concepts genetiques de base

l'Institut Babcock pour la Recherche
et le Développement International
du Secteur Laitier
Essentiels
Laitiers
Université du Wisconsin à Madison
CONCEPTS GENETIQUES DE BASE
Michel A. Wattiaux, Ph.D.
Institut Babcock
LA GENETIQUE
La génétique est la science qui étudie la
variation et la transmission des traits
(caractéristiques) d’une génération à l’autre.
Dans cette définition, le mot variation fait
référence à la variation génétique; c’est-àdire, la gamme des valeurs possibles pour
un trait partiellement déterminé de manière
héréditaire.
L’hérédité est la transmission des traits
des parents à leur descendance à travers le
matériel génétique. Cette transmission
prend place au moment de la reproduction.
Une nouvelle génération débute lorsqu’un
spermatozoïde contenu dans la semence du
taureau s’unit avec l’ovule d’une vache
pour produire la première cellule d’un veau
avec une composition génétique unique.
Seuls les jumeaux provenant d’un ovule qui
s’est séparé en deux embryons pendant les
phases initiales de développement ont une
composition génétique identique.
L’ENVIRONNEMENT
Le mot environnement fait penser aux
conditions physiques dans lesquelles se
trouve un animal (lumière, température,
ventilation, et d’autres paramètres qui
influencent le confort de l’animal).
Cependant, en génétique, le mot
environnement a un sens plus large: c’est la
combinaison de tous les facteurs, à
l’exception de ceux qui sont génétiques, qui
influencent l’expression d’un trait. Par
exemple, la production laitière de la vache
est influencée par la saison de vêlage, l’âge
au vêlage, la nutrition, et de nombreux
autres facteurs. Ainsi, les vaches avec un
potentiel génétique de production similaire
(ou identique) produisent des quantités de
lait différentes lorsqu’elles sont soumises à
des environnements différents.
Par
exemple, en dépit d’un potentiel de
production identique, la production laitière
des deux membres d’une paire de jumelles
diffère dramatiquement si elles sont
séparées et produisent dans des pays
différents. Cependant, il faut noter que la
différence de production laitière de ces
deux jumelles peut être tout aussi grande
lorsqu’elles sont placées dans deux fermes
voisines dont les propriétaires ont des
niveaux d’expertise différents.
Genotype et phenotype
Le génotype d’un animal représente le
gène ou l’ensemble de gènes responsable de
l’expression d’un trait. Dans un sens
général, le génotype est l’entièreté du
matériel génétique qu’un animal a hérité de
ses parents.
Par contre, le phénotype est la valeur
prise par un trait; autrement dit, c’est ce qui
peut être observé ou mesuré.
La
production laitière d’une vache, le
pourcentage de matière grasse, le résultat
de classification, sont des exemples de
valeurs phénotypiques.
Il y a une différence importante entre le
phénotype et le génotype. Le génotype est
essentiellement une caractéristique fixe de
l’organisme qui reste constante au cours de
la vie et n’est pas influencée par les facteurs
de l’environnement. Lorsqu’un trait est
influencé par un (ou quelques) gène(s), le
phénotype ne change pas durant la vie de
Essentiels Laitiers: Reproduction et Sélection Génétique
l’animal (par exemple, la couleur du
pelage). Dans ce cas, le phénotype donne
une bonne indication du génotype de
l’animal. Cependant, pour d’autres traits,
le phénotype change continuellement
durant la vie en réponse à l’environnement.
Dans ce cas, le phénotype n’est pas un
indicateur fiable du génotype. Ceci se
produit en général lorsque de nombreux
gènes sont impliqués dans l’expression
d’un trait complexe tel que la production
laitière. Il en résulte que la production
laitière d’une vache est souvent exprimée
comme:
Production (phénotype) = G + E, où:
G= le mérite génétique de la vache pour la
production laitière (les effets des gènes);
E= les effets de l’environnement et du
niveau de gestion du troupeau;
MATERIEL GENETIQUE
Le noyau de chaque cellule contient le
matériel génétique. A l’exception de
quelques types de cellules (cellules
reproductrices, en particulier), chaque
cellule du corps contient deux copies de
l’entièreté du matériel génétique de
l’animal. Lorsque les cellules se divisent, le
matériel génétique s’organise en une série
de structures appelée chromosome (Figure
1). Dans les cellules du corps, chaque
chromosome a un partenaire qui à la même
forme et la même longueur (à l’exception
des chromosomes qui, entre autres,
déterminent le sexe)—un chromosome
provenant de la mère, l’autre du père. Ces
chromosomes contiennent l’information
génétique qui détermine la valeur d’un
trait. Le nombre total de paires de
chromosomes est typique d’une espèce, et il
est souvent abrégé avec la lettre “n”. Par
exemple, chez les humains n = 23, chez les
porcs n = 19, et chez les vaches n = 30.
Donc, les cellules des humains, des porcs et
des vaches contiennent 2n = 46, 38, et 60
chromosomes, respectivement.
Reproduction et Nutrition
Figure 1: Chromosomes agrandis quelques
milliers de fois.
Les gènes se trouvent le long des
chromosomes. Le gène est l’unité de base
de l’hérédité, c’est-à-dire qu’il contient
l’information génétique qui est transmise
d’une génération à l’autre et qui est
responsable de l’expression d’un trait
particulier. Un chromosome est composé
de milliers de gènes, chacun responsable
d’un trait particulier. Un gène est composé
d’acide désoxyribonucléique ou ADN. La
fonction de l’ADN est de conserver
l’information nécessaire pour la synthèse
des protéines. Avec la synthèse des
protéines et la replication de l’ADN, le
nombre de cellules dans le corps augmente
(croissance) et les cellules peuvent prendre
certaines fonctions (développement). Par
exemple, les cellules de la peau contiennent
tout le matériel génétique de l’individu,
cependant, les seuls génes qui s’y
expriment sont ceux en relation avec la
formation du poil (couleur, longueur,
épaisseur, etc.).
TRANSMISSION DU MATERIEL
GENETIQUE
Mâle ou femelle?
Les testicules du taureau et les ovaires des
vaches produisent des gamètes (cellules
reproductrices) par une série de divisions
Essentiels Laitiers: Reproduction et Sélection Génétique
cellulaires qui réduit par deux le nombre de
chromosomes dans la cellule. Les gamètes
ne contiennent qu’un seul exemplaire du
matériel génétique (un chromosome d’une
paire). Ainsi, le nombre de chromosomes
dans les cellules du corps de la vache est de
60 (2n), mais les spermatozoïdes dans la
semence et l’ovule ne contiennent chacun
que 30 (n) chromosomes.
Les deux
principes de base de la transmission d’un
trait (par exemple, le sexe) sont:
1) Séparation des paires de chromosomes
pendant la formation des cellules
reproductrices;
2) L’union d’un spermatozoïde avec un
ovule pour créer un nouvel individu
avec un ensemble de gènes qui lui est
unique.
Les deux membres d’une paire de
chromosomes sont visuellement identiques
pour 29 des 30 paires. Cependant, pour
cette trentième paire, un membre est plus
long (X) que l’autre (Y). Tous les ovules
portent le chromosome X, mais les
spermatozoïdes peuvent être porteurs du
chromosome X ou Y. Pendant la division
Reproduction et Nutrition
cellulaire, une paire de chromosomes se
sépare, et chaque membre sert pour la
formation d’un spermatozoïde.
En
conséquence, 50% des spermatozoïdes
portent le chromosome X et les autres 50%
le chromosome Y. Si le hasard fait qu’un
spermatozoïde porteur du chromosome Y
fertilise un ovule, le veau sera mâle.
Cependant, un embryon qui reçoit deux
chromosomes X devient une génisse
(Figure 2). Il est important de réaliser qu’il
est impossible de prédire le sexe au
moment de le la saillie ou insémination;
cependant, au niveau d’une population on
sait que plus ou moins 50% de la
descendance est mâle et 50% est femelle.
Traits qualitatifs
Un trait qualitatif appartient à une classe,
une catégorie, plutôt que de prendre des
valeurs sur une échelle continue. En
général, un seul gène influence l’expression
d’un trait qualitatif et l’environnement n’a
qu’une influence mineure sur l’expression
du gène (la catégorie dans laquelle
l’individu appartient). Dans ce cas, le
Transmission des chromosomes
2n=60
2n=60
Testicule
Ovaire
Mâle ou femelle?
Parents
(2n)
X
Y
X
X
Division
Spermatozoïdes (n=30)
Ovules (n=30)
(Méiose)
Cellules de
reproduction (n)
Spermatozoïdes
X
Y
Ovules
X
Fertilisation
Zygote
(2n)
2n=60
X
X
Femelle
X
Y
Mâle
Descendance
Figure 2: Les chromosomes sont transmis avec les cellules reproductrices qui ne contiennent que la
moitié du matériel génétique typique d’une espèce. Le hasard au moment de la fertilisation détermine
la valeur génétique des traits de la descendance (par exemple, le sexe).
Essentiels Laitiers: Reproduction et Sélection Génétique
phénotype de l’animal reflète son génotype.
Voici une liste partielle de traits qualitatifs
chez les vaches:
• Couleur du pelage;
• Défauts héréditaires;
• Présence ou absence de cornes;
• Type de sang.
Traits quantitatifs
Les traits quantitatifs diffèrent des traits
qualitatifs parce que:
1) Ils sont influencés par de nombreux
gènes;
2) L’environnement influence fortement
l’expression phénotypique du trait.
La plupart des traits qui sont importants
économiquement chez les vaches laitières
sont quantitatifs:
• La production laitière;
• La composition du lait;
• La conformation (le type);
• La conversion alimentaire;
• La résistance aux maladies.
L’effet combiné de nombreux gènes et de
l’environnement sur l’expression des traits
quantitatifs rend la tâche de déterminer le
génotype d’un animal beaucoup plus
difficile que dans le cas des traits qualitatifs.
Parfois, le phénotype de l’animal ne révèle
pas bien son génotype. Par exemple, un
résultat de lactation ne révèle qu’une
fraction de l’information nécessaire pour
connaître le mérite génétique d’une vache.
Le génotype d’une vache est unique
Lorsqu’un ovule se forme, il reçoit l’un
des deux membres de chaque paire de
chromosomes. Ainsi, un chromosome dans
l’ovule peut provenir du premier ou du
second membre de la paire de
chromosomes parentale. Il n’y a que deux
types d’ovule pour ce chromosome
particulier.
Si maintenant, nous
considérons deux paires de chromosomes,
que devient le nombre possible de
combinaisons chromosomiques dans les
ovules? Autrement dit, quel est le nombre
Reproduction et Nutrition
possible de combinaisons de ces deux
chromosomes? Cette situation est similaire
au tirage au sort avec deux pièces de
monnaie en même temps. Le nombre de
combinaisons est de deux possibilités pour
la première pièce et de deux possibilités
pour la seconde (2 x 2 = 22 = 4 possibilités
différentes).
Le nombre de génotypes différents pour
un ovule est de quatre et la probabilité de
chacune des combinaisons est de 1/4. Ceci
est vrai aussi pour le nombre de génotypes
possibles chez les cellules reproductrices
mâles. Ainsi, lorsqu’un génotype dont la
probabilité est 1/4 fertilise un ovule dont le
génotype a une probabilité de 1 / 4 , le
nombre de possibilités pour le génotype de
la descendance est de 4 x 4 = 16 (22 x 22 ).
Ainsi, la probabilité d’un génotype
particulier chez le nouveau-né est de 1/16.
Lorsque les 30 paires de chromosomes de la
vache sont séparées lors de la formation des
ovules et réunies lors de la fertilisation, le
nombre total de combinaisons des
chromosomes est de 23 0 x 2 3 0 =
1.152.900.000.000.000.000, chacune de ces
combinaisons étant unique.
Avec ce nombre gigantesque de
possibilités lors de chaque accouplement, il
est facile de réaliser pourquoi tous les
individus d’une population sont
génétiquement différents les uns des autres
(même lorsqu’ils ont les mêmes parents).
L'Institut Babcock est un programme de
l'Université du Wisconsin.
Le support financier pour le développement
de cette publication provient du USDA CSRS
Special Grant 92-34266-7304 et du U.S.
Livestock Genetics Export, Inc.
Traduction: M. A. Wattiaux, Ph.D.
Support éditorial: Judith Nysenholc
Publication: DE-RG-6-011996-F
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