DU GENOTYPE AU PHENOTYPE, APPLICATIONS

DU GENOTYPE AU PHENOTYPE, APPLICATIONS BIOTECHNOLOGIQUES
On cherche à établir la nature des relations entre le génotype et le phénotype.
1 La relation entre l’ADN et les protéines.
L’information génétique est contenue dans les chromosomes (23 paires chez l’homme). Les
chromosomes sont constitués d’ADN (acide désoxyribonucléique) qui est le support moléculaire de
cette information.
1.1 L’ADN est une molécule universelle.
C’est une molécule présente dans toute cellule (eucaryote et procaryote) qui se présente sous
la forme d’une double hélice ; elle est constituée de deux brins .
L’ADN est formé par une succession de nucléotides ; chaque nucléotide est formé d’un sucre
(désoxyribose), d’un groupement phosphate et d’une base azotée. L’information génétique est codée
par l’enchaînement des nucléotides. Il existe quatre nucléotides différents, différenciés par leur base
azotée : A pour adénine, T pour thymine, G pour guanine et C pour cytosine.
Les deux brins de l’ADN sont reliés entre eux par des liaisons faibles. On a toujours l’association A
avec T et C avec G entre chaque brin (complémentarité des nucléotides).
1.2 Les gènes codent des protéines.
Chaque chromosome contient des gènes. Un gène est une séquence (enchaînement) de
nucléotides servant à la fabrication (codant) d’une protéine.
Une protéine est une séquence déterminée d’acides aminés.
Un gène code une protéine selon un système de correspondance universel ; le code
génétique. Il faut trois nucléotides (un codon) pour un acide aminé. Il existe ainsi 64 combinaisons
différentes pour seulement 20 acides aminés ; le code génétique est donc redondant.
Il existe différentes versions d’un gène qui diffèrent par des mutations : les allèles. Les allèles
d’un gène fabriquent en général la même protéine, mais pas tout à fait identique (un ou plusieurs
acides aminés différents).
Chaque cellule contient deux allèles pour un même gène, car tous les chromosomes d’une
cellule marchent par paire de chromosomes homologues. Ces allèles sont identiques (homozygotes)
ou différents (hétérozygotes).
Les cellules contiennent un nombre déterminé de gènes ; l’ensemble des gènes constitue le
génotype. Mais en réalité, on envisage souvent le génotype impliqué dans l’établissement d’un unique
phénotype ; il se matérialise alors par l’écriture des deux allèles du gène considéré.
1.3 La transgénèse repose sur l’universalité du code génétique.
Par cette technique, on incorpore un fragment d’ADN dans un génome différent. Cela repose
sur l’universalité de l’ADN ainsi que de celle du code génétique.
On se sert de cette technique pour produire de nouvelles protéines chez des espèces
receveuses. Des bactéries, du lait d’animaux peuvent contenir ces nouvelles protéines (insuline, GH,
facteurs de coagulation du sang). Les plantes aussi peuvent être modifiées (résistance aux nuisibles,
herbicides, adaptation à la sécheresse…). Le phénotype est donc modifié (application chez l’homme :
la thérapie génique).
2 Les relations entre génotype et phénotype sont complexes.
2.1 Le phénotype est défini à différents niveaux d’organisation.
Le phénotype est l’ensemble des caractères visibles d’un individu aux trois échelles
d’observation du vivant : molécule, cellule et organisme. Il est établi par les gènes, par
l’intermédiaire des protéines. Ce sont les protéines qui, en régissant la structure et les activités
cellulaires, contribuent à l’établissement du phénotype à toutes ces échelles.
En règle générale :
- l’échelle de la molécule concerne une protéine modifiée ou absente (séquence d’AA
différente, interrompue)
- l’échelle de la cellule consiste en une modification de forme, de fonctionnement de la cellule
- l’échelle macroscopique, aux symptômes visibles (organes, corps…).
* Un phénotype peut-être le reflet de l’expression d’un gène avec plusieurs allèles (exemple la
drépanocytose). Un allèle est en général dominant (il s’exprime) ou récessif (il ne s’exprime pas).
Par exemple, pour un gène « baccalauréat », on trouve deux allèles Bac et bac. BAC > bac
Un génotype s’écrit :
- BAC/BAC (homozygote) [reçu]
- bac/bac (homozygote) [recalé]
- BAC > bac (hétérozygote) [reçu]
* Un cas plus compliqué : il faut plusieurs gènes pour un phénotype.
Chaîne de biosynthèse (exemple, la mélanine).
A ------------------> B ------------------> C ------------------> D
Enz1
Enz2
Enz3
Pour être D, il faut que toutes les étapes soient réalisées. Or, elles dépendent de 3 gènes avec des
combinaisons alléliques différentes. Le phénotype « absence de D » peut correspondre à plusieurs
génotypes.
* Dernier cas, en plus de l’existence de plusieurs gènes pour un phénotype, l’environnement peut
intervenir (la température, le pH, une molécule…) et peut modifier le phénotype. Par exemple, la
coloration de la peau dépend de l’exposition au soleil. Par exemple, l’hémoglobine HbS ne polymérise
que sous certaines conditions.
NB. Il existe également des gènes de prédisposition. Le fait de posséder certaines combinaisons
allélique accroît le risque d’avoir une maladie (sans que ce soit une certitude). L’environnement joue
aussi un rôle (page 196).
2.2 Médecine prédictive et diagnostic prénatal.
L’objectif est de rechercher l’existence d’allèles morbides ou de formules chromosomiques
aberrantes (trisomies). Par diagnostic prénatal, on prélève des cellules du fœtus (ex. amniocentèse)
pour les analyser.
Lors d’une FIV, on peut pratiquer un diagnostic pré implantatoire avant d’implanter des embryons
exempts d’anomalies.
Conclusion.
Notre information génétique est localisée dans l’ADN, plus précisément dans des gènes. Ces derniers
s’expriment par la production de protéines responsables de notre phénotype. Un phénotype donné peut
correspondre à un seul gène, mais en général il est dû à une combinaison complexe de gènes.
L’environnement peut complexifier cette relation. On peut détecter des anomalies génétiques : c’est la
médecine prédictive.