par contre, ne peut s’ exprimer, complètement ou incomplètement, qu’à l’état homozygote. Enfin, la présence d’un trait pathogène, chez le foetus, peut conduire à un avortement ou à un mort-né et rendre plus difficile la construction de l’arbre généalogique.


Quelques symboles utilisés dans un arbre généalogique, à titre indicatif, sont:

  1. pour suivre la transmission des tares héréditaires sur un diagramme:
    1. le carré vide pour le mâle qui est normal(§ fig.)
    2. le cercle vide pour la femelle normale
    3. le losange pour le sujet de sexe non déterminé
    4. le carré ou le cercle semi-pleins, suivant le sexe, pour l’hétérozygote: dans le cas de la transmission:
      • récessive et autosome
      • récessive et liée au sexe (au chromosome X): femelle affectée, seulement
    5. le carré ou le cercle pleins (coloré en noir), suivant le sexe, pour le sujet affecté (le degré d’affectation etant indiqué en pourcentage en dessous du symbole) dans le cas de la transmission:
      • dominante et autosome
      • dominante et liée au sexe
      • récessive et liée au sexe: mâle affecté et femelle homozygote, affectée
    6. le cercle centré d’un point pour le porteur sain, ordinairement, une femelle par suite de l’inanactivation du gène par l’autre chromosome X normal, dans le cas de l’hérédité liée au sexe
    7. le carré ou le cercle pleins suivi de la lettre P, pour le propositus ou le cas-indice
  2. pour indiquer les types de liaisons en cause:
    1. le carré et le cercle reliés d’un trait simple dans le cas de l’union d’un mâle et d’une femelle non apparentés
    2. le carré et le cercle reliés d’un trait double dans le cas de l’union consanguine
    3. le carré ou/et le cerle reliés par une fourchette dans le cas de jumeaux
  3. pour d’autres raisons:
    1. le petit cercle pour l’avorté ou le mort-né
    2. le carré ou le cercle tracés d’une diagonale pour le sujet décédé après la naissance
    3. le point d’interrogation pour indiquer qu’on doute de la véracité des données


Les arbres généalogiques que nous allons étudier sont ceux:

L’achondropolasie est une maladie héréditaire, autosome dominante, qui frappe, en paiticulier, la croissance en longueur des os qui sont, alors, normalement développés en largeur; ceci etablit la différencie entre le nain achodronplase et le nain hypopituitaire chez lequel la croissance du squelette est diminuée dans toutes les dimensions. Dans les deùx cas, l’intelligence n’y est pas affectée et le développement affectif n’est pas affecté par la maladie (contrairement au nain hypothyroïdien).
    L’hémophilie est une maladie héréditaire grave, liée au sexe, qui est due à l’absence d’une protéine sanguine qui est nécessaire à la coagulation normale du sang, le facteur de coagulation. Un hémophile peut saigner à mort à la plus petite blessure, mais il existe des degrés divers de gravité.
    L’anémie falciforme est une maladie à héritage autosome récessif qui frappe les globules rouges du sang qui, au lieu d’être ronds, sont en forme de faux, d’où le nom. Elle peut être plus ou moins grave, d’apres la pénétrance du gène. . Elle est souvent confondue avec la thalassémie qui est une anémie beaucoup plus grave et qui est due au défaut d’une synthèse normale de l’hémoglobine du sanq. (La personne qui souffre de la thalassémie a besoin de recevoir périodiquement du sang, mais habituellement ne vit pas longtemps.) Dans les pays où la malaria est endémique, l’allêle causant l’anémie falciforme est fréquent car il confère une certaine résistance à la malaria.

Exercice:
Soit les arbres généalogiques suivants: (1), (2) et (3). Analysez les, trouvez le mode d’héritage et dites à laquelle des trois maladies sus-citées chacun d’eux correspond. Pouquoí? Construisez les échiquiers de croisement de la première génération? Existe-t’il une corrélation entre l’échiquier de croisement et l’arbre généalogique? Expliquez.


(1)   (2)   (3)
Fig. 5.11, 5.12 et .5.13



Le Caryotype

Fig. 5.14

Le caryotype est l’étude cytologique du génome (i.e. de l’ensemble des gènes d’un organisme), plus particulièrement des chromosomes qui le portent. Les chromosomes sont colorés durant la métaphase de la mitose, photographiés à un fort grossissement, puis les clichés sont coupés et groupés d’après des critères de forme et de taille. Il existe normalement, chez les humains, vingt-deux pairs de chromosomes autosomes et une pair de chromosomes sexuels. Les vingt-trois pairs de chromosomes homologues (ou semblables) sont rangées par ordre de grandeur décroissante tout d’abord, puis d’après la position de leur centromère. Les plus grands chromosomes sont ceux des pairs de la première rangée du caryotype - 1, 2, 3, 4, 5, et 6 - pour les autosomes, et XX ou XY, suivant le sexe du sujet, pour la pair de chromosomes sexuels. Les plus petits des chromosomes sont ceux des pairs 19, 20, 21 et 22 de la dernière rangée (fig. ). Par l’étude des caryotypes, les généticiens ont pu déterminer les causes de quelques maladies héréditaires, comme la trisomie 21 (où il existe trois chromosomes 21 au lieu de 2), le syndrome de Turner (où le génotype sexuel est X0 au lieu d’être xx ou XY), ou encore le syndrome de Klinfelter (dû à la présence de deux chromosomes Y à côté du chromosome X donnant le genotype XXY) . La trisomie 21 (mongolisme) et le syndrome de Kiinfelter sont assez communs et se rencontrent avec unene fréquence de 1 sur 500 naissances.
    Dans la trisomie 21, le principal facteur est l’âge de la mère et la maladie est plus fréquente chez les enfants des mères âgées (ordinairement ayant en moyenne plus de 35 ou plus de 40 ans). L’enfant est mal formé, mais sa plus grande débilité vient de l’idiotie qui accompagne la maladie. Les enfants atteints de mongolisme sont en général peu éducables et leur instruction scolaire est très difficile.
    Dans la maladie de Kiinfelter, tout comme dans la maladie de Turner, un majeur facteur débilitant est la stérilité des sujets qui en sont atteints. Enfin, ces maladies sont dues à la non disjonction des chromosomes au cours de la méiose.


Exercice 12

Faites une photocopie du caryotype présent dans votre livre et découpez en les chromosomes . Amener les chromosomes ainsi découpé en salle de classe où des groupes d’élèves s’amuseront, après leur repartition au hazard dans une boîte, à les reclasser d’après leur forme et d’après leur taille. (Les numéros en dessous des chromosomes seront enlevés.)




La Carte Génétique

La carte génétique est la représentation linéaire (sur une ligne) des différents loci d’un chromome ou d’un segment de chromosome. (En effet grâce aux travaux de Sturtevant, un coéquipier du laboratoire de Morgan, il a été découvert que les gènes peuvent etre representes selon une disposition linéaire dans le chromosome.) Sur la carte génétique, cependant, les distances entre les loci ne sont pas souvent proportionelles aux distances que ceux-ci occupent sur le chromosome, quoiqu’elles y sont toujours dans le même ordre.
    Sur la carte cytogénétique, les proportions des distances entre les loci sont conservées sur une représentation graphique du chromosome. Lorsqu’il s’agit d’un chromosome sexuel - X ou Y­ ces loci représentent des traits liés au sexe.



L’Analyse Biochimique

Un grand nombre d’anomalies héréditaires peuvent être diagnostiquées par des analyses biochimiques. De celles-là seront seulement citées la phénylcétonurie, l’hypothyroïdisme (crétinisme), la maladie de Tay-Sachs et l’alcaptonurie.
    Les enfants souffrant de la phénylcétonurie ont un retard mental sévère et restent ordinairement à l’âge mental de deux ans, leur tonus musculaire est bas et les mouvements corporels sont désordonnés, leur épiderme et leur chevelure sont pâles et leurs yeux sont souvent bleux. (Ils peuvent passer pour de s enfants blonds lorsqu’ils sont de la race blanche et pour des albinos lorsqu’ils sont de race noire.)
    Dans le crétinisme, le niveau des hormones thyroïdes est très faible, le tonus musculaire est faible, la croissance est ralentie et le sujet souffle de retard mental.
    La maladie de Tay Sachs est fréquente chez les juifs, probablement par suite de la fréquence des mariages entre cousins. Elle est due à la carence d’un enzyme qui est nécessaire à la dégradation d’un lipide complexe qui s’accumule, alors, dans le tissu nerveux causant le retard mental, la paralysie, la cécité et une augmentation de la mortalité infantile.




La Notion de Race






La Reproduction


La reproduction active est la caractéristique de tous les êtres vivants. Il existe une reproduction asexuée et une reproduction sexuée.
    Le mécanisme de la biologie cellulaire à la base de la reproduction est la mitose, la division "augmentationelle" durant laquelle l’ADN nucléaire se réplique (se duplique) pour donner deux ADN identiques et, donc, un double assortiment de gènes similaires qui donneront deux noyaux similaires puis deux cellules similaires et, si possible, deux organismes similaires.

   La reproduction asexuée est celle des cellules autosomes de notre corps et, en général, des cellules autosomes des eucaryotes pluricellulaires. Ordinairement , la reproduction asexuée est absente chez les eucaryotes supérieurs. Cependant, la propagation végétative est une forme de reproduction asexuée qui est fréquente chez les végétaux supérieurs et qui est très exploitée en horticulture (jardinage), étant à la base de certaines techniques de culture comme le bouturage, le marcotage et le greffage (§ De la Fougère à l’Arbre du Dr. Roger Qualo) . En effet, à la différence des animaux où l’organogenèse n’a lieu que durant le stade embryonnaire, les plantes conservent, toute leur vie, des centres d’organogenèse - les méristènes - formés de tissu embryonnaire. Chez là bactérie, la reproduction asexuée a un aspect particulier, car elle se fait sans la mitose caractéristique des eucaryotes, en particulier, sans la formation du fuseau mitotique et sans la migration des chromosomes à deux pôles opposés de la cellule; c’est la fission binaire.

   Le mécanisme additionel de biologie cellulaire qui rend possible la reproduction sexuée est la méïose, ou la division réductionelle, qui permet la formation des gamètes et rend posible leur fusion consécutive (la fusion de leurs noyaux) pour donner un ou plusieurs organismes portant un assortiment complémentaire de gènes. Pour beaucoup de gens, la reproduction sexuée est le synonyme de la copulation, tel que cela ce voit chez les orqanismes supérieurs, en particulier, chez les plantes et chez les animaux. Pourtant, la conjugaison bactérienne peut être considérée comme une forme de reproduction sexuée durant laquelle une bactérie échange activement du matériel nucléaire avec une autre bactérie par l’intermédiaire d’un prolongement sexuel provisoire - le pilus sexuel - codé par un gène — le facteur F - situé sur un ADN bactérién, le plasmide - qui est localisé en dehors du chromosome unique bactérien (ou de l’ADN principal bactérien). Deux autres mécanismes de la reproduction bactérienne qui ressemblent, mais beaucoup moins que la conjugaison, à la reproduction sexuée sont:



Le génie génétique emploie la Technologie de l’ADN Recombinant où un gène est isolé d’un organisme par l’action d’un enzyme coupeur, l’endonucléase de restriction, puis est introduit dans une bactérie où il sera purifié des gènes avoisinants par la technique du clonage, puis identifié par la technique d’hybridization entre l’ARN et l’ADN (grâce à des marqueurs à ARN complémentaires et radioactifs) , enfin est “cultivé” en y introduisant l’ADN de l’organe hôte pour pouvoir reproduire en masse le trait désiré.
    En bioingéneurie (quasi équivalente, de nos jours, au génie génétique) aussi, la technique du clonage, que nous avons déjà rencontrée en étudiant les bactéries, permet actuellement de maintenir les caractéristiques avantageuses d’une population d’organismes, en évitant le brassage génétique dû à la reproduction sexuée. Le clone est une lignée de cellules ou d’organismes qui sont la copie exacte d’une cellule parentale ou d’un organisme parental. (Chez nous, par exemple, des clones de lymphocytes du sang ou des lymphes qui répondent à des antigènes spécifiques accroissent la capacité de défense notre organisme (conformément à la Théorie de la Sélection Clonale.)
    Ainsi, pour la canne à sucre et pour l’ananas, il est possible désormais d’induire aisément la formation de meilleures plantes (et dès lors d’augmenter la production) par la technique du bouturage, en utilisant des échantillons de boutures de plantes clonées pour leurs meilleures caractéristiques, et en employant des hormones de croissance bioingéniées. Il a été possible également d’induire la reproduction de pommiers “supérieurs”.

Cependant, le clonage réalise le travail inverse de la biodiversification et présente des risques appréciables de la propagation rapide des épidémies dans la population clonée et ceux de la possibilité d’extinction de la population rendue homogène (explicables par ce mécanisme de l’evolution qu’est la sélection naturelle) L’exemple suivant illustre un tel risque. En Australie, par exemple, le virus du myxome causant une maladie très léthale, chez les lapins, a été introduit afin de réduire la la population de lapins retourna à sa densité initiale, du fait de la multiplication de souches de lapins résistantes au virus, par suite du jeu de la sélection naturelle et de la biodiversification naturelle à l’intérieur de la population de lapins (due en partie à la variation génétique aléato:ire et au choix sélectif du partenaire.) Etait-ce une population de lapins clonés, ou, du moins, homogènes, le virus du myxome l’aurait conduite à son extinction.


Du Gamète à la Progéniture: ontogenèse

Le but de la méiose est de réduire de moitié le nombre de chromosomes qui seront présents dans les gamètes, afin de permettre la formation d’un nouvel individu formé d’un égal nombre de chromosomes paternels et de chromosomes d’origine maternelle. La méiose rend la cellule eucaryote haploïde et la fécondation, i.e., l’union des gamètes, qui suit, la rend à nouveau diploïde. Le bagage génétique de chacun des parents est ainsi à moitié conservé chez sa progéniture. En même temps, il se produit plus de variétés dans la population où existe la reproduction sexuée que chez celle où elle n’existe pas, par suite du brassage de gènes qui se produit à 1a fécondation.
    Supposez, en effet, que votre arrière-grand-père ("great-grand-father")est A. Votre grand-père B aura reçu la moitié des gènes de A; votre père C aura reçu la moitié des gènes de B et de ceux-ci aura été le quart de gènes de A; vous, le descendant D, l’arrière-petit-fils aura reçu la moitié des qènes de C et de ceux-ci seront comptés le quart des gènes de B et le huitième de A. Et ceci est également valable pour les gènes reçus du côté maternel, i . e., le nouvel individu aura les gènes A’, B’ et C’ reçus du côté maternel. Quelle grande diversité! En effet, plus on remonte dans l’arbre généalogique plus on constate combien la reproduction sexuée introduit de variété dans la lignée familiale et plus généralement dans 1’ espèce.
    si, par contre, la population se reproduit asexuellement, (et chez les bactéries sans les phénomènes de conjuqaison, de transformation ou de transduction), les individus de toutes les générations auront leurs gènes en tout point identiques à ceux de l’arrière-grand-parent A, si l’on exclut les mutations.
    Enfin, chez l’organisme pluricellulaire qui se reproduit sexuellement, I’ oeuf fécondé de 1’organisme commencera à se subdiviser pour devenir un amas de cellules qui connaîtront la différenciation cellulaire, la spécialisation de différents groupes de cellules et l’histogenèse. Un tel amas constitue l’embryon formé de trois feuillets de cellules différenciées: l’entoderme, le mésoderme et l’ectoderme. A la fin de l’embryogenèse, débute l’organogenèse ou la formation des organes bien distincts tels que le foie, le coeur, les reins, le pancréas, etc. Néammoins, la reproduction sexuée n’est pas le seul chemin qui mène à l’évolution. D’autres mécanismes, que nous avons vus, au chapitre précédent et au cours de ce chapitre, y conduisent également, i.e., à la variabilité et à la différenciation des organismes vivants. "L’ontogenèse récapitule" ou, du moins, rappelle, d’une certaine manière, "la phylogenèse", l’évolution des êtres vivants, rappelons-nous en.




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1 Table des coefficients binomiaux (n):
(a + b)n/k 
n ;         k = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, etc.
||
1	
1	2	1
1	3	3	1
1	4	6 	4 	1
1	5	10	10	5 	1
1	6	15 	20 	15 	6 	1
1	7	21	35	35	21	7 	1
1	8	28 	56 	70 	56 	28 	8 	1