Vous êtes ici

Quatrième partie : Hérédité : Lois statistiques de la transformation des caractères héréditaire - Ts s

Classe:

Terminale

Thème:

8 Héridité-génétique

Introduction

La reproduction sexuée est une fonction biologique permettant aux êtres vivants de donner des descendances qui leurs ressemblent morphologiquement et ou physiologiquement au cours des générations.

Cette transmission de caractères d'une génération à une autre est appelée hérédité.

La science qui s'occupe de l'étude de l'hérédité est la génétique.

La compréhension des résultats de la génétique repose sur l'étude des lois statistiques.

I. Quelques notions fondamentales de génétiques

$\bullet\ $ Les caractères sont des signes distinctifs, des états ou des marques particulières d'un organisme.

Exemple :

La couleur (du pelage, des yeux, des fruits, des graines, des fleurs, etc...) ; la forme (ronde, ovale), la taille (longue ou courte...) ; la présence ou l'absence d'un élément (corne, queue, mélanine...) ; l'aspect (lisse, rugueux, lobé)

$\bullet\ $ On appelle population l'ensemble des individus d'une même espèce, vivant dans le même milieu.

$\bullet\ $ La génétique utilise une méthode expérimentale essentiellement basée sur des croisements, c'est-à-dire que l'on fait reproduire des individus appartenant à la même espèce pour pouvoir suivre le ou les caractères à étudier.

$\bullet\ $ Si dans une population possédant un caractère donné, les croisements entre les différents individus donnent toujours le même caractère, on en déduit que ce caractère étudié est pure.

Une lignée pure pour un (ou des) caractère(s) est un ensemble d'individus n'ayant et ne transmettant que ce (ou ces) caractère(s).

$\bullet$ Une lignée hybride pour un (ou des) caractère(s) est un ensemble d'individus qui, par croisement, donne une descendance hétérogène pour ce caractère.

$\bullet\ $ Le phénotype est l'ensemble des caractères visibles d'un individu.

Exemple :

La couleur, du pelage : [grise] ou [blanche] ; la forme des graines [ronde] etc...

$\bullet\ $ Le génotype est l'ensemble des facteurs héréditaires responsables de l'apparition des caractères qui déterminent le phénotype.

Chaque caractère est représenté par deux facteurs constituant un gène.

Chacun de ces facteurs est un allèle.

$-\ $ Si les deux $(2)$ allèles d'un gène sont identiques, l'individu qui les porte est de lignée pure et on dit qu'il est homozygote.

$-\ $ Si les deux $(2)$ allèles d'un gène sont différents, l'individu qui les porte est Hybride et on dit qu'il est hétérozygote.

$-\ $ Le génome est l'ensemble de tous les gènes d'un individu.

II. Descendance de parents différents par un seul caractère : le mono hybridisme

II.1. Mono hybridisme avec dominance

$\surd\ $ Croisement de deux races pures

On dispose d'une souris de lignée pure dont le pelage est gris.

On effectue un croisement de cette lignée pure de souris avec une autre lignée pure composée de souris blanches.

On obtient à la descendance des individus de la première génération notée $F_{1}.$

Au niveau de cette génération $F_{1}$, on remarque que toutes les souris sont grises.

Parents : souris blanches $x$ souris grises

$\Downarrow$

Première génération $F_{1}$ : souris grises

$-\ $ Résultats numériques : toutes les souris sont grises (exemple : $10$ souris grises)

$-\ $ Résultats statistiques : on obtient $100\%$ de souris grises.

Analyse :

On constate qu'en $F_{1}$, la couleur blanche n'apparait pas

Hypothèse :

Le caractère blanc serait absent ou serait masqué au niveau des individus de la $F_{1}$

Vérifions cette hypothèse avec un croisement $F_{1}$ $x$ $F_{1}$

$\surd\ $ Croisement des individus $F_{1}$ entre eux

On croise les individus de la $F_{1}$ entre eux c'est-à-dire, on prend un mâle gris de la $F_{1}$ que l'on croise avec une de ses sœurs (de la $F_{1}$).

On obtient des individus de deuxième génération notée $F_{2}.$

$-\ $ Résultats numériques de la $F_{2}$ : $39$ souris grises et $14$ souris blanches

$-\ $ Résultats statistiques : Cherchons les rapports :

$39+14=53$

$53/14=3.78$ (environ égal à $4$) ;

$39/14=2.78$ (environ égal à $3$) ;

$14/14=1$

Donc la $F_{2}$ est composée de $1/4$ (ou $25\%$) de souris blanches $+3/4$ (ou $75\%$) de souris grises

Analyse :

On constate que la couleur blanche réapparait en $F_{2}$

Interprétation :

Si la $F_{2}$ a donné le caractère blanc, c'est parce que ce dernier existait en $F_{1}$ mais qu'il était masqué par le caractère gris.

Le caractère gris est dit dominant et est noté $G$ ; le caractère blanc est dit récessif et est noté $b$

Hypothèse :

Les gamètes porteraient les caractères héréditaires et lors de la gamétogenèse des hybrides de la $F_{1}$, le facteur $G$ et le facteur $b$ se seraient séparés.

Ce qui donnerait deux types de gamètes : les gamètes avec $G$ et les gamètes avec $b.$

Vérifions cette hypothèse en établissant un échiquier de croisement (voir échiquier).

Parents : [Gris] $x$ [blanc]

Génotypes : $(G//G)$ $x$ $(b//b)$

Gamètes : $G$ $x$ $b$

$F_{1}$ : $(G//b)$

$F_{1}\ x\ F_{1}$ : $(G//b)$ $x$ $(G//b)$

Gamètes : $G\;,\ b$ $x$ $G\;,\ b$

$F_{2}$ : $3/4[G]+1/4[b]$

Conclusion

Les résultats théoriques étant conformes aux résultats expérimentaux, donc notre hypothèse est vérifiée

Remarque :

L'homozygote $(GG)$ et l'hybride $(Gb)$ ont des phénotypes identiques et des génotypes différents

$\surd\ $ Autre exemple : croisement de maïs :

Les parents : Mendel $(1822\ -\ 1864)$ prend deux lignées pures de mais qui différent par la couleur de leurs grains.

L'une a des graines noires et l'autre a des graines jaunes : ce sont les parents ou géniteurs.

Lorsque ces plantes fleurissent, il fait féconder les fleurs des plantes à graines noires avec celles des plantes à grains jaunes.

Les plantes obtenues à partir de cette fécondation sont hybrides

La génération $F_{1}$ : Au niveau de cette génération $F_{1}$, Mendel constate que les graines obtenus sont tous noires.

Il en conclut que le caractère noir est dominant et est noté $N$ et le caractère jaune est récessif et noté $j.$

La génération $F_{2}$ : Pour obtenir la génération $F_{2}$, il fait semer les graines de $F_{1}$ et laisse les fleurs des plantes obtenues se féconder entre elles en les protégeant d'éventuels apports extérieurs de grains de Pollen.

Les épis de la $F_{2}$ ainsi obtenus présentent des graines noires et des graines jaunes distribués au hasard.

La $F_{2}$ est donc hétérogène (ou polymorphe).

En comptant les grains de chaque épi de la $F_{2}$, Mendel a trouvé les résultats suivants :

$276$ graines noires et $9$5 grains jaunes pour le premier épi.

$173$ graines noires et $55$ grains jaunes pour le deuxième épi.

$-\ $ Cherchons les rapports ou proportions :

$\bullet\ $ $1^{\circ}$ épi : $276+95+\ =371$ ;

$371/95=3.9\equiv 4$ ;

$276/95= 2.9\equiv 3$ ;

$95/95=1$

$1/4(25\%)$ de graines jaunes $+3/4$ de graines noires.

$\bullet\ $ $2^{\circ}$ épi : $176+55=228$ ;

$228/55=4.1\equiv 4$ ;

$173/55=3.1\equiv 3$

$1/4(25\%)$ de graines jaunes $+3/4 $de graines noires.

Analyse, Interprétation (voir b)

II.1.1 Énoncé des deux $1^{ère}$ lois de Mendel

$-\ $ Première loi ou loi d'uniformité de $F_{1}$ : Tous les individus nés de parents de lignée pure sont semblables.

(réciproquement si en $F_{1}$ on obtient des individus tous semblables, on en déduit que les parents sont de lignée pure)

$-\ $ Deuxième loi ou la loi de disjonction des caractères en $F_{2}$ (loi de pureté des gamètes)

Les individus $F_{2}$ sont différents entre eux : cette différence ne s'explique que par une disjonction des caractères allélomorphes au cours de la formation des gamètes.

Donc les gamètes ne sont jamais hybrides mais toujours pures.

II.1.2 Notion de test-cross ou de croisement test

$-\ $ Un individu de phénotype récessif est obligatoirement homozygote, c'est-à-dire de lignée pure. Exemple $b//b$ chez la souris

$-\ $ Un individu de phénotype dominant peut être homozygote ou hétérozygote.

Exemple :

Les souris grises de $F_{2}$ ont chacun $G//G$ ou $G//b$ comme génotype.

Pour savoir le génotype de ces individus, il faut recourir à la méthode dite test-cross ou test de croisement.

Pour cela, on croise l'individu de génotype inconnu avec un individu récessif car le récessif est toujours homozygote.

Parents : souris à tester (souris grises) $x$ souris testeur (souris blanches)

Génotypes : $(G//G)\ x\ (b//b)$

ou $(G//b)\ x\ b//b$

Gamètes : $G\ x\ b$ ou $G\;,\ b\ x\ b$

Résultats : $(G//b)\ :\ 100\%[G]$

ou $(G//b)+(b//b)\ :\ 50\%[G]+50\%[b]$

Le parent testé est homozygote ou Le parent testé est hétérozygote

Deux $(2)$ cas sont possibles :

$\surd\ $ Si tous les individus nés de ce croisement sont homogènes on en déduit que le parent testé n'a fourni qu'un seul type de gamète.

Il est donc homozygote.

$\surd\ $ Si on obtient une descendance hétérogène alors le parent testé a fourni deux types de gamètes.

Il est donc hétérozygote

N.B :

On peut aussi faire un backcross c'est-à-dire utilisé un parent récessif comme testeur.

(On dit backcross ou croisement retour)

Remarque :

Cas d'un gène létal

Un gène est dit létal (mortel) lorsque les individus homozygotes pour ce gène ne sont pas viables et meurent avant la naissance.

Exercice

$-\ $ Une souris noire croisée avec une souris noire donne uniquement des souris noires et ceci quelle que soit la génération croisée.

$-\ $ Une souris jaune croisée avec une souris jaune donne $2/3$ de souris jaunes et $1/3$ de souris noires.

$-\ $ Une souris jaune croisée avec une souris noire donne $1/2$ de souris jaunes et $1/2$ de souris noires.

Expliquer ces résultats.

Résolution

Le $1^{er}$ croisement montre que les souris noires sont de lignée pure

Le $2^{ième}$ croisement montre que les souris jaunes sont des hybrides $(J//n)$ et que l'allèle noire $(n)$ et récessif devant l'allèle Jaune $(J)$ qui est dominant.

L'allèle Jaune à l'état homozygote est létal ce qui fait que les souris Jaunes de génotypes $(J//J)$ ne sont pas viables.

Dans ce cas les rapports $1/4+3/4$ deviennent $1/3+2/3$

Parents : souris jaunes $x$ souris jaunes

Génotypes : $(J//n)\ x\ (J//n)$

Gamètes : $J\;,\ n\ x\ J\;,\ n$

$F_{2}=2/3$ de souris Jaunes et $1/3$ de souris noires

Le $3^{ième}$ croisement est un test cross car il s'agit d'un croisement entre un individu de phénotype dominant et un individu récessif.

La descendance obtenue étant polymorphe $1/2[J]+1/2[n]$ donc les souris jaunes sont effectivement hétérozygotes et ont fournis deux types de gamètes.

II 2. Mono hybridisme sans dominance (=codominance)

Exercice d'application :

Une population de volailles dites andalouses comprend trois couleurs différentes : noire ; blanche et bleue

$-\ $ Les volailles noires croisées entre elles donnent toujours des volailles noires.

$-\ $ Les volailles blanches croisées entre elles donnent toujours des volailles blanches.

$-\ $ Les volailles bleues croisées entre elles donnent un ensemble composé de volailles noires, blanches et bleues

$-\ $ Le croisement d'une volaille blanche et d'une autre noire donne des volailles uniquement bleues.

a) En tenant compte des résultats expérimentaux.

Expliquer ce qu'on entend par lignée pure et hybride.

Classer les trois types de volailles dans ces deux groupes.

b) Les résultats statistiques d'un croisement de volailles bleues sont :

$25\%[\text{noires}]+50\%[\text{bleues}]+25\%[\text{blanches}].$

Expliquer ces résultats.

c) On croise une noire et une bleue ; réaliser le tableau qui permet de prévoir les résultats.

Résolution

a) (voire définition) Les volailles noires et les volailles blanches sont de lignée pure et les volailles bleues sont hybrides.

b) Le croisement d'une volaille noire et d'une volaille blanche donne uniquement des volailles bleues qui ne ressemblent à aucun des parents mais ont un caractère intermédiaire entre noire et blanche.

On en déduit que les allèles $N$ et $B$ sont codominants ou à dominance intermédiaire ou encore sans dominance.

$1^{er}$ croisement :

Phénotypes des parents : [Noires] $x$ [Blanches]

Génotypes : $(N//N)\ x\ (B//B)$

Gamètes : $N\ x\ B$

$F_{1}\ :\ (N//B)$

$2^{ième}$ croisement

$F_{1}\ x\ F_{1}$ : [Bleues] $x$ [Bleues]

Génotypes : $(N//B)\ x\ (N//B)$

Gamètes : $N\;,\ B\ x\ N\;,\ B$