Génétique

1. Diversité génétique et hérédité

• Diversité génétique : chez l’homme, les descendants d’un couple sont tous différents entre eux et de leurs parents.
• Hérédité : transmission des caractères d’une génération à l’autre via les gènes.

2. Le gène et ses caractéristiques

• Gène : fragment d’ADN contenant une information génétique spécifique, unité d’hérédité contrôlant un caractère.
• Chaque gène est présent en deux exemplaires dans les cellules (chromosomes homologues).
• Ces deux copies sont appelées allèles : formes différentes d’un même gène, situées au même locus sur les chromosomes homologues.
• Un allèle est d’origine paternelle ou maternelle.

3. Définitions clés

4. Types de génotypes

5. Les travaux de Mendel : transmission des caractères héréditaires

• Mendel utilise le pois comme modèle, plante à autofécondation.
• Il étudie des caractères discontinus (ex : forme, couleur du pois).
• Il part de souches pures (individus homozygotes pour un caractère).
• Il réalise des fécondations croisées contrôlées pour observer la transmission des caractères.

La diversité génétique s’explique par la transmission des allèles, qui peuvent être identiques ou différents chez un individu, influençant ainsi son phénotype.

1. Lignée pure

• Une lignée pure est une population d'individus qui, par autofécondation, produit des descendants identiques pour un caractère donné, quelle que soit la génération.
• Exemple : chez le pois, les plants verts autofécondés donnent uniquement des pois verts.

2. Hybridation

• Hybridation : méthode expérimentale pour étudier la transmission des caractères, consistant à croiser deux individus d'une même espèce différant par un ou plusieurs caractères.
• Les individus issus de ce croisement sont appelés hybrides.
• Pour contrôler la fécondation, Mendel retire les étamines d'une plante et protège la fleur avec un sac de papier avant d'effectuer la fécondation manuelle.

3. Monohybridisme avec dominance

• Monohybridisme : croisement entre deux lignées pures ne différant que par un seul caractère.
• Exemple de Mendel : croisement entre pois jaunes (lignée pure) et pois verts (lignée pure).
• La génération parentale est notée P.
• La première génération de descendants est appelée F₁.

a) Observations de Mendel

• Tous les pois de la F₁ ont le phénotype jaune, identique à l'un des parents.
• La F₁ n'est pas une lignée pure car à la génération F₂, le caractère vert réapparaît.
• Le caractère vert est présent mais non exprimé à la F₁ : on parle de dominance du caractère jaune sur le vert.

À retenir : Dans un croisement monohybride, un caractère peut être dominant (exprimé à la F₁) tandis que l'autre est récessif (masqué à la F₁ mais réapparaissant à la F₂ dans un rapport 3:1).

1. Monohybridisme avec dominance

• Un caractère dominant masque l'expression d'un caractère récessif lorsqu'ils sont présents ensemble.
• Mendel nomme les allèles par une lettre : la majuscule (ex. J) pour l'allèle dominant, la minuscule (ex. v) pour l'allèle récessif.

a) Phénotype vs Génotype

• Deux individus avec le même phénotype peuvent avoir des génotypes différents.
• Les variations génétiques d'un même gène sont appelées allèles.

b) Lignées pures et hybrides

• La génération F2 issue du croisement d'hybrides suit un rapport phénotypique de 3/4 dominant : 1/4 récessif.
• En F2, on observe environ 1/3 de lignées pures et 2/3 d'hybrides.

c) Transmission des allèles

• Les allèles sont transmis par les gamètes, qui ne contiennent qu'un seul allèle par gène.

• Chaque parent transmet donc un seul allèle à sa descendance.

• Exemple : un individu de génotype Jv transmet soit J, soit v à ses gamètes.

• Le croisement entre deux hybrides (Jv × Jv) donne en F2 :

  Génotype	Proportion	Phénotype
  JJ	1/4	Dominant (J)
  Jv	1/2	Dominant (J)
  vv	1/4	Récessif (v)

À retenir : Lorsqu’un allèle est dominant, il masque l’expression de l’allèle récessif dans le phénotype, mais les deux allèles peuvent être transmis aux descendants.

1. Monohybridisme avec absence de dominance et codominance

a) Définitions clés

• Absence de dominance : les deux allèles d’un gène s’expriment simultanément chez l’hétérozygote, sans qu’un allèle masque l’autre.
• Codominance : situation où les deux allèles d’un gène sont exprimés de façon équivalente dans le phénotype de l’hétérozygote.

b) Expérience 1 : Hybridation chez la « belle de nuit »

• Croisement : fleur blanche × fleur rouge
• Résultat F₁ : toutes les fleurs sont roses (caractère intermédiaire)
• Interprétation : ni allèle blanc ni allèle rouge ne domine → absence de dominance
• Les allèles blanc et rouge sont codominants (expression simultanée des deux allèles)

c) Expérience 2 : Croisement des F₁ entre elles

• Croisement : fleurs roses (F₁) × fleurs roses (F₁)
• Résultat F₂ (statistique) :
  • 50 % fleurs roses (hétérozygotes codominants)
  • 25 % fleurs blanches (homozygotes pour l’allèle blanc)
  • 25 % fleurs rouges (homozygotes pour l’allèle rouge)

d) Tableau de croisement (échiquier) pour codominance

• Proportions phénotypiques en F₂ : 1 blanc : 2 rose : 1 rouge
• Proportions génotypiques en F₂ : 1 BB : 2 BR : 1 RR

À retenir : En absence de dominance, l’hétérozygote présente un phénotype intermédiaire ou mixte (codominance), et la F₂ suit une répartition 1:2:1 en génotypes et phénotypes.

e) Comparaison avec dominance classique

f) Test du génotype par croisement retour (test-cross)

• Permet de distinguer un individu homozygote d’un hétérozygote en croisant avec un homozygote récessif.
• En absence de dominance, la descendance révèle directement les génotypes par la diversité des phénotypes observés.

1. Dihybridisme : transmission simultanée de deux caractères

Le dihybridisme étudie la transmission de deux caractères héréditaires différents, par exemple la couleur et l’aspect de la graine chez les pois.

• Allèles et dominance :

  • Couleur : allèle R (rouge) dominant sur B (blanc).
  • Aspect : allèle L (lisse) dominant sur r (ridé).

• Lignées pures :

  • Individus homozygotes pour les deux caractères, par exemple RRLL (rouge, lisse) et bbrr (blanc, ridé).

• Types de dominance :

  Type de dominance	Exemple de génotypes parentaux	Description
  Double dominance	RRLL × bbrr	Chaque parent homozygote pour deux allèles dominants ou récessifs
  Dominance simple	RrLl × RrLl	Chaque parent porte un allèle dominant et un récessif par caractère

• F1 issue d’un croisement double dominance :

  • Tous les individus sont doubles hétérozygotes : $RrLl$.
  • Ces individus produisent 4 types de gamètes en proportions égales, selon la séparation indépendante des allèles :
  $$RL, \quad Rl, \quad rL, \quad rl$$

• Échiquier de croisement (F1 × F1) :

  • Permet de prévoir la répartition des génotypes et phénotypes en F2.
  • Donne une proportion phénotypique typique de 9:3:3:1 (dominant-dominant : dominant-récessif : récessif-dominant : récessif-récessif).

2. Les lois de Mendel (issues des expériences de dihybridisme)

1. Première loi (uniformité)
   Le croisement de deux lignées pures donne une F1 homogène où tous les individus sont identiques (hybrides uniformes).

2. Deuxième loi (séparation indépendante)
   Les hybrides de F1 croisés entre eux produisent une F2 hétérogène, avec séparation indépendante des allèles des deux caractères.

3. Troisième loi (ségrégation des allèles)
   Chaque gamète ne porte qu’un seul allèle de chaque paire, transmis indépendamment des autres paires.

À retenir : Les allèles de deux gènes différents se séparent indépendamment lors de la formation des gamètes, ce qui explique la diversité génétique observée en F2.

1. Théorie chromosomique de l’hérédité

• Les gènes existent par paires d’allèles dans les organismes.
• Ces allèles se séparent lors de la formation des gamètes (méiose).
• Ils se reconstituent lors de la fécondation.
• Morgan a formulé l’hypothèse que les gènes sont portés par les chromosomes, donnant naissance à la théorie chromosomique de l’hérédité.

Chaque caractère transmissible est porté par un gène, une séquence d’ADN localisée à un locus précis sur un chromosome.

Les gènes pour un même caractère sont dits allèles.

2. Interprétation chromosomique du monohybridisme

a) Cas du pois

• Deux allèles pour un caractère : par exemple, allèle $A$ (dominant) et allèle $a$ (récessif).
• Parents de lignée pure : génotypes $AA$ et $aa$ (homozygotes).
• F1 (hybrides) : génotype $Aa$ (hétérozygotes), produisent des gamètes $A$ et $a$ en proportions égales.
• Autofécondation des hybrides F1 donne la génération F2.

b) Exemple chez la drosophile (mouche)

• Croisement entre drosophiles à ailes normales (dominant) et à ailes vestigiales (récessif).
• F1 : toutes les drosophiles ont des ailes normales.
• F2 : ¾ ont des ailes normales, ¼ ont des ailes vestigiales.

3. Résultat clé

La séparation des chromosomes lors de la méiose entraîne la ségrégation des allèles : chaque gamète ne porte qu’un seul allèle d’une paire, il est donc pur.

1. Interprétation chromosomique du dihybridisme

• Croisement de deux races pures de drosophiles différant par deux caractères :

  • Souche sauvage : ailes normales (vg⁺) et corps gris (e⁺)
  • Souche mutante : ailes vestigiales (vg) et corps ébène (e)

• Résultats :

  • F₁ : toutes les drosophiles ont ailes normales et corps gris → dominance de vg⁺ sur vg et de e⁺ sur e
  • F₂ : proportions observées

    Phénotype	Proportion
    ailes normales, corps gris	9/16
    ailes normales, corps ébène	3/16
    ailes vestigiales, corps gris	3/16
    ailes vestigiales, corps ébène	1/16

• Interprétation :

  • Chaque individu F₁ produit 4 types de gamètes (vg⁺ e⁺, vg⁺ e, vg e⁺, vg e)
  • Fécondation aléatoire → 16 combinaisons possibles → proportions classiques du dihybridisme selon la loi de la ségrégation indépendante

2. Résultats non conformes à la loi de la ségrégation indépendante

a) Premier cas : liaison génétique (linkage)

• Croisement entre deux lignées pures :

  • Drosophile grise à ailes longues (allèles dominants)
  • Drosophile corps noir à ailes courtes (allèles récessifs)

• Résultats :

  • F₁ : toutes grises à ailes longues (dominance)
  • F₂ : 75% grises à ailes longues, 25% corps noir à ailes courtes
  • Pas de phénotypes recombinants → pas de 9:3:3:1 mais 3:1 → monohybridisme apparent

• Interprétation :

  • Allèles des deux caractères sont liés, c’est-à-dire qu’ils sont transmis ensemble car situés sur le même chromosome
  • Les allèles vg⁺ et e⁺ sont inséparables, de même que vg et e
  • Génotypes parentaux : vg⁺ e⁺ / vg e
  • F₁ : vg⁺ e⁺ / vg e (hybrides)
  • La liaison empêche la ségrégation indépendante → pas de recombinaison des allèles

À retenir : La liaison génétique (linkage) explique des résultats de croisement qui ne suivent pas la loi de la ségrégation indépendante, car les gènes liés sont transmis ensemble sur le même chromosome.

1. Interprétation chromosomique du monohybridisme et du dihybridisme

a) Linkage et allèles liés

• Linkage : les allèles de deux gènes sont dits liés lorsqu'ils sont portés par le même chromosome.
• Dans ce cas, les allèles ne se séparent pas de manière indépendante lors de la méiose.

b) Exemple de dihybridisme chez la drosophile

• Croisement : femelle hybride dihybride × mâle pur.
• Résultats à la F1 :
  • 41,5 % phénotype parental 1
  • 41,5 % phénotype parental 2
  • 8,5 % phénotype recombinant 1
  • 8,5 % phénotype recombinant 2

c) Interprétation des résultats

• La présence de phénotypes recombinants (17 % au total) indique que les allèles sont liés mais peuvent se recombiner.
• La recombinaison est due au crossing over (enjambement) lors de la prophase I de la méiose.
• Le crossing over correspond à un échange de segments entre chromatides homologues, permettant la séparation de certains allèles liés.

d) Pourcentage de recombinaison et distance génétique

• Le taux de recombinaison (ici 17 %) reflète la fréquence des crossing over entre deux gènes.
• Plus la distance entre deux gènes sur un chromosome est grande, plus le pourcentage de recombinaison est élevé.
• La distance génétique s’exprime en centimorgans (cM) :
  $1\ \text{cM} = 1\% \text{ de recombinaison}$
• Ici, une recombinaison de 17 % correspond à une distance de 17 cM entre les deux allèles.

e) Carte factorielle (carte génétique)

• La carte factorielle permet de localiser les gènes sur un chromosome selon leurs distances relatives.
• Elle est construite à partir des pourcentages de recombinaison entre gènes.
• Cette carte reflète l’ordre et la distance des gènes, facilitant l’étude de leur transmission.

À retenir : Le pourcentage de recombinaison entre deux gènes liés correspond à la fréquence des crossing over entre eux, et définit leur distance génétique en centimorgans sur la carte factorielle.

1. Liaison génétique

• Gènes liés : deux gènes situés sur le même chromosome tendent à être transmis ensemble, ce qui réduit la fréquence de recombinaison entre eux.
• Test cross : croisement entre un individu hétérozygote pour plusieurs gènes et un individu homozygote récessif pour ces mêmes gènes, permettant d'analyser les types de gamètes produits.

2. Crossing-over et recombinaison

• Le crossing-over est un échange de segments entre chromatides homologues lors de la méiose, générant des gamètes recombinés.
• La fréquence de recombinaison entre deux gènes est proportionnelle à la distance génétique qui les sépare.

3. Calcul des pourcentages de recombinaison

• Pour deux gènes A et B, la fréquence de recombinaison est donnée par :

$$\text{Fréquence de recombinaison} = \frac{\text{nombre de descendants recombinés}}{\text{nombre total de descendants}} \times 100\%$$

• Exemple : si on observe 18% de recombinaison entre A et B, et 10% entre A et C, la position relative des gènes peut être déduite en comparant aussi la recombinaison entre B et C.

4. Localisation des gènes par analyse de croisement

• Étapes clés :

  1. Identifier les allèles dominants et récessifs.
  2. Écrire les génotypes des parents et de la F1.
  3. Réaliser un test cross (F1 × homozygote récessif).
  4. Compter les phénotypes des descendants.
  5. Classer les descendants en gamètes parentaux (non recombinés) et recombinés.
  6. Calculer les fréquences de recombinaison entre chaque paire de gènes.

• Interprétation :

  • Une fréquence de recombinaison faible (< 50%) indique que les gènes sont liés.
  • La fréquence la plus faible entre deux gènes indique qu'ils sont les plus proches sur le chromosome.

5. Exemple d'application (drosophile)

• Total descendants : 2440
• Gamètes parentaux majoritaires → gènes liés.
• Calcul des fréquences de recombinaison entre paires de gènes à partir des recombinants.

6. Résumé des règles clés

À retenir : La fréquence de recombinaison entre deux gènes liés est toujours inférieure à 50%, et elle est proportionnelle à la distance qui les sépare sur le chromosome.

1. Établissement d'une carte factorielle

• Pourcentage de recombinaison entre deux gènes = mesure de la distance génétique entre eux, exprimée en unités de recombinaison (u.r. ou cM).

• Exemple de distances entre trois gènes :

  Gènes	% recombinaison
  vg - p	1,5
  vg - n	19,2
  p - n	15

• Localisation relative des gènes :
  Les gènes vg, p et n sont sur le même chromosome, avec la plus grande distance entre vg et n (19,2 u.r.).
  L’ordre probable est : vg — p — n.

• Anomalie dans la somme des recombinaisons :
  La distance vg-n (19,2%) est légèrement inférieure à la somme vg-p + p-n (1,5% + 15% = 16,5%), ce qui est dû à la présence de double crossing-over.

• Double crossing-over :
  Lors de la méiose, deux échanges peuvent se produire entre gènes, annulant partiellement l’effet de recombinaison simple.
  Cela fait que certains gamètes recombinés ne sont pas comptés correctement si on ne tient pas compte du double crossing-over.

• Pour corriger le calcul du pourcentage de recombinaison entre vg et n, il faut compter deux fois les gamètes issus du double crossing-over.

À retenir : Le pourcentage de recombinaison entre deux gènes correspond à leur distance génétique, mais les doubles crossing-over peuvent fausser cette mesure si on ne les prend pas en compte.

2. Résumé méthode pour établir une carte factorielle

1. Mesurer les % de recombinaison entre chaque paire de gènes.
2. Classer les gènes sur une droite en fonction des distances (plus grand % = plus grande distance).
3. Vérifier la cohérence : la distance entre deux gènes éloignés doit être proche de la somme des distances intermédiaires.
4. Corriger les anomalies dues aux doubles crossing-over en ajustant les fréquences observées.

Cette méthode permet de localiser précisément les gènes sur un chromosome en fonction de leur fréquence de recombinaison.

1. Transmission liée au sexe

La couleur des yeux chez la drosophile dépend du sexe, car l'allèle responsable est porté par le chromosome X. L'allèle pour yeux rouges ($X^{w+}$) est dominant sur l'allèle pour yeux blancs ($X^w$).

• Premier croisement : $X^wY$ (mâle yeux blancs) × $X^{w+}X^{w+}$ (femelle yeux rouges)
  → Descendance 100 % yeux rouges (mâles et femelles).

• Deuxième croisement : $X^{w+}Y$ (mâle yeux rouges) × $X^{w+}X^w$ (femelle yeux rouges hétérozygote)
  → Descendance : 50 % mâles yeux blancs, 50 % femelles yeux rouges.

À retenir : La transmission du caractère lié au sexe ne suit pas la première loi de Mendel car l'allèle est porté sur le chromosome sexuel X.

2. Allèles létaux

Un allèle létal provoque la mort de l'individu qui le porte, soit à l'état homozygote, soit à l'état hétérozygote.

a) Exemple : allèle létal jaune chez la souris

• L'allèle jaune ($b^+$) est dominant sur l'allèle brun ($b$).
• Croisement souris jaunes × souris brunes → ½ jaunes (hétérozygotes), ½ brunes.
• Croisement souris jaunes × souris jaunes → 2/3 jaunes (hétérozygotes), 1/3 brunes, absence de jaunes homozygotes (morts).

À retenir : L'absence d'individus homozygotes pour l'allèle jaune montre que cet allèle est létal à l'état homozygote.

1. Allèles létaux

Un allèle létal est un allèle dont la présence dans un génotype entraîne la mort de l'individu, généralement à un stade précoce du développement.

2. Allèle létal dominant

• Exemple : allèle b+ dans un croisement hétérozygote (b+//b).
• Lors du croisement, on observe une proportion de descendants qui ne survivent pas, indiquant que l'allèle b+ est dominant létal.
• Conclusion : un allèle létal dominant provoque la mort des individus homozygotes pour cet allèle, ne laissant survivre que les hétérozygotes.

3. Proportions phénotypiques en monohybridisme

4. Transmission de deux caractères (dihybridisme)

5. Autres résultats importants

• Back cross (croisement avec parent récessif) : proportions ¼, ¼, ¼, ¼ indiquent indépendance des gènes et dominance d’un allèle.
• Gènes liés partiellement : apparition de quatre phénotypes avec deux parentaux majoritaires et deux recombinés minoritaires.
• Gènes liés de manière absolue : transmission conjointe des allèles sans recombinaison.

À retenir : Un allèle létal modifie les proportions phénotypiques classiques en éliminant certains génotypes, ce qui permet de détecter sa présence par l’analyse des descendants.