Génétique mendélienne

La génétique étudie la transmission des caractères biologiques d'une génération à l'autre et leurs variations entre individus. L'hérédité monogénique concerne un caractère gouverné par un seul gène ; l'hérédité complexe, dite multigénique, multifactorielle ou complexe, implique plusieurs gènes et des facteurs de l'environnement. Pour comprendre un caractère observé — par exemple une particularité morphologique ou une maladie — il faut relier le phénotype aux configurations génétiques qui peuvent le produire.

Dans les cellules eucaryotes, l'information génétique est portée par l'ADN, notamment dans le noyau. Un chromosome est une molécule d'ADN compactée et associée à des protéines ; il est particulièrement visible lorsqu'il est condensé en métaphase. Un gène est une portion d'ADN constituant une unité fonctionnelle de l'hérédité, et son locus est la position fixe qu'il occupe sur un chromosome.

Un même gène peut exister sous plusieurs versions, appelées allèles, qui diffèrent par leur séquence d'ADN et peuvent contribuer à des phénotypes différents. Le génotype désigne la constitution génétique, ou, pour un locus, la combinaison des allèles ; le phénotype correspond aux caractères observables. En dominance complète, A/A et A/a ont le même phénotype dominant, tandis que le phénotype récessif correspond à a/a.

Le caryotype humain comprend 46 chromosomes : 22 paires d'autosomes et une paire de gonosomes, ou chromosomes sexuels ; il peut être noté 46, XX ou 46, XY. Les cellules somatiques sont diploïdes (2n) : elles possèdent deux copies de chaque chromosome, l'une d'origine maternelle et l'autre paternelle. Ces chromosomes d'une même paire sont homologues ; ils portent les mêmes loci, sans que cela implique des allèles identiques.

Une cellule haploïde (n) possède une seule copie de chaque chromosome : les gamètes humains sont haploïdes et portent 23 chromosomes. À un locus, un individu diploïde est homozygote si ses deux allèles sont identiques (A/A), et hétérozygote s'ils diffèrent (A/a). Le nombre de chromosomes est caractéristique de l'espèce, mais ne permet pas de déduire directement la complexité d'un organisme.

Grégor Mendel (1822-1884), moine autrichien, est à l'origine de la génétique moderne. Ses expériences sur le pois Pisum sativum visaient à tester ses hypothèses sur l'hérédité et ont contribué à établir une transmission particulaire des caractères : ceux-ci se transmettent sans se fondre en une forme intermédiaire.

Le pois réunissait plusieurs avantages : des caractères alternatifs faciles à distinguer, comme différentes formes et couleurs de graines, l'autofécondation ou la fécondation croisée dirigée, un cycle de génération court (3 à 5 mois) et de nombreux descendants. Il était aussi facile à cultiver et peu encombrant. Les hybrides restant fertiles, Mendel pouvait suivre la transmission sur plusieurs générations.

Mendel étudia sept caractères, chacun présentant deux phénotypes observables. Il établissait des lignées pures par autofécondation pendant plusieurs générations : les descendants conservaient les mêmes caractères et étaient homozygotes pour le gène étudié. Pour contrôler la fécondation croisée, l'expérimentateur dirigeait le croisement entre deux lignées.

Le protocole commence en F0 par le croisement de deux lignées pures différentes. La fécondation dirigée produit la F1, génération d'hybrides ; l'autofécondation forcée de ces individus donne la F2, dont Mendel dénombre les phénotypes. Il utilise de grands effectifs, étudie un ou deux caractères, répète les expériences sur les sept couples et réalise aussi des croisements réciproques et des croisements test.

Ces choix permettent de comparer des descendants issus de croisements connus et de rechercher des régularités plutôt que de s'appuyer sur quelques cas isolés. Mendel formule ainsi une conception particulaire de l'hérédité : les caractères sont transmis par des unités distinctes, et non par mélange des formes parentales.

Le monohybridisme étudie la transmission d’un seul caractère, gouverné ici par un gène à deux allèles : J, associé aux grains jaunes, et v, associé aux grains verts. Pour suivre ce caractère, on distingue les génotypes transmis par les parents et les phénotypes observés chez leurs descendants.

On croise deux lignées pures homozygotes : J/J × v/v. Le parent J/J ne produit que des gamètes J, et le parent v/v ne produit que des gamètes v. Chaque descendant reçoit donc J d’un parent et v de l’autre : toute la F1 a le génotype J/v, et la génération est homogène, avec le phénotype jaune.

Pour obtenir la F2, les individus F1 J/v sont autofécondés. Chacun produit deux types de gamètes, J et v ; l’échiquier de Punnett combine un gamète de chaque parent. Chaque case représente une combinaison possible, et les quatre cases sont équiprobables dans ce croisement.

La F2 comprend donc 1/4 J/J, 1/2 J/v et 1/4 v/v : ce sont les proportions génotypiques. En dominance complète, J/J et J/v sont jaunes, tandis que seul v/v est vert ; le rapport phénotypique attendu est ainsi de 3 jaunes pour 1 vert, soit 75 % et 25 %. On en déduit que J est dominant et v récessif : la dominance explique pourquoi les hétérozygotes J/v ont le phénotype jaune.

Après réplication de l’ADN, les chromosomes homologues sont appariés. En méiose I, ou division réductionnelle, ces homologues se séparent : le nombre de chromosomes est divisé par deux, mais chacun possède encore deux chromatides. Cette séparation répartit les allèles portés par les homologues dans des cellules différentes.

En méiose II, ou division équationnelle, les chromatides sœurs se séparent. Les deux divisions produisent finalement quatre cellules haploïdes, chacune avec un chromosome de chaque paire. Chez l’humain, la répartition aléatoire des chromosomes homologues permet 2^23 combinaisons chromosomiques par brassage interchromosomique.

Les spermatozoïdes portent un chromosome X ou Y, tandis que l’ovule porte un chromosome X. À la fécondation, deux gamètes haploïdes fusionnent : les 23 chromosomes de chacun sont réunis et la cellule-œuf retrouve 46 chromosomes, soit 23 paires. La fécondation aléatoire accroît encore le brassage génétique.

En dominance complète, un phénotype dominant ne révèle pas à lui seul le génotype : un individu jaune peut être J/J ou J/v. On le croise avec un homozygote récessif v/v, qui ne produit que des gamètes v. Si l’individu testé est J/J, le croisement J/J × v/v donne 100 % de descendants J/v, donc dominants.

Si l’individu testé est J/v, le croisement J/v × v/v donne des descendants J/v et v/v en proportions égales : le rapport phénotypique est 1:1. Ainsi, la présence de descendants récessifs révèle un parent hétérozygote ; leur absence, dans les résultats attendus, indique un parent homozygote dominant.

Le dihybridisme étudie la transmission simultanée de deux caractères, chacun gouverné ici par un gène différent. Pour la couleur des grains, les allèles sont J (jaune) et v (vert) ; pour leur forme, L (lisse) et r (ridé). Dans l’exemple, les deux gènes sont indépendants : la ségrégation des allèles d’un gène n’influence pas celle de l’autre.

Le croisement de lignées pures J/J L/L × v/v r/r ne produit qu’un type de gamète par parent : JL pour le premier et vr pour le second. Tous les descendants F1 ont donc le génotype J/v L/r et le phénotype [JL], puisque J et L sont dominants. La F1 est homogène ; cette configuration double hétérozygote permet d’étudier la transmission des deux couples d’allèles.

Lorsque les gènes sont indépendants, le double hétérozygote J/v L/r produit quatre types de gamètes en proportions égales : JL, Jr, vL et vr. Chacun reçoit un allèle de chaque gène, et les combinaisons possibles résultent de l’association des deux ségrégations. Cette production des quatre types de gamètes est la condition du rapport attendu en F2.

Le croisement F1 × F1 donne quatre classes phénotypiques dans le rapport 9:3:3:1 : 9/16 [JL], 3/16 [Jr], 3/16 [vL] et 1/16 [vr]. On peut obtenir ces proportions en combinant deux monohybridismes indépendants : pour chaque caractère, les proportions phénotypiques sont 3/4 dominant et 1/4 récessif. Ainsi, [JL] vaut 3/4 × 3/4 = 9/16 ; les classes [Jr] et [vL] valent chacune 3/4 × 1/4 = 3/16, et [vr] vaut 1/4 × 1/4 = 1/16.

L’indépendance s’explique par le brassage interchromosomique lors de la méiose. Elle correspond à des gènes situés sur des chromosomes différents, ou très éloignés l’un de l’autre sur un même chromosome ; dans les deux cas, ils se comportent comme des caractères indépendants. Il faut donc distinguer dominance et indépendance : la dominance détermine le phénotype d’un hétérozygote, tandis que l’indépendance concerne la transmission conjointe des deux gènes.

Le croisement de deux lignées pures différant par un caractère donne une F1 homogène : tous les descendants présentent le même phénotype. Par exemple, J/J × v/v produit des hybrides J/v jaunes ; dans ce cas de dominance complète, jaune est dominant sur vert.

Les deux allèles d’un gène se séparent lors de la formation des gamètes : un gamète ne reçoit qu’un allèle de chaque gène. Un hétérozygote J/v produit ainsi des gamètes J et v ; la méiose explique cette disjonction. À la fécondation, les allèles sont réunis dans la descendance.

La ségrégation d’un couple d’allèles est indépendante de celle d’un autre lorsque les gènes concernés sont indépendants. Ainsi, le dihybride J/v L/r peut produire JL, Jr, vL et vr. Cette loi ne s’applique donc pas à tous les couples de gènes : la condition d’indépendance est essentielle.

Le monohybridisme étudie la ségrégation d’un seul caractère ; le dihybridisme suit simultanément deux caractères indépendants. En dominance complète, Aa × Aa donne en F2 les génotypes AA, Aa et aa dans les proportions 1:2:1, soit trois phénotypes dominants pour un récessif. Pour deux caractères indépendants, AaBb × AaBb donne le rapport phénotypique 9:3:3:1.

Le test-cross sert à déterminer le génotype associé à un phénotype dominant : l’individu étudié est croisé avec un homozygote récessif. Une descendance entièrement dominante indique un parent possiblement homozygote ; l’apparition de descendants récessifs révèle son hétérozygotie, dans le modèle mendélien.

Les lois soutiennent une hérédité particulaire : les gènes sont des unités distinctes et les allèles sont transmis sans se fondre les uns dans les autres. Elles s’opposent à l’hérédité par mélange, selon laquelle deux formes parentales X et Y produiraient une forme intermédiaire Z.

En dominance incomplète, l’hétérozygote présente un phénotype intermédiaire : chez le muflier, une activité enzymatique liée à l’allèle fonctionnel peut dépendre du dosage, situation associée à l’haplo-insuffisance. En codominance, les deux allèles s’expriment simultanément et indépendamment ; aucun phénotype intermédiaire ne les masque.

Le polyallélisme signifie qu’un même gène possède plus de deux allèles dans une population, bien qu’un individu diploïde n’en porte que deux à un locus. Les lapins présentent notamment la série C, cch, ch et c ; les groupes sanguins ABO reposent sur trois allèles, A, B et O. Chez le maïs, des croisements sont compatibles avec un seul gène à trois allèles, selon la dominance rouge > orange > rose.

La pléiotropie relie un seul gène à plusieurs caractères : une mutation de HBB, qui code la chaîne β de l’hémoglobine, est associée à des hématies falciformes ; les hétérozygotes sont également mentionnés comme résistants au paludisme. À l’inverse, la polygénie associe plusieurs gènes à un caractère et peut produire des variations continues, comme la taille ou le poids ; la couleur des yeux est aussi citée.

L’épistasie est l’interférence d’un gène avec l’expression d’un autre. Chez le rat, B/b détermine respectivement le pelage agouti ou noir, tandis que A permet le dépôt du pigment et aa l’empêche. Ainsi, aa masque la couleur déterminée par B/b : AaBb × AaBb donne 9 agoutis, 3 noirs et 4 albinos, soit 9:3:4 plutôt que 9:3:3:1.

Un allèle létal réduit la survie ou entraîne la mort des individus qui l’expriment ; ces individus peuvent donc manquer parmi les descendants comptabilisés. Chez le chat Manx, M confère le phénotype Manx, mais M/M est létal : parmi les descendants vivants, le rapport devient 2 Manx pour 1 non-Manx, soit 2:1 au lieu de 3:1.

En 1902, Sutton et Boveri proposent que les gènes se comportent comme les chromosomes : ils vont par paires, se séparent lors de la formation des gamètes et les différentes paires se répartissent indépendamment. Les travaux de Thomas Hunt Morgan démontrent cette théorie en 1915 et établissent que les chromosomes sont le support physique des gènes.

Drosophila melanogaster, la mouche du vinaigre, convient aux expériences génétiques : elle s’élève facilement, se reproduit rapidement et produit une descendance nombreuse. Morgan étudie le mutant white aux yeux blancs, tandis que la drosophile sauvage a les yeux rouges. Les croisements donnent une F1 aux yeux rouges, ce qui indique la dominance du caractère rouge ; en F2, le rapport est de trois rouges pour un blanc, mais les individus blancs de l’expérience sont uniquement des mâles.

Le fait que white ne soit observé que chez les mâles conduit à associer le gène à un chromosome sexuel : les résultats illustrent une transmission liée au sexe. Ils apportent ainsi un argument expérimental en faveur de l’emplacement chromosomique des gènes, plutôt que d’une transmission abstraite des caractères.

Dans un premier dihybridisme, Morgan suit les ailes normales vg+ ou vestigiales vg et le corps gris eb+ ou noir eb. Le croisement de lignées sauvages et doubles mutantes donne une F1 homogène [vg+][eb+], puis une F2 au rapport 9:3:3:1. Ce résultat indique que les deux caractères s’assortissent indépendamment dans cette expérience.

Dans le second croisement, les yeux rouges pr+ s’opposent aux yeux pourpres pr, avec les ailes normales vg+ ou vestigiales vg. Chez les mâles, seules les combinaisons parentales vg+ pr+ et vg pr sont observées, à 50 % chacune : la liaison est complète dans les résultats présentés, sans types recombinés.

Chez les femelles, les parentaux restent majoritaires : 44 % vg+ pr+ et 44 % vg pr. Les deux classes recombinées, vg+ pr et vg pr+, représentent chacune 6 % ; leur apparition s’explique par un crossing-over pendant la méiose, qui peut séparer des gènes portés par le même chromosome. La liaison est donc partielle chez les femelles dans cette expérience.

La distance génétique entre deux loci liés s’estime à partir de la fréquence des gamètes recombinants. Elle traduit la probabilité qu’un crossing-over survienne entre ces loci : plus les recombinants sont fréquents, plus la distance génétique estimée est grande.

Lors d’une méiose sans crossing-over entre deux loci, les quatre produits sont de type parental : ils portent les combinaisons d’allèles présentes chez le parent. Si un crossing-over survient entre les loci, les quatre produits comprennent des types parentaux et recombinants ; dans le cas décrit, ils se répartissent en 50 % de chaque type.

À l’échelle d’une population de cellules germinales, toutes les cellules ne subissent pas nécessairement un crossing-over entre les deux loci. Sans crossing-over dans aucune cellule, tous les gamètes sont parentaux ; si toutes les cellules en subissent un, la proportion totale atteint 50 % de recombinants et 50 % de parentaux. La fréquence des gamètes recombinants mesure donc la fréquence de recombinaison dans la population.

Le centiMorgan (cM) est une unité de distance génétique : 1 % de recombinaison correspond à 1 cM. Dans l’exemple des gènes vg et pr, les deux classes recombinantes représentent chacune 6 % ; leur fréquence totale vaut 6 % + 6 % = 12 %, donc la distance génétique est de 12 cM.

La distance mesurable est plafonnée à 50 cM : au-delà de 50 % de recombinaison, deux gènes se comportent comme s’ils étaient indépendants. Le centiMorgan exprime une fréquence de recombinaison, et non une longueur physique fixe sur la molécule d’ADN ; il ne se convertit donc pas directement en distance physique.

Deux loci peuvent transmettre leurs allèles indépendamment ou conjointement. On distingue ainsi les gènes libres, qui se comportent comme des caractères indépendants, et les gènes liés, dont la transmission est associée parce qu’ils sont portés par le même chromosome.

Les gènes libres peuvent être situés sur des chromosomes différents : leur transmission est alors indépendante. Mais l’indépendance observée ne prouve pas toujours que les loci sont sur des chromosomes différents. Deux loci très éloignés sur un même chromosome peuvent aussi se comporter comme des gènes indépendants.

En effet, lorsque deux loci d’un même chromosome sont séparés par une distance génétique supérieure ou égale à 50 cM, ils se comportent comme des caractères indépendants. Ils restent pourtant liés physiquement, puisqu’ils occupent le même chromosome. La fréquence de recombinaison ne permet donc pas toujours de distinguer cette situation de celle de gènes situés sur des chromosomes différents.

Pour des gènes liés, la fréquence des gamètes recombinants sert d’indicateur de la distance génétique entre les loci : plus cette fréquence est élevée, plus la distance estimée est grande. Une fréquence de 12 % de gamètes recombinants indique ainsi une distance génétique de 12 cM. Cette valeur exprime une distance génétique, et non une longueur physique mesurée directement sur l’ADN.

Pour interpréter un résultat, il faut donc séparer deux idées : la liaison physique décrit la présence de deux gènes sur un même chromosome, tandis que l’indépendance de comportement décrit leur transmission comme s’ils étaient indépendants. Des chromosomes différents donnent ce comportement indépendant ; sur un même chromosome, une distance d’au moins 50 cM peut produire le même résultat apparent.

Un groupe de liaison rassemble des gènes situés sur un même chromosome. Pour l’étudier et construire une carte, on effectue un test-cross : un individu double hétérozygote est croisé avec un individu double homozygote récessif. Les phénotypes parentaux sont généralement majoritaires et les recombinants minoritaires.

On calcule la fréquence de recombinaison en divisant le nombre de descendants recombinants par l’effectif total, puis en multipliant par 100. Dans l’exemple vg/pr, les descendants sont 88 % parentaux et 12 % recombinants : la fréquence vaut donc 12 %, soit une distance de 12 cM.

L’exemple de trois loci montre qu’il faut interpréter les distances ensemble : A-B = 30 cM et B-C = 40 cM, tandis que A-C = 50 cM. A et C se comportent donc comme des gènes indépendants, mais cela n’exclut pas qu’ils appartiennent au même groupe de liaison : B les relie dans l’organisation chromosomique.

En 1913, Morgan et Sturtevant établissent une première carte génétique. Les cartes, fondées sur les recombinaisons, concordent avec l’idée que les gènes sont alignés le long des chromosomes : ceux-ci sont le support physique de l’hérédité.

Pour analyser un exercice, il faut déterminer les gamètes produits par le génotype, prédire la descendance d’un croisement et retrouver un génotype à partir d’un phénotype. Un test-cross fournit notamment les classes parentales et recombinantes nécessaires au calcul des distances.

Pour résoudre un exercice de génétique, relier le caractère observé aux allèles, puis au génotype. Piège classique : un caractère dominant n’est pas nécessairement le plus fréquent.

Un caractère est une particularité biologique susceptible de varier entre individus. L’hérédité monogénique, aussi dite monofactorielle ou mendélienne, concerne un caractère gouverné par un seul gène ; l’hérédité multigénique, multifactorielle ou complexe implique plusieurs gènes et des facteurs de l’environnement.

L’ADN porte l’information génétique ; un chromosome est une molécule d’ADN compactée et associée à des protéines. Un gène est une portion d’ADN, et son locus sa position fixe sur un chromosome. Les différentes versions d’un gène sont des allèles.

Chez un diploïde, les chromosomes homologues d’une paire portent les mêmes loci : l’un vient du parent maternel, l’autre du parent paternel. Deux allèles identiques donnent un homozygote (A/A) ; deux différents, un hétérozygote (A/a).

Le génotype est la constitution génétique, ici souvent les allèles d’un locus ; le phénotype désigne le caractère observable. En dominance complète, A/A et A/a ont le phénotype dominant, tandis que a/a a le phénotype récessif : un phénotype dominant ne permet donc pas toujours d’identifier un génotype unique.

Le caryotype humain somatique compte 46 chromosomes : 22 paires d’autosomes et une paire de gonosomes, les chromosomes sexuels. 46, XX et 46, XY indiquent respectivement ces deux compositions de gonosomes. Une cellule diploïde (2n) possède deux copies de chaque chromosome ; une cellule haploïde (n), une seule : les gamètes humains sont haploïdes.

Réponse type : définissez d’abord génotype et phénotype, puis appliquez la dominance complète pour donner les génotypes compatibles. N’inférez pas la complexité d’un organisme à partir de son nombre de chromosomes : le cours précise qu’il n’existe pas de relation directe.

Grégor Mendel (1822-1884), à l’origine de la génétique moderne, étudie l’hérédité chez le pois, Pisum sativum. Ce modèle présente des couples de caractères alternatifs bien définis, s’autoféconde ou permet une fécondation croisée contrôlée, produit de nombreux descendants et a un temps de génération court, de trois à cinq mois. Les hybrides sont fertiles et la culture demande peu d’espace.

Une lignée pure est obtenue par autofécondation pendant plusieurs générations : ses descendants conservent les mêmes caractères et sont homozygotes pour le gène étudié. Elle fournit donc un point de départ connu pour comparer les descendants. Piège classique : un croisement isolé ne suffit pas à établir une régularité ; Mendel répète ses expériences, étudie sept caractères et compte de grands effectifs.

Pour présenter le protocole à l’examen, nommez chaque génération dans l’ordre :

1. F0 : croiser deux lignées pures différant par un caractère, par exemple une lignée A avec une lignée B.
2. F1 : recueillir les hybrides produits par fécondation dirigée.
3. F2 : autoféconder les F1, puis compter et comparer les phénotypes de la descendance.
   Les croisements réciproques et la répétition des croisements font aussi partie de la démarche expérimentale.

Le monohybridisme étudie la transmission d’un seul caractère ; le dihybridisme en étudie deux simultanément. Pour justifier une conclusion, précisez le nombre de caractères suivis, les lignées parentales, les générations obtenues et le comptage des descendants. Ne confondez pas F0, les parents, avec F1, leurs hybrides, ni F2, issue de l’autofécondation des F1.

Pour résoudre J/v × J/v, chaque parent hétérozygote produit deux types de gamètes, J et v. Inscrivez un gamète par parent sur les axes de l’échiquier de Punnett, puis combinez les allèles dans chaque case : J/J, J/v, J/v et v/v.

Le rapport génotypique est 1 J/J : 2 J/v : 1 v/v, soit 1:2:1. Regroupez ensuite les génotypes selon leur phénotype : J/J et les deux J/v sont jaunes, v/v est vert. Le rapport phénotypique est donc 3 jaunes : 1 vert, soit 3:1.

Plan de réponse type : indiquez les génotypes parentaux et leurs gamètes, déduisez le génotype et le phénotype de F1, puis présentez les gamètes des F1 et les combinaisons de F2. Terminez en distinguant explicitement proportions génotypiques et phénotypiques : ne comptez pas les deux J/v comme deux phénotypes différents.

La méiose réductionnelle sépare les chromosomes homologues lors de la première division : chaque cellule issue reçoit un chromosome de chaque paire, encore formé de deux chromatides. La méiose équationnelle sépare ensuite les chromatides sœurs. Au terme des deux divisions, une cellule diploïde produit quatre cellules haploïdes, avec un seul allèle par gène dans chaque gamète.

Pour justifier la ségrégation, relier les deux niveaux : les allèles occupent le même locus sur les chromosomes homologues ; leur séparation en méiose I les répartit dans des cellules différentes. En méiose II, ce sont les chromatides sœurs qui se séparent. La répartition aléatoire des chromosomes homologues réalise le brassage interchromosomique ; le cours indique 2²³ combinaisons chromosomiques possibles chez l’humain par ce brassage seul.

La fécondation, aléatoire, fusionne deux gamètes haploïdes et réunit leurs 23 chromosomes : la cellule-œuf retrouve 46 chromosomes, soit 23 paires, et la diploïdie est restaurée. Chez l’humain, les spermatozoïdes portent un chromosome X ou Y, tandis que l’ovule porte X ; la cellule-œuf reçoit donc un chromosome sexuel de chaque parent.

Pour lever l’ambiguïté d’un phénotype dominant, croiser l’individu étudié avec un homozygote récessif v/v. Si le parent jaune est J/J, il ne produit que des gamètes J : toute la descendance est J/v, donc 100 % dominante. Si ce parent est J/v, il produit J et v ; avec les gamètes v du testeur, on attend 1/2 J/v dominants et 1/2 v/v récessifs, soit un rapport 1:1.

Conclusion type : « La présence de descendants récessifs montre que le parent au phénotype dominant a transmis l’allèle récessif ; son génotype est donc J/v. » À l’inverse, une descendance entièrement dominante correspond au résultat attendu pour J/J. Piège d’interprétation : dans un petit effectif, l’absence observée de descendants récessifs ne prouve pas absolument l’homozygotie ; comparez les résultats aux proportions attendues.

Le dihybridisme étudie la transmission simultanée de deux caractères. Dans l’exemple du pois, la couleur dépend des allèles J (jaune) et v (vert), tandis que la forme dépend des allèles L (lisse) et r (ridé). Le rapport classique attendu suppose que les deux loci sont indépendants.

Le croisement de lignées pures J/J L/L × v/v r/r donne une F1 homogène J/v L/r : chaque descendant reçoit J et L d’un parent, v et r de l’autre, et présente le phénotype [JL]. Pour justifier ce résultat, indiquez les génotypes parentaux, les allèles transmis et le génotype de F1. Ne confondez pas l’hétérozygotie aux deux loci avec une preuve, à elle seule, de leur indépendance.

Si les loci sont indépendants, l’individu J/v L/r produit quatre types de gamètes en proportions égales : JL, Jr, vL et vr. Pour les établir sans en oublier, associez chacun des deux allèles de couleur à chacun des deux allèles de forme. Citer seulement JL et vr est incomplet : ces deux combinaisons sont parentales, mais les deux autres sont également possibles.

En F2, le croisement F1 × F1 combine deux monohybridismes indépendants : chaque caractère donne séparément trois quarts de phénotype dominant et un quart de récessif. La multiplication des probabilités donne 9/16 [JL], 3/16 [Jr], 3/16 [vL] et 1/16 [vr], soit le rapport 9:3:3:1. Par exemple, la probabilité d’obtenir des grains jaunes et ridés est 3/4 × 1/4 = 3/16.

L’indépendance correspond à des gènes situés sur des chromosomes différents, ou à des loci très éloignés sur un même chromosome. Elle est liée au brassage interchromosomique lors de la méiose. Piège d’examen : ne déduisez pas le rapport 9:3:3:1 avant d’avoir établi l’indépendance. Dans une réponse, précisez la condition, les gamètes, puis les probabilités combinées.

Deux lignées pures qui diffèrent par un caractère donnent une F1 homogène pour ce caractère. Dans le croisement J/J × v/v, tous les descendants sont J/v et jaunes : le phénotype observé est dominant dans ce modèle. Pour l’examen, énoncez la condition — lignées pures et un caractère étudié — puis reliez le résultat à l’uniformité de F1.

La loi de pureté des gamètes, ou disjonction des allèles, indique que les deux allèles d’un gène se séparent lors de la formation des gamètes. Un individu hétérozygote J/v produit ainsi des gamètes J et v ; chaque gamète ne reçoit qu’un des deux allèles. Ne confondez pas cette ségrégation dans les gamètes avec les proportions de phénotypes observées chez les descendants.

La troisième loi affirme que la ségrégation d’un couple d’allèles est indépendante de celle d’un autre lorsque les gènes sont indépendants. Pour deux caractères indépendants, le dihybridisme permet d’étudier leur transmission conjointe ; ne généralisez pas cette loi à tous les couples de gènes. Un monohybridisme convient à une question sur un caractère, un dihybridisme à deux caractères indépendants, et un test-cross à la détermination d’un génotype à partir d’un phénotype dominant.

Les travaux de Mendel soutiennent une conception particulaire : les gènes sont des entités indépendantes et les allèles sont considérés comme inaltérables lors de la transmission. Elle s’oppose à l’hérédité par mélange, selon laquelle deux formes parentales produiraient une forme intermédiaire. Dans une réponse, distinguez ces modèles, puis appuyez les lois sur les observations de croisements et précisez les conditions d’indépendance.

Piège d’examen : un phénotype intermédiaire indique une dominance incomplète, tandis que la codominance n’est pas un mélange, puisque les deux expressions restent distinctes. Le rapport phénotypique 3:1 ne s’applique donc pas automatiquement à toute situation impliquant deux allèles.

Chez le muflier, l’allèle R code une enzyme fonctionnelle participant à la production du pigment. La quantité d’activité enzymatique diffère selon le génotype : l’hétérozygote produit un phénotype intermédiaire. Le cours relie cet effet de dosage à l’haplo-insuffisance.

Le polyallélisme désigne plus de deux allèles d’un même gène dans une population. Chez le lapin, les allèles cités sont C, cch, ch et c ; les groupes sanguins ABO reposent sur A, B et O. Un individu diploïde porte deux allèles au locus : ne pas confondre diversité des allèles dans la population et nombre d’allèles chez un individu.

La pléiotropie associe un seul gène à plusieurs caractères : la mutation de HBB, qui code la chaîne β de l’hémoglobine, est liée aux hématies falciformes ; le cours mentionne aussi une résistance au paludisme chez les hétérozygotes. À l’inverse, la polygénie implique plusieurs gènes dans un caractère ; elle peut contribuer aux variations continues, comme la taille et le poids, et la couleur des yeux est également citée.

L’épistasie est l’interférence d’un gène avec l’expression d’un autre. Chez le rat, B donne l’agouti et b le noir ; le gène A permet le dépôt du pigment, alors que aa empêche la pigmentation. Ainsi, dans AaBb × AaBb, les génotypes aa sont albinos, quel que soit l’effet de B : le rapport indiqué est 9 agoutis : 3 noirs : 4 albinos, et non 9:3:3:1.

Un allèle létal diminue la survie ou entraîne la mort de l’individu qui l’exprime ; les génotypes morts précocement ne sont pas comptés parmi les descendants observés. Chez le chat Manx, M/M est létal : parmi les vivants, on observe 2/3 Manx et 1/3 non-Manx, soit 2:1. Pour interpréter un rapport inhabituel, vérifier si la létalité a retiré une classe génotypique avant de conclure à une ségrégation mendélienne classique.

En 1902, Walter Sutton et Théodore Boveri proposent la théorie chromosomique de l’hérédité : les gènes se comportent comme les chromosomes lors de la formation des gamètes. Ils vont par paires, les membres d’une paire se répartissent entre les gamètes et les différentes paires se comportent indépendamment.

Morgan étudie la drosophile, Drosophila melanogaster, modèle pratique grâce à son élevage facile, son cycle reproductif d’environ dix jours et sa descendance nombreuse. En 1915, ses travaux démontrent que les gènes ont un support physique : les chromosomes. Le caractère mutant white, associé aux yeux blancs, apparaît uniquement chez les mâles dans l’expérience décrite ; cette différence entre sexes indique une transmission liée à un chromosome sexuel. Le croisement d’un mâle mutant avec une femelle aux yeux rouges donne une F1 aux yeux rouges : le phénotype rouge est dominant.

Dans le croisement dihybride vg/eb, les ailes normales [vg+] et le corps gris [eb+] sont croisés avec les ailes vestigiales [vg] et le corps noir [eb]. La F1 est homogène et la F2 suit le rapport 9:3:3:1 : ces résultats indiquent une ségrégation indépendante. Piège d’examen : ne pas appliquer ce rapport sans vérifier les classes observées et la situation des gènes.

Dans l’expérience vg/pr, [vg+] désigne les ailes normales, [vg] les vestigiales, [pr+] les yeux rouges et [pr] les yeux pourpres. Les combinaisons parentales sont celles retrouvées chez les parents ; les combinaisons recombinantes associent leurs allèles autrement. Chez les mâles étudiés, seules les classes parentales sont observées, à 50 % chacune : la liaison est complète dans cette expérience.

Chez les femelles, les parentales [vg+ pr+] et [vg pr] sont majoritaires, chacune à 44 %, tandis que les recombinantes [vg+ pr] et [vg pr+] représentent chacune 6 %. Le crossing-over pendant la méiose peut donc dissocier les loci : la liaison est partielle. Pour justifier une conclusion à l’examen, relier les phénotypes observés au sexe, puis distinguer classes parentales majoritaires et recombinantes présentes.

Un crossing-over entre deux loci liés peut échanger des segments entre chromatides et séparer les allèles initialement associés. Les gamètes qui conservent les associations présentes chez les parents sont dits parentaux ; ceux qui portent de nouvelles associations sont recombinants. Sans crossing-over entre les loci, les gamètes produits sont tous parentaux.

À l’échelle d’une méiose individuelle, un crossing-over entre deux loci donne, parmi les quatre produits, 50 % de gamètes parentaux et 50 % de gamètes recombinants. Ce résultat ne signifie pas que la moitié des méioses d’une population subit un crossing-over : certaines cellules germinales peuvent ne pas en avoir entre ces loci. Il faut donc distinguer les produits d’une méiose et les fréquences mesurées sur une population de gamètes.

Dans une population, la fréquence de recombinaison se calcule en rapportant le nombre total de descendants recombinants au nombre total de descendants, puis en multipliant par 100. Au contrôle, repérez toutes les classes recombinantes et additionnez-les : compter une seule classe est une erreur classique. Dans l’exemple vg/pr, les deux classes recombinantes représentent chacune 6 %, donc la fréquence totale est 6 % + 6 % = 12 %.

La distance maximale mesurable est de 50 cM : au-delà de 50 % de recombinaison, deux gènes se comportent comme des gènes indépendants. Le centiMorgan est une unité de distance génétique fondée sur la fréquence de recombinaison, et non une longueur physique fixe sur la molécule d’ADN. Dans une réponse d’examen, indiquez les classes recombinantes, leur somme, la conversion en cM, puis précisez cette distinction entre distance génétique et distance physique.

Pour classer deux gènes, distinguer leur localisation physique de leur comportement dans les croisements. Des gènes libres, ou non liés, se transmettent indépendamment ; ils peuvent se trouver sur des chromosomes différents, ou sur un même chromosome mais suffisamment éloignés.

Des gènes liés sont portés par le même chromosome. Leur liaison est physique, mais elle n’implique pas que les combinaisons parentales soient toujours transmises ensemble : des crossing-over peuvent produire des gamètes recombinants, portant de nouvelles combinaisons d’allèles.

La fréquence des gamètes recombinants sert à estimer la distance génétique entre les loci : 1 % de recombinaison correspond à 1 cM. Une fréquence inférieure à 50 % indique une liaison détectable ; à 50 %, les gènes se comportent comme indépendants. La distance génétique maximale mesurable est donc de 50 cM.

Piège classique : conclure que des gènes qui se comportent indépendamment sont nécessairement situés sur des chromosomes différents. Sur un même chromosome, une distance supérieure ou égale à 50 cM peut rendre leurs transmissions équivalentes à celles de gènes indépendants, sans supprimer leur localisation commune.

Un groupe de liaison rassemble des gènes situés sur un même chromosome. Pour les étudier, on croise un individu double hétérozygote avec un individu double homozygote récessif : ce test-cross révèle les gamètes produits par l’hétérozygote. Les descendants majoritaires sont généralement parentaux, les minoritaires recombinants.

Une carte génétique représente l’ordre et les distances génétiques entre loci, estimées par les fréquences de recombinaison. Dans l’exemple A-B = 30 cM et B-C = 40 cM, tandis que A-C = 50 cM : A et C se comportent comme des loci indépendants, mais peuvent appartenir au même groupe de liaison via B. Piège d’examen : indépendance de transmission ne signifie donc pas nécessairement chromosomes différents.

Exemple vg/pr : 88 % des descendants sont parentaux et 12 % recombinants ; la distance génétique entre les loci est donc de 12 cM. Il faut additionner les classes recombinantes, puis diviser leur total par l’effectif total : ne pas confondre le pourcentage d’une seule classe avec la fréquence totale.

Morgan et Alfred Sturtevant ont établi une première carte génétique en 1913. Les cartes, comparées à l’organisation des chromosomes, soutiennent la théorie chromosomique : les gènes sont alignés le long des chromosomes. Les résultats de croisement permettent ainsi d’inférer une liaison physique et une position relative, sans confondre distance génétique et longueur physique.

La génétique étudie la transmission et les variations des caractères biologiques, observables chez les individus.

• L’ADN porte l’information génétique ; compacté avec des protéines, il forme les chromosomes.
• Un gène est une portion d’ADN ; son locus est sa position sur le chromosome.
• Les allèles sont les différentes versions d’un même gène, dues à des variations de séquence.

Chez l’humain, les cellules somatiques diploïdes ont 46 chromosomes : 22 paires d’autosomes et une paire de gonosomes (chromosomes sexuels), soit un caryotype 46, XX ou 46, XY. Les chromosomes homologues d’une paire sont l’un d’origine maternelle, l’autre paternelle.

Un croisement monohybride suit un seul caractère. Deux lignées pures J/J × v/v donnent des gamètes J et v, donc une F1 uniforme J/v, de phénotype jaune [J].

Chaque F1 produit des gamètes J et v ; leur rencontre en F2 donne J/J, J/v, J/v et v/v. J est dominant sur v : J/J et J/v sont jaunes, tandis que v/v est vert.

La répartition aléatoire des chromosomes homologues réalise le brassage interchromosomique ; chez l’humain, elle permet 2^23 combinaisons chromosomiques. Chaque gamète haploïde reçoit un allèle par gène ; à la fécondation, deux gamètes fusionnent, rétablissant la diploïdie et réunissant les patrimoines génétiques parentaux.

Croiser l’individu au phénotype dominant avec un homozygote récessif permet de révéler son génotype.

Pour AaBb × AaBb, l’indépendance des deux gènes permet quatre gamètes équiprobables : AB, Ab, aB et ab. En F2, le rapport phénotypique est 9:3:3:1 : 9/16 dominants pour les deux caractères, 3/16 pour chacun des deux phénotypes mixtes et 1/16 récessif pour les deux.

Énoncée en 1902 par Sutton et Boveri, la théorie chromosomique propose que les gènes suivent le comportement des chromosomes lors de la formation des gamètes. Morgan la démontre en 1915 : ses travaux établissent que les chromosomes sont le support physique des gènes. Chez Drosophila melanogaster, le gène mutant white, responsable des yeux blancs, est lié au sexe ; les yeux rouges sauvages sont dominants.

Pour vg et pr, les combinaisons parentales sont majoritaires ; les recombinants résultent d’un crossing-over entre les loci. Chez les mâles de l’expérience, seuls les types parentaux apparaissent : liaison complète. Chez les femelles, 44 % de chaque type parental et 6 % de chaque type recombinant indiquent une liaison partielle.

Le test-cross permet de compter les classes parentales et recombinantes ; les parentaux sont généralement majoritaires. Les gènes d’un même chromosome forment un groupe de liaison. En étudiant les fréquences de recombinaison entre loci, on estime leurs distances et on établit une carte génétique ; le cM mesure une distance génétique, non une longueur physique fixe.