La génétique de Mendel

Depuis des milliers d’années, les agriculteurs et les éleveurs élèvent de manière sélective leurs plantes et leurs animaux pour produire des hybrides plus utiles. Cliquez sur cette icône pour entendre le terme précédent prononcé. C’était en quelque sorte un hasard si les mécanismes régissant l’héritage étaient inconnus. La connaissance de ces mécanismes génétiques est finalement venue à la suite d’expérimentation minutieuse en laboratoire d’élevage réalisées au cours des 150 dernières années.

Chevaux domestiqués hybrides

Dès les années 1890, l’invention de meilleurs microscopes a permis aux biologistes de découvrir les bases de la division cellulaire et de la reproduction sexuée. Le centre d’intérêt de la génétique cliquez sur cette icône pour entendre le terme précédent. La recherche prononcée a ensuite évolué vers la compréhension de ce qui se passe réellement dans la transmission des traits héréditaires des parents aux enfants. Un certain nombre d’hypothèses ont été suggérées pour expliquer l’hérédité, mais Gregor Mendel a cliqué sur cette icône pour entendre le nom prononcé, un moine peu connu d’Europe centrale, était le seul à l’avoir plus ou moins bien compris. Ses idées avaient été publiées en 1866 mais avaient été largement méconnues jusqu’en 1900, soit longtemps après sa mort. Au début de sa vie d’adulte, il passa dans l’obscurité relative à la recherche fondamentale en génétique et à l’enseignement des mathématiques, de la physique et du grec au lycée à Brno (aujourd’hui en République tchèque). Dans ses dernières années, il devint abbé de son monastère et mit de côté ses travaux scientifiques.

Gregor Mendel
1822-1884

Alors que la recherche de Mendel portait sur les plantes, les principes de base de l’hérédité cliquez sur cette icône pour entendre le terme précédent qu’il a découvert s’applique également aux humains et aux autres animaux car les mécanismes de l’hérédité sont essentiellement les mêmes pour toutes les formes de vie complexes.

Pois comestibles communs

Par le biais du croisement sélectif de plantes de pois communs (Pisum sativum) sur plusieurs générations, Mendel a découvert que certains caractères se retrouvent chez la progéniture sans aucun mélange de caractéristiques parentales. Par exemple, les fleurs de pois sont violettes ou blanches – les couleurs intermédiaires n’apparaissent pas dans la progéniture des plants de pois à pollinisation croisée. Mendel a observé sept traits faciles à reconnaître et qui n’apparaissent apparemment que sous l’une des deux formes suivantes:

1. La couleur des fleurs est violet ou blanc. 5. La couleur des graines est jaune ou verte.
2. la position de la fleur est axil ou terminal. 6. la forme de la gousse est gonflée ou rétrécie.
3. La longueur de la tige est longue ou courte. 7. La couleur de la gousse est jaune ou verte.
4. la forme de la graine est ronde ou ridée

Cette observation selon laquelle ces traits n’apparaissent pas chez les plantes de progéniture aux formes intermédiaires revêtait une importance capitale, car la théorie dominante en biologie à l’époque était que les traits hérités se confondent de génération en génération. La plupart des scientifiques du 19ème siècle ont accepté cette « théorie des mélanges ». Charles Darwin a proposé une autre théorie également erronée appelée « pangenesis ». Cliquez sur cette icône pour entendre le nom prononcé. Ceci a soutenu que les « particules » héréditaires dans notre corps sont affectées par les choses que nous faisons de notre vivant. On pensait que ces particules modifiées migraient via le sang vers les cellules reproductrices et pourraient ensuite être héritées par la génération suivante. Il s’agissait essentiellement d’une variante de l’idée erronée de Lamarck de «l’héritage des caractéristiques acquises».

Mendel a choisi des plantes de pois de jardin communes pour ses travaux de recherche car ils peuvent être cultivés facilement en grand nombre et leur reproduction peut être manipulée. Les pois ont des organes reproducteurs mâles et femelles. En conséquence, ils peuvent s’auto-polliniser ou se polliniser de manière croisée avec une autre plante. Dans ses expériences, Mendel a pu polliniser de manière sélective une race pure. Cliquez sur cette icône pour entendre le terme précédent désigner des plantes présentant des traits particuliers et en observer le résultat sur plusieurs générations. Ce fut la base de ses conclusions sur la nature du patrimoine génétique.

Dans les plantes à pollinisation croisée produisant exclusivement des graines de pois jaunes ou verts, Mendel a découvert que la première génération de descendants (f1) avait toujours des graines jaunes. Cependant, la génération suivante (f2) présente systématiquement un rapport 3: 1 du jaune au vert.

Ce rapport de 3: 1 se produit également dans les générations suivantes. Mendel s’est rendu compte que cette régularité sous-jacente était la clé pour comprendre les mécanismes de base de l’héritage.

Il a tiré trois conclusions importantes de ces résultats expérimentaux:
1. que l’héritage de chaque trait est déterminé par des « unités » ou des « facteurs » qui sont transmis aux descendants sans modification (ces unités sont maintenant appelées gènes, cliquez sur cette icône pour entendre le terme précédent prononcé)
2. qu’un individu hérite d’une telle unité de chaque parent pour chaque trait
3. qu’un trait peut ne pas apparaître chez un individu mais peut toujours être transmis à la génération suivante.

Il est important de comprendre que, dans cette expérience, les plantes mères de départ étaient homozygotes. Cliquez sur cette icône pour entendre le terme précédent prononcé pour la couleur de la graine de pois. C’est-à-dire qu’ils avaient chacun deux formes identiques (ou allèles cliquez sur cette icône pour entendre le terme précédent prononcé) du gène de ce trait – 2 jaunes ou 2 verts. Les plantes de la génération F1 étaient toutes hétérozygotes. Cliquez sur cette icône pour entendre le terme précédent prononcé. En d’autres termes, ils ont chacun hérité de deux allèles différents – un de chaque plante mère. Cela devient plus clair lorsque nous examinons la constitution génétique réelle, ou le génotype, cliquez sur cette icône pour entendre le terme précédent prononcé, des plantes de pois, au lieu du seul phénotype, cliquez sur cette icône pour entendre le terme précédent, ou des caractéristiques physiques observables.

Notez que chacune des plantes de la génération F1 (illustrée ci-dessus) a hérité d’un allèle Y d’un parent et d’un allèle G de l’autre. Lorsque les plantes f1 se reproduisent, chacune a une chance égale de transmettre des allèles Y ou G à chaque progéniture.

Avec les sept caractères de plante de pois examinés par Mendel, une forme est apparue dominante par rapport à l’autre, c’est-à-dire qu’elle masquait la présence de l’autre allèle. Par exemple, lorsque le génotype de la couleur de la graine de pois est YG (hétérozygote), le phénotype est jaune. Cependant, l’allèle jaune dominant ne modifie en aucune manière le vert récessif. Les deux allèles peuvent être transmis à la génération suivante sans changement.

Les observations de Mendel à partir de ces expériences peuvent être résumées en deux principes:
1. le principe de la ségrégation
2. le principe de l’assortiment indépendant

Selon le principe de ségrégation, pour tout caractère particulier, le couple d’allèles de chaque parent se sépare et un seul allèle passe de chaque parent à une progéniture. Quel allèle hérité de la paire d’allèles d’un parent est une question de hasard. Nous savons maintenant que cette ségrégation d’allèles se produit au cours du processus de formation de cellules sexuelles (c’est-à-dire, la méiose cliquez sur cette icône pour entendre le terme précédent prononcé).

Ségrégation des allèles dans la production de cellules sexuelles

Selon le principe d’assortiment indépendant, différentes paires d’allèles sont transmises à la progéniture indépendamment l’une de l’autre. Le résultat est que de nouvelles combinaisons de gènes présents dans aucun des parents ne sont possibles. Par exemple, la capacité d’un plant de pois à produire des fleurs pourpres au lieu de ses fleurs blanches n’augmente pas le risque qu’il hérite également de la capacité de produire des graines de pois jaunes, contrairement aux plantes vertes. De même, le principe d’assortiment indépendant explique pourquoi l’héritage humain d’une couleur d’oeil particulière n’augmente pas ou ne diminue pas la probabilité d’avoir 6 doigts sur chaque main. Aujourd’hui, nous savons que cela est dû au fait que les gènes de caractères indépendamment assortis se situent sur différents chromosomes. Cliquez sur cette icône pour entendre le terme précédent prononcé.

Ces deux principes d’héritage, ainsi que la compréhension de l’héritage et de la domination d’unité, ont été les prémices de notre science moderne de la génétique. Cependant, Mendel n’a pas réalisé qu’il y avait des exceptions à ces règles. Certaines de ces exceptions seront explorées dans la troisième section de ce didacticiel et dans le didacticiel de la théorie synthétique de l’évolution.

En se concentrant sur Mendel en tant que père de la génétique, la biologie moderne oublie souvent que ses résultats expérimentaux réfutaient également la théorie de Lamarck sur l’héritage des caractéristiques acquises décrite dans le tutoriel Early Thories of Evolution. Mendel en obtient rarement le mérite car son travail est resté essentiellement inconnu bien longtemps après que les idées de Lamarck aient été largement rejetées comme étant improbables.
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REMARQUE: Certains biologistes appellent les «lois» les «principes» de Mendel.

NOTE: L’une des raisons pour lesquelles Mendel a mené ses expériences de sélection avec des pois a été de pouvoir observer des patrons d’héritage jusqu’à deux générations par an. De nos jours, les généticiens effectuent habituellement leurs expériences de reproduction avec des espèces qui se reproduisent beaucoup plus rapidement, ce qui permet de réduire considérablement le temps et l’argent nécessaires. Les mouches des fruits et les bactéries sont couramment utilisées à cette fin. Les mouches des fruits se reproduisent environ deux semaines après la naissance, tandis que les bactéries, telles que E. coli, présentes dans notre système digestif, se reproduisent en seulement 3 à 5 heures.

Publié dans Edu

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