Génétique formelle

Génétique Formelle
Génétique formelle : transmission de caractères
Génétique moléculaire : structure et fonction des gènes
Génétique des populations : comportement des gènes au sein d’une population
Quelle est l’origine de la variabilité au sein d’une espèce ?
- brassage aléatoire des chromosomes à la méiose
- recombinaison inter chromosomique
- mutation (ponctuelle, insertion, délétion)
- gènes sauteurs (éléments génétiques mobiles)
I) Phénotype - génotype
A) Phénotype
Le caractère phénotypique concerne les aspects morphologiques (couleur des yeux),
biologiques (maladie), biochimiques (présence ou non d’enzymes) et moléculaires
(polymorphisme au niveau de l’ADN). Ils existent chez les micro-organismes (virus,
champignons, bactéries), les plantes et les animaux (dont l’homme).
B) Génotype
Les caractères phénotypiques d’un individu sont transmis fidèlement au cours des
générations. Le support de l’information génétique est l’ADN. L’ADN contenu dans les
cellules constitue le génome. Les 1014 cellules de l’homme adulte contiennent toutes le même
génome mais il y a une expression différentielle des gènes (développement embryonnaire
et/ou au sein de l’organe) permettant d’avoir des cellules différenciées. Le génome est
subdivisé en chromosomes (ADN + protéines), le chromosome portant les gènes qui sont les
sous unités fonctionnelles.
Génotype = jeu complet des gènes hérités d’un individu.

E. coli
Levure
Maïs
Homme
Nombre de génome
1 (haploïde)
1 (haploïde)
4 (tétraploïde)
2 (diploïde)
Nombre de chromosomes
1
16
10
23
Taille du génome
4700 Kb
13500 Kb
ND
3.106 Kb
Nombre de gènes
4000
6000
ND
40 000
Maïs, trèfle sont des plantes plus robustes car elles ont plus de copies du génome, elles sont
tétraploïdes. Il y a des exceptions comme l’âne (31 chromosomes différents), le poulet (39
pour 1,2 106 Kb).
Les allèles :
Un organisme haploïde comme une levure n’a qu’un seul jeu de chromosomes, donc un seul
allèle qui s’exprime nécessairement. Dans un organisme diploïde on a 2 allèles par cellule,
pour un tétraploïde on aura 4 allèles par cellule…
Une famille multi allélique typique est celle du groupe sanguin (A – B – O).
A  IA B  IB O  i
C) Du génotype au phénotype
1) Comment le génotype contrôle-t-il le phénotype
30 000 à 40 000 gènes codent pour plus de 100 000 protéines. En fait ceci est possible grâce à
l’épissage des introns (structure en mosaïque exon / intron). Un gène sera à l’origine de
plusieurs protéines différentes, selon l’assemblage des exons. 90% de l’ADN est non codant.
Cas de l’anémie falciforme :
Un gène à différents allèles en est responsable : hb A normal, codant pour la protéine Hb A.
hb S muté codant pour la protéine Hb S. Cette mutation consiste en un remplacement d’un
glutamate (GAG) par une valine (GTG) et a pour conséquence une forme anormale de
l’hémoglobine.
Une modification moléculaire minime de l’ADN a donc remplacé Hb A par Hb S, qui est
falciforme et ceci va provoquer une destruction rapide des globules rouges, des désordres
circulatoires et des accumulations de cellules falciformes dans la rate.
Cas du syndrome de Lesch-Nyhan :
Une mutation dans le gène de l’hprt codant pour l’hypoxanthine guanine phosphoribosyl
transférase (synthèse de bases A et G) augmente la concentration en acide urique dans les
urines chez le nouveau-né. A 10-12 mois il devient irritable et a un développement musculaire
anormal. A l’enfance il y a dégénérescence du système nerveux, avec automutilations (dents,
lèvres…), puis mort à l’adolescence.
Ce sont des maladies monogéniques, ne touchant qu’un seul gène.
2) Interaction avec l’environnement
Le génotype est différent du phénotype. Un bon exemple est celui d’une plante : génotype
identique, mais phénotype différent si elle est arrosée ou pas. Des études sur des jumeaux ont
cependant fait remarquer que dans des conditions différentes ils avaient un comportement
identique (attention cependant à certaines recherches douteuses…).

Exemple chez Drosophilia melanogaster (mouche du vinaigre) : les facettes des yeux peuvent
être liés à trois génotypes différents à 25°C :
- sauvage WT taille = 1 (unité arbitraire)
- infrabar taille = 0,25
- ultrabar taille = 0,1
On remarque que selon la température, la taille des facettes varie, et à 15°C les deux
mutations ont le même phénotype :
D) Applications de la génétique
Biotechnologies et génie génétique : insuline, hormone de croissance, vaccin…
L’insuline de bœuf utilisée chez l’homme pose certains problèmes, et on utilise de l’insuline
produite par des bactéries. Sanofi Toulouse utilise des hormones de croissance pour traiter les
enfants, extraites de l’hypophyse de cadavres humains, mais il y a eu des problèmes avec des
maladies injectées (Kreutzfeld Jacob)…
On peut améliorer des espèces végétales et animales par croisement (sélection) ou par
transgenèse (plantes résistantes à un pathogène ou à un herbicide, clonages, bœuf, porc,
mouton…).
Des applications médicales sont aussi intéressantes : diagnostic prénatal, thérapie génique
(enfants bulles traités ainsi, mais problème avec apparition de leucémies, déficience
immunitaire).
Il existe aussi des applications judiciaires (cf séries télé…) : empreintes génétiques, recherche
de paternité, criminel…
Il y a un intérêt fondamental bien entendu.
Anecdote : en 2003 des poules ayant des dents ont été produites…

II) L’analyse Mendélienne
Gregor Mendel, en 1865, propose la théorie particulaire de l’hérédité. Ce moine étudiait les
petits pois qui avaient l’avantage d’être auto fécondables, avec croisements possibles si on
sélectionne et dépose les anthères mâles. Le temps de génération est très court. Mendel avait
des notions quantitatives de statistiques et a donc remarqué rapidement les proportions qu’il y
avait dans la descendance…
Il a étudié 7 couples de caractères :
Graine jaune / verte lisse / ridée
Gousse jaune / verte renflée / étroite
Plant géant / plant nain fleur terminale / fleur axillaire tégument gris / blanc
A) Monohybridisme : variétés différant par un seul caractère
Une lignée pure est une population dont les individus donnent des descendants identiques à
eux-mêmes en ce qui concerne le caractère considéré.
On fait un croisement de lignées pures jaune x vert : c’est la génération parentale P ou F0.
On obtient des individus de génération filiale F1 uniquement jaunes, donnant une génération
filiale F2 composée de ¾ de jaunes et ¼ de verts.
Parmi les ¾ jaunes de F2, ¼ sont jaunes purs, et ½ sont impurs, donnant à nouveau ¾ jaunes
et ¼ de verts.
F0 jaune x vert  F1 jaune  F2 ¾ jaune + ¼ vert
On en déduit que le caractère jaune est dominant sur le vert : [jaune] > [vert].
Mendel a parlé de deux particules (aujourd’hui on parle d’allèles), qui sont séparés lors de la
formation des gamètes : allèle A  [Jaune] et allèle a  [vert], avec A > a.
Homozygotes AA x aa  Hétérozygotes Aa  ¼ AA + ½ Aa + ¼ aa
1/2
1/2
♀ \ ♂
A
a
1/2
A
AA
Aa
1/2
a
Aa
aa
Pour démontrer qu’un couple de caractères est sous la dépendance d’un seul couple d’allèles,
on peut faire le test précédent, les proportions ¾ - ¼ suffisent. Mais on peut aussi effectuer un
test cross avec F0 x F1.
1/2
1/2
F0 \ F1
A
a
1/2
a
Aa
aa
1/2
a
Aa
aa
On obtient ½ Aa de phénotype [A], et ½ aa de phénotype [a], moitié jaune moitié vert.
Il existe des exceptions avec dominance incomplète :
Couleur des fleurs « belle de nuit » par exemple :
On croise deux lignées pures [Rouge] x [Blanche] en F0 et on obtient des [Rose] en F1. Le
croisement des F1 donne ¼ [Rouge], ¼ [Blanc] et ½ [Rose]. Pourtant c’est un caractère
monogénique… En fait, A est transcrit et a n’est pas transcrit : dans le cas du [Rouge] (AA)

on a deux fois l’ARN transcrit, dans le cas du [Rose] on ne l’a qu’une fois (Aa) et dans le cas
du [Blanc] l’ARN n’est pas transcrit.
De manière générale, si A est dominant sur a, la moitié de transcrit suffit à avoir une activité
normale : gène haplo suffisant. Sinon on a une dominance incomplète. Il existe une
régulation : A peut être transcrit deux fois par des mécanismes complexes de régulation de
transcription : la cellule sent qu’il y a un défaut en protéine et active la transcription.
Enfin il existe le cas de la co-dominance (exemple : groupes sanguins A,B, AB et O) :
IA  A IB  B i  O
AA  [A] BB  [B] AB  [AB] AO  [A] BO  [B] OO  [O]
A et B sont co-dominants.
B) Variétés différant par deux caractères
Exemple chez le pois avec les couleurs et forme de la graine : jaune, vert, lisse ou ridé.
On part de lignées pures [rond,vert] x [ridé,jaune] en F0 et on obtient uniquement des
[rond,jaune] en F1. Le croisement des [rond,jaune] entre eux donne les résultats :
315/556 [rond,jaune] = 9/16
108/556 [rond,vert] = 3/16
101/556 [ridé,jaune] = 3/16
32/556 [ridé,vert] = 1/16
On peut aussi vérifier qu’il s’agit de caractères monogéniques :
[rond] = 9/16 + 3/16 = 12/16 = 3/4
[ridé] = 3/16 + 1/16 = 4/16 = 1/4
[jaune] = 9/16 + 3/16 = 12/16 = 3/4
[vert] = 3/16 + 1/16 = 4/16 = 1/4
1/4
1/4
1/4
1/4
♀ \ ♂
RJ
Rj
rJ
rj
1/4
RJ
RRJJ
RRJj
RrJJ
RrJj
1/4
Rj
RRJj
RRjj
RrJj
Rrjj
1/4
rJ
RrJJ
RrJj
rrJJ
rrJj
1/4
rj
RrJj
Rrjj
rrJj
rrjj
[RJ] = 9
[Rj] = 3
[rJ] = 3
[rj] = 1
Pour vérifier si deux gènes sont situés sur deux chromosomes différents, on effectue un test
cross hybride x testeur récessif : RrJj x rrjj
1/4
1/4
1/4
1/4
F0 \ F1
RJ
Rj
rJ
rj
1
rj
RrJj
Rrjj
rrJj
rrjj
Si on obtient des proportions ¼ ¼ ¼ ¼ on a bien à faire à des gènes portés par des
chromosomes différents.