Génétique

Génétique


/!\ L'article est en CONSTRUCTION, il s'agit d'un brouillon d'article que je mets en ligne par sécurité (au cas où j'ai un soucis avec mon ordi ^^).

Cet article à pour but d’aider les passionnés de rongeurs et d’oiseaux à faire leurs premiers pas dans la génétique, de comprendre les mécanismes de l’hérédité et d’être capable de prévoir les résultats théorique d’une portée/couvée en matière de type couleurs, pelages, plumages, oreille etc …


/!\ Il est évident que cet article n'est pas à lire d'une traite, mieux vaut le lire petit à petit et essayer de bien intégrer les différentes notions à chaque fois. Au lycée, ce thème est traité en deux années !

Sommaire :

I. Les mécanismes de l’hérédité.
A. Génotype et Phénotype.
B. La Méiose.
C. La Fécondation.

II. Prévoir les résultats d’une portée.
A. Cas de deux gènes non liés.
B. Cas de deux gènes liés (avec et sans crossing over).
C. Cas de trois gènes dont deux sont liés.
D. Cas de gènes situés sur des chromosomes sexuels.

III. Allèles dominants, récessifs et codominants de chaque espèce.
A. Chez les oiseaux.
B. Chez le rat.
C. Chez la souris.
D. Chez le hamster.

 


I. Les mécanismes de l’hérédité.

A. Génotype et Phénotype.

Ici, nous expliquerons comment l’on passe d’une information génétique détenue par un gène à un caractère telle que la couleur du pelage/plumage chez un animal.

# Information génétique, ADN, chromosome.

Les espèces animales dont nous parlerons ici sont constituées de cellules eucaryotes, c'est-à-dire, de cellules compartimentées contenant un noyau. Le noyau de chacune de nos cellules renferme toute l’information génétique nécessaire à la fabrication d’un individu et à sa survie.

[ICI SCHEMA] : cellule eucaryote

L’ADN est le support de l’information génétique dans le noyau. L’ADN est constituée de deux chaînes de nucléotides (chaque chaîne étant faite, en quelque sorte, comme un collier de perles où les perles seraient des nucléotides) enroulées l’une autour de l’autre, le tout formant une structure en double hélice. On appelle brin, ces chaînes de nucléotides. Sans entrer trop dans les détails, nous diront qu’il existe 4 types de nucléotides (A, T, G, C). Les deux brins d’ADN sont complémentaires l’un de l’autre, c'est-à-dire que ces deux brins se font face et que, si un brin possède un nucléotide A à un endroit, l’autre brin possède un nucléotide T au même endroit. De même, le G fait « face » au C.

[ICI SCHEMA] : structure de l’adn

La plupart du temps cet ADN est sous forme décondensée au sein du noyau de la cellule mais il arrive qu’il se condense sous forme de chromosome. Un chromosome est donc entièrement (enfin presque) constitué d’ADN enroulé sur lui-même.

On représente souvent le chromosome sous la forme d’un X alors qu’il est rarement sous cette forme. La plupart du temps, l’ADN est sous forme décondensée, mais lorsqu’il est condensé, il est plus sous la forme d’un « I » que sous la forme d’un « X ». Sous la forme d’un « I » on dira que le chromosome est à un chromatide. Sous la forme d’un « X », il sera à deux chromatides et ces deux chromatides seront strictement identiques puisque nous serons dans une phase de la vie cellulaire où l’ADN a été répliqué (l’un des chromatides est donc la stricte copie de l’autre, mais nous reviendrons là-dessus plus tard).

Bien entendu, les noyaux de nos cellules ne contiennent pas qu’un seul chromosome et il en est de même pour les cellules des espèces étudiées ici. Chaque chromosome se différencie, entre autre, par sa taille et la position de son centromère (le centromère étant l’endroit où se rejoignent les deux chromatides lorsque le chromosome est à deux chromatides).

[ICI SCHEMA] : chromosomes en X et en I

# Gène, allèle, locus et caryotype.

Nous venons de voir que chaque chromosome est constitué entièrement (ou presque) d’ADN enroulé sur lui-même et donc condensé.

On appelle gène, une portion d’ADN sur un chromosome. Chaque gène code pour une protéine précise, et parfois, plus simplement, pour un caractère donné (couleur du plumage ou pelage, par exemple). Un gène possède un emplacement précis sur un chromosome donné, on appelle cet emplacement le locus du gène.

[ICI SCHEMA] : localisation d’un gène sur un chromosome

De plus, un gène existe souvent sous plusieurs versions qui ne sont pas radicalement différentes (auquel cas il s’agit de deux gènes distincts) mais qui diffèrent juste par certains nucléotides. Le remplacement d’un nucléotide par un autre s’appelle une mutation. On appelle ces différentes versions d’un gène, des allèles. C’est le cas, par exemple, du siamois et de l’albinos qui sont deux allèles d’un même gène. L’albinos est blanc aux yeux rouges, le siamois est beigeâtre aux yeux clairs (rouge foncé ou bleu, selon les espèces) avec les extrémités (nez, base de la queue, pattes) foncées.

[ICI SCHEMA] : deux allèles différents

Chez les organismes étudiés ici, dans le noyau, les chromosomes sont toujours présents par paire, on parle alors de cellules diploïdes. On a donc, dans le noyau, deux chromosomes 1, deux chromosomes 2, 3, 4 etc etc.

[ICI SCHEMA] : cellules diploïdes

Les seuls chromosomes qui ne sont pas forcément présents en double exemplaire sont les chromosomes sexuels :

_ chez les mammifères, le mâle possède un chromosome X et un chromosome Y et la femelle deux chromosomes X

_ chez les oiseaux, c’est l’inverse, le mâle possède deux chromosomes Z et la femelle un chromosome Z et un W

[ICI SCHEMA]

Les deux chromosomes de chaque paire portent les même gènes mais par forcément les même allèles. Si les deux chromosomes d’une paire portent les mêmes allèles pour un gène donné, on dira que l’animal est homozygote pour ce gène. Si ils portent deux allèles différents pour un gène, on dira que l’animal est hétérozygote pour ce gène.

[ICI SCHEMA] : hétérozygote, homozygote

Le caryotype d’une espèce est caractérisé par l’ensemble de ses chromosomes. Chaque espèce possède un nombre donné de chromosomes (et donc un nombre donné de paires de chromosomes) qui ont tous des formes particulières (taille et position du centromère).

# Du génotype au phénotype.

Savoir comment est détenu l’information génétique dans notre organisme c’est une chose, mais cela ne sert pas à grand-chose si on ne connaît pas l’influence de tous ces gènes sur notre organisme. Pour cela, étudions la relation entre le génotype et le phénotype.

Le génotype, c’est l’association de deux allèles pour un gène. Chacun des deux allèles d’un même gène se trouve sur un chromosome d’une paire de chromosomes.

[ICI SCHEMA]

Il existe d’autres définitions du génotype, notamment, « c’est l’ensemble de l’information génétique d’un être vivant » ou « ensemble des gènes d’un être vivant », mais nous ne prendront pas ces définitions ici. Nous appellerons aussi génome, l’ensemble des gènes d’un organisme.

Le phénotype, c’est l’ensemble des caractères apparents d’un organisme résultant de l’expression des gènes mais aussi de l’influence du milieu (le chat siamois, par exemple, sera plus foncé si la température ambiante est faible).

Le phénotype se définit à plusieurs échelles :

_ échelle moléculaire : deux allèles d’un même gène peuvent coder pour des protéines légèrement différentes (ce n’est pas toujours le cas, certaines mutations dites silencieuses, n’ont pas d’effet sur la protéine qu’elles codent)

_ échelle cellulaire : les mutations peuvent affecter l’activité ou la forme des cellules

_ échelle macroscopique : différentes couleurs de pelage constituent différents phénotypes, par exemple

# Comment passe-t-on du génotype au phénotype ?

Avant tout, rappelons que chaque gène permet la fabrication d’un type de protéine. Seulement, les protéines sont fabriquées dans le cytoplasme de la cellule (c'est-à-dire, hors du noyau) alors que l’information génétique est détenue dans le noyau. De plus, l’ADN ne sort jamais du noyau alors comment l’information génétique « passe-t-elle » du noyau de la cellule au cytoplasme ?

C’est le rôle de l’ARNm. L’ARNm est une copie de l’ADN mais il ne possède qu’un seul brin (une chaîne de nucléotides). Ce brin est aussi constitué d’une suite organisé de 4 types de nucléotides : 3 sont identiques à l’ADN (A, C, G) et un diffère (T est remplacé par U).

[ICI SCHEMA] : ADN et ARNm correspondant

Voyons les différentes étapes de la fabrication d’une protéine.

_ La transcription :

L’ARNm se forme dans le noyau, par copie d’un gène. Pour cela, un enzyme (l’ARN polymérase) sépare les deux brins d’ADN au niveau du gène qui doit être transcrit en ARNm. Par complémentarité du brin transcrit d’ADN, l’ARNm se forme par assemblage de nucléotides contenus dans le noyau.

Cette étape s’appelle la transcription. A la fin, on obtient un gène codé sous la forme d’ARNm, l’ARNm étant constitué d’un seul brin, il est, en quelque sorte, plus petit et peu ainsi sortir du noyau en passant par les pores nucléaires (« trous » dans le noyau par lesquels l’ADN, trop « gros », ne peut passer).

[ICI SCHEMA]

_ La traduction :

Une fois dans le cytoplasme de la cellule, l’ARNm va être « lu » par les ribosomes, de petits organites que l’on trouve dans chaque cellule. 3 nucléotides de l’ARNm codent pour un acide aminé donné et une protéine est une chaîne d’acides aminés. Le brin d’ARNm va donc être traduit en une chaîne d’acides aminés qui constituera une protéine.

[ICI SCHEMA]

 

Schéma récapitulatif :

[ICI SCHEMA] : schéma général

 

C’est ainsi qu’un gène permet la fabrication d’un seul type de protéine. La protéine est ensuite responsable d’un caractère phénotypique particulier.

Prenons un exemple pour illustrer tout cela : le caractère albinos.

Chez quasiment toutes les espèces animales, il existe un gène permettant la fabrication d’une enzyme qui sert à la synthèse de la mélanine, un pigment responsable de la couleur du pelage. Une enzyme est une protéine qui accélère un type réaction chimique au sein d’un organisme.

Ce gène possède plusieurs allèles dont l’allèle albinos qui code pour la synthèse d’une enzyme défectueuse (la tyrosinase). Cette enzyme non fonctionnelle rompt la chaîne de fabrication de la mélanine et l’animal ne peut alors plus synthétiser de mélanine. C’est pourquoi le pelage d’un albinos, qui ne contient aucun pigment, est blanc.

Cependant, la mélanine n’est pas le seul pigment responsable de la couleur. Un oiseau albinos, par exemple, peut tout de même être jaune car il synthétisera un autre pigment (la psittacine). La mélanine est un pigment donnant des couleurs dans les tons marron/gris/noir.

# Allèle dominant, récessif, codominant.

Lorsqu’un animal est homozygote pour un gène, il possède deux allèles permettant la synthèse de la même protéine. Cependant, si l’animal est hétérozygote, il possède deux allèles permettant la synthèse de deux protéines différentes. Quel est le résultat au niveau phénotypique ?

La notion d’allèle dominant et d’allèle récessif intervient ici. Cela permet d’expliquer pourquoi certains individus porteurs de maladies graves (telle que la dépranocytose), ne sont pas malades. Ces individus possèdent l’allèle muté permettant de la synthèse de la protéine responsable de la maladie mais ne sont pas atteints par cette maladie …

Nous avons vu que chaque gène est présent sous la forme de deux allèles dans le noyau des cellules. Un allèle est dit dominant lorsqu’il suffit qu’il soit présent en un seul exemplaire pour qu’il s’exprime et ait des conséquences sur le phénotype. En revanche, si pour que l’allèle s’exprime il faut qu’il soit présent en deux exemplaires (donc que l’individu soit homozygote) alors on dit que cet allèle est récessif. On dira que l’individu est porteur (sous entendu « porteur d’un allèle récessif ») lorsqu’il est hétérozygote et qu’il possède un allèle dominant qui s’exprime et un allèle récessif que l’on ne voit pas mais qui est présent dans le génotype et qui pourra ressortir chez certains de ces descendants. Chez les oiseaux, on emploi souvent le terme « split » au lieu de « porteur ».

Il peut arriver que, dans le cas d’un individu hétérozygote pour un gène, les deux allèles s’expriment et aient des conséquences sur le phénotype. On dira alors que ces allèles sont codominants. C’est le cas des himalayens, enfin himalayens au sens d’hétérozygotes possédant un allèle siamois et un allèle albinos (le sens du terme varie selon les espèces). Ces animaux ne sont pas totalement blancs comme les albinos, et n’ont pas les extrémités du pelage aussi foncées que chez les siamois : ils possèdent un phénotype intermédiaire entre l’albinos et le siamois.

[ICI PHOTOS]

Un autre exemple, le cas de l’allèle « facteur foncé » chez les oiseaux : un oiseau qui possède deux allèles non muté aura une couleur normale, un oiseau hétérozygote (possédant un allèle « facteur foncé » et un allèle non muté) aura une couleur plus foncée que la normale et un oiseau homozygote possédant allèles « facteur foncé » aura une couleur très foncé (par exemple vert très foncé).

[ICI PHOTOS]

N.B. : Dans le domaine de l’élevage d’oiseaux, on parle de dominance incomplète plutôt que de codominance. On dira que l’oiseau est simple facteur (c'est-à-dire, hétérozygote), son phénotype étant moins marqué que celui d’un individu double facteur (c'est-à-dire, homozygote).

ATTENTION ! Un allèle peut être récessif face à un autre et codominant face à un troisième allèle du même gène. La notion de dominance et récessivité n’a donc de sens que si on considère deux allèles d’un même gène.

 

 


B. La Méiose.

 

La méiose est une étape essentielle de la reproduction sexuée. Il s’agit d’une division cellulaire qui permet, à partir d’une cellule mère, d’obtenir 4 cellules filles qui seront des gamètes (ovocyte ou spermatozoïde). Ces gamètes pourront ensuite être impliqués dans une fécondation avec un gamète de l’autre parent. Cette fécondation donnera naissance à une cellule œuf et, par mitoses successives de cette cellule œuf, à un organisme. Une mitose, c’est une division cellulaire qui donne, à partir d’une cellule mère, deux cellules filles identiques : [voir un schéma de mitose].

Il est important de parler de la méiose puisqu’elle permet une première répartition des allèles parentaux dans les gamètes. En effet, nous avons vu que les cellules de notre organisme (et de celui des animaux étudiés ici) sont diploïdes, c'est-à-dire qu’elles possèdent des paires de chromosomes homologues (chromosomes qui portent les mêmes gènes mais pas forcément les mêmes allèles). Cependant, les gamètes sont haploïdes, ils ne possèdent qu’un seul chromosome de chaque paire. Dans un gamète, chaque gène n’est donc présent que sous la forme d’un unique allèle. Lors de la fécondation, les noyaux de deux gamètes fusionneront et on retournera à une phase diploïde où chaque gène sera présent sous la forme de deux allèles (un allèle venant de la mère, l’autre venant du père).

Les étapes de la méiose nous permettrons de montrer comment les allèles se répartissent dans les gamètes, d’expliquer le phénomène de crossing over, mais aussi de donner les premiers éléments permettant de calculer les résultats théoriques d’une portée/couvée.

# Etapes de la méiose :

La méiose c’est donc une suite de deux divisions cellulaires. Seule la première division cellulaire est précédée d’une réplication de l’ADN qui permet de doubler la quantité d’ADN contenue dans la cellule mère.

_ Réplication de l’ADN :

La cellule mère est diploïde : dans le noyaux, les chromosomes sont présents par paire de chromosomes homologues à un chromatide (donc sous forme de « I »). La réplication de l’ADN permet de passer de chromosomes à 1 chromatide à des chromosomes à 2 chromatides (sous forme de « X »). Les deux chromatides d’un même chromosome sont strictement identiques, ils contiennent les mêmes allèles.

[ICI SCHEMA]

A ce stade, nous avons donc, dans le noyau, 2n chromosomes à 2 chromatides. 2n signifie qu’il y a deux chromosomes pour n paires de chromosomes (par exemple, chez l’homme, à ce stade, 2n=46 chromosomes à 2 chromatides puisque nous possédons 23 paires de chromosomes).

_ Première division méiotique :

Lors de la première division de la méiose, les chromosomes homologues de chaque paire se séparent et se répartissent de façon aléatoire dans les deux cellules filles. Chacune des deux cellules filles contiendra n chromosomes à 2 chromatides (forme de « X »), ces cellules seront donc haploïdes.

Cette division comprend 4 phases :
_ la prophase : L’ADN contenu dans le noyau se condense sous la forme de chromosomes. Les parois du noyau disparaissent. Les chromosomes homologues de chaque paire se rapprochent jusqu’à établir des zones de contact que l’on appelle des chiasmas. On appelle ces « lots » de deux chromosomes homologues des tétrades. Lors de cette phase, les chromosomes homologues peuvent s’échanger des portions de chromatides et donc des allèles. On appelle ce phénomène un CROSSING OVER.

[ICI SCHEMA] : prophase et crossing over

_ la métaphase : Les tétrades migrent vers le plan équatorial de la cellule (plan équatorial = centre de la cellule). Les chromosomes homologues se disposent de telle façon qu’il y ait un chromosome de chaque « côté » du plan équatorial.

[ICI SCHEMA]

_ l’anaphase : Les tétrades migrent vers le plan équatorial de la cellule (plan équatorial = centre de la cellule). Les chromosomes homologues se disposent de telle façon qu’il y ait un chromosome de chaque « côté » du plan équatorial.

[ICI SCHEMA]

_ la télophase : Les chromosomes se décondensent , la parois entre les deux cellules filles se construit, de même pour le noyau de la cellule.

[ICI SCHEMA]

_ Deuxième division méiotique :

 

A la fin de cette deuxième division, on obtient 4 cellules contenant n chromosomes à 1 chromatide.

Cette division comprend aussi, comme toute division cellulaire, 4 phases :

_ la prophase : L’ADN contenue dans les deux cellules filles se condense sous forme de chromosomes.

_ la métaphase : Les chromosomes de chaque paire (il n’y a alors qu’un chromosome par paire dans chaque cellule) migrent vers le plan équatorial de la cellule.

_ l’anaphase : Les deux chromatides homologues de chaque chromosome se séparent et chacun des chromatides migrent vers un pôle différent de la cellule. A la fin, on obtient deux lots homologues de chromosomes à 1 chromatides aux deux pôles de la cellule. Ensuite, la cellule se divise en deux donnant deux cellules filles contenant n chromosomes à 1 chromatides.

_ la télophase : Les chromosomes se décondensent.

 

[ICI SCHEMA] : Schéma de la deuxième phase

 

Schéma général :

[ICI SCHEMA]  

 

Il est important de souligner que la répartition des chromosomes homologues puis des chromatides homologues dans chaque cellule fille se fait de façon totalement aléatoire ce qui assure la diversité des gamètes crées lors de la méiose. La seule condition lors de cette répartition, c’est qu’il n’y ait pas, lors de la première division, deux chromosomes de la même paire qui se retrouvent dans la même cellule fille (la répartition doit être équitable entre chaque cellule fille). Il en est de même pour la deuxième division où deux chromatides homologues ne doivent pas se retrouver dans la même cellule fille. Ce phénomène arrive cependant, et il donne lieu à des trisomies et des monosomies létales pour la plupart.

 

Nota Bene : Il est facile de voir comment une trisomie se forme, il suffit, à l’anaphase d’une des deux divisions de faire migrer deux chromosomes ou chromatides homologues dans la même cellule. La méiose de poursuit ensuite normalement. A la fin, la cellule ayant hérité du chromosome en trop possède n+1 chromosomes et celle qui aurait du avoir le chromosome possède n-1 chromosomes.

Si la cellule à n+1 chromosomes subit une fécondation avec un gamète normal, cela donnera lieu à une trisomie (on dit, par exemple, trisomie 21 lorsque ce sont les deux chromosomes de la paire 21 qui ont migré dans la même cellule à la méiose). Si la cellule à n-1 chromosomes subie une fécondation avec un gamète normale, cela donnera lieu à une monosomie.

Beaucoup de ces trisomies et monosomies sont létales, l’individu meurt avant la naissance.

 


C. La Fécondation.

La fécondation est la seconde étape essentielle de la reproduction sexuée. Elle consiste en l’union de deux gamètes, chaque parent fournissant un gamète. Les gamètes sont des cellules haploïdes (n chromosomes à 1 chromatide) issues, par méiose, d’une cellule germinale d’un des parents.

La fécondation a lieu dans les organes reproducteurs de la femelle.

Chez les mammifères :

Les spermatozoïdes, gamètes mâles capables de se déplacer, entourent l’ovocyte (l’ovocyte est un futur ovule qui en est à sa première division méiotique). L’entrée du spermatozoïde déclenche la reprise de la méiose de l’ovocyte. Par la suite, les deux noyaux (celui du spermatozoïde et celui de l’ovule) vont fusionner pour ne donner qu’un seul noyau à 2n chromosomes à 1 chromatides : c’est le retour de la diploïdie.

[ICI SCHEMA]

On notera que la formation d’une membrane de protection - appelée membrane de fécondation - autour de l’ovule fécondé empêche la fécondation de l’ovule par plusieurs spermatozoïdes. En effet, si deux spermatozoïdes fécondaient le même ovule, cela donnerait lieu à une trisomie de toutes les paires de chromosomes (la cellule œuf contiendrait 3n chromosomes !) ce qui ne serait pas viable.

Chez les oiseaux :

 


II. Prévoir les résultats d’une portée/couvée.

 

Ici, nous allons réutiliser la méiose et la fécondation pour prévoir, de façon totalement théorique, les résultats d’une portée ou d’une couvée, dans différents cas :

_ cas de deux gènes non liés

_ cas de deux gènes liés, nous ferons intervenir un crossing over

_ cas de trois gènes, dont deux sont liés (intervention d’un crossing over)

_ cas de gènes situés sur des chromosomes sexuels

 

Ces différents cas vous permettront de faire vos propres prévisions. Une fois le principe compris, prévoir les résultats d’une portée se fait aisément. Mais pour pouvoir comprendre ce qui va suivre, il faut bien maîtriser la méiose et la fécondation car nous ferons appelle à différentes étapes de ces deux événements essentiels de la reproduction.

 

Mais avant tout, voici deux définitions essentielles :

_ gènes liés : on dit que deux gènes (ou plus) sont liés lorsqu’ils sont situés sur le même chromosome, à des locus différents

_ gènes non liés : on dit que deux gènes (ou plus) ne sont pas liés lorsqu’ils sont situés sur des chromosomes différents

 

De plus, il existe une certaine notation utilisée pour faire ses prévisions :

_ Les Allèles : par commodité pour les schémas, on attribuera une ou deux lettres à chaque allèle utilisé.

_ Allèle dominant et allèle récessif : on utilisera une lettre majuscule pour un allèle dominant et une minuscule pour un allèle récessif, on peut aussi laisser tout en minuscule et mettre un « + » en exposant devant l’allèle originel (celui qui n’a pas subit de mutation), mais nous choisirons la première notation qui est plus pratique avec un ordinateur …

_ Phénotype : on notera le phénotype entre crochets (« [phénotype] »), soit avec les abréviations des allèles qui s’expriment (par exemple, si seul l’allèle A, parmi les allèles considérés, s’exprime on notera [A]), soit avec le nom des allèles (si l’allèle A code pour un poil frisé, on notera [poil frisé]).

_ Génotype : On notera le génotype entre parenthèses. A l’état diploïde, on séparera les allèles d’un même gène par une double barre « // » (chaque barre représente un chromosome), par exemple (A//a). A l’état haploïde, on notera l’allèle suivit d’une barre, par exemple (A/).

_ Génotype pour des gènes non liés : Lorsque les gènes ne sont pas liés, on sépare les couples d’allèles de chaque gène par un point virgule, par exemple (A//a ; b//b).

_ Génotype pour des gènes liés : Lorsque les gènes sont liés, on ne sépare pas les couples d’allèles, par exemple (Ab//ab).

 

 


A. Cas de deux gènes non liés.

Nous allons ici considérer deux gènes non liés. L’un aura pour allèle dominant A et pour allèle récessif a et l’autre pour allèle dominant B et pour allèle récessif b.

Pour commencer, étudions la méiose donnant les 4 gamètes pour un des parents de génotype (A//a ; B//b) :

On obtient donc 4 gamètes de génotype :
_ (A/ ; B/)
_ (a/ ; b/)
_ (A/ ; b/)
_ (a/ ; B/)

Si l’on généralise cela à un grand nombre de méioses, on se rend compte que l’on obtient les 4 gamètes dans les mêmes proportions (25% de gamètes de chaque génotype).

Imaginons maintenant, que cet animal qui produit 4 types de gamètes en proportions égales se reproduise avec un conjoint double récessif de génotype (a//a ; b//b). Un schéma de la méiose donnant naissance aux gamètes pour ce nouvel individu montrerait qu’il ne produit qu’un seul type de gamète de génotype (a/ ; b/).

Par la suite, les gamètes de ces individus vont se rencontrer pour la fécondation. Nous prenons ici l’exemple de mammifères donnant des portées nombreuses (10 bébés en moyenne pour les rongeurs que nous considérons sur ce site). Il y aura donc plusieurs fécondations et le seul moyen de prévoir le résultat de ces fécondations et d’étudier les différentes rencontres possibles entre les gamètes.
Pour cela, on fait un échiquier de croisement qui fonctionnera toujours pour prévoir les résultats d’une portée. Il se construit comme suit :

Dans la ligne « femelle », nous avons donc placés tous les gamètes que peut produire la femelle de génotype (A//a ; B///b). Dans la colonne « mâle », nous avons placé les seuls gamètes que peut produire le mâle homozygote récessif pour les deux gènes (a//a ; b//b).

Il ne reste plus qu’à noter les résultats de la fécondation pour chaque cas.

Pour trouver les phénotypes, on applique la règle dominant/récessif. Un allèle récessif ne s’exprime que si il est présent en double exemplaire dans le génotype (donc si l’individu est homozygote pour cet allèle). Pour trouver les proportions, c’est simple, on compte le nombre de cellules œufs différentes qu’on peut obtenir (ici 4). Chacune des cellules œufs à donc 1 chances sur 4 d’être produite et ¼=25% ( !

Attention ! Il ne peut y avoir de fécondations qu’entre des gamètes issus de parents différents, deux gamètes maternels, par exemple, ne peuvent se féconder entre eux !

Nous avons ici calculé le résultat d’une portée faite entre deux parents, l’un de génotype (A//a ; B//b) et l’autre de génotype (a//a ; b//b). On obtient donc 4 type de génotypes chez les bébés, en proportions égales, et, ici, 4 types de phénotypes. Que les parents soient des mammifères ou des oiseaux, le principe reste le même.

Cependant, j’imagine que vous n’allez pas effectuer cette longue démarche à chaque fois que vous souhaitez calculer les résultats d’une portée. L’étape de la méiose et de la détermination des différents gamètes produits par les parents peut s’abréger. Par contre, l’échiquier de croisement est le seul moyen de déterminer les différents génotypes qui peuvent être obtenus lors d’une portée. Mais, après avoir fait quelques exemples, vous vous rendrez vite compte que tout cela est très répétitif et que, dans certains cas simples, comme celui ci-dessus, le résultat peut s’obtenir sans l’échiquier.

Comment déterminer les différents gamètes produits sans schématiser la méiose ?

Observez le schéma ci-dessous : J’ai noté le génotype d’un parent. Pour déterminer les différents gamètes possibles, il faut déterminer les différentes combinaisons possibles entre les allèles A ou a et les allèles B ou b. Attention, il ne faut pas perdre de vu qu’un génotype du type (A/ ; a/) pour un gamète est totalement impossible puisque A et a sont deux allèles d’un même gène (ils ne peuvent donc pas être sur deux chromosomes différents !). C’est pour éviter ces confusions graves que j’ai tenu à vous présenter la méiose et la fécondation avant « d’entrer dans le vif du sujet ».

# Quelques exemples :

Je vais ici noter quelques exemples de résultats de portées pour différents types de génotypes pour les parents. Pour l’instant, je reste avec deux gènes ayant pour allèle A (dominant), a (récessif), B (dominant) et b (récessif).

_ Cas de deux parents de génotype (a//a ; b//b).

Les deux parents ne produisent qu’un seul type de gamète de génotype (a/ ; b/). C’est pourquoi, la portée sera constituée entièrement d’individus de génotype (a//a ; b//b).

_ Cas de deux parents de génotype (A//a ; B//b).

NB : Chaque parent est de phénotype [A ;B] et est porteur des allèles a et b.

Ici, le cas sera assez compliqué. Les deux parents produisent 4 types dans les mêmes proportions.

L’échiquier de croisement donne :

On obtient donc 16 génotypes, certains sont identiques, mais le plus important c’est qu’on obtient 4 phénotypes dans les proportions (56.25%, 2 x 18.75%, 6.25%). J’ai mis en évidence ces 4 phénotypes dans l’échiquier :
_ 56.25% de [A ;B] (rouge)
_ 18.25 % de [A ;b] (bleu)
_ 18.25 % de [a ;B] (vert)
_ 6.25% de [a ;b] (rose)

# Exemple avec 3 gènes :

Nous ne ferons pas l’échiquier ici, car il serait trop grand. Disons simplement que si les deux parents sont hétérozygotes pour les trois gènes, donc si le génotype des parents est du type (A//a ; B//b ; C//c), chaque parent produira 8 gamètes de génotype différent (il y aura donc 64 génotypes dans le tableau !). En effet, pour savoir le nombre de gamètes produits, on procède de la façon suivante :

On fait une multiplication où chaque facteur représente le nombre d’allèles différents pour chaque gène considéré.

 


B. Cas de deux gènes liés.

Rappelons que deux gènes sont dis liés si ils sont sur le même chromosome. Le problème, avec les gènes liés, c’est qu’il est impossible d’obtenir certains génotypes sans l’intervention d’un crossing over au bon endroit sur le chromosome.

Nous considérerons ici deux gènes ayant pour allèles A (dominant) et a (récessif) pour le gène 1 et B (dominant) et b (récessif) pour le gène 2. Le génotype des parents est (AB//ab).

# Exemple sans crossing over :

Voici la méiose donnant les gamètes d’un des parents dans un cas sans crossing over à la prophase 1.

On obtient donc deux types de gamètes dans les même proportions : 50 % de gamètes de génotype (AB/) et 50 % de gamètes de génotype (ab/). Comme l’autre parent est du même génotype, il produit les mêmes gamètes dans les mêmes proportions.

Un échiquier de croisement permettrait de conclure que l’on obtient, dans la portée/couvée, 50% d’individus de génotype (AB//ab), 25 % de (AB//AB) et 25% de (ab//ab).
On n’obtient donc aucun individu de génotype (AB//Ab), ou encore (AB//aB), (Ab//ab), (aB//ab), (Aa//Bb). C’est ce qui pose problème parfois, lorsqu’on cherche à obtenir certains phénotypes (c’est le cas, lorsque l’on cherche à obtenir des rats siamois base beige, par exemple, car le siamois et le RED sont sur le même chromosome).

Pour pouvoir obtenir ces phénotypes, il faut qu’il y ait un crossing over lors de la méiose d’un des deux parents.

# Exemple avec crossing over :

Grâce au crossing over, on va pouvoir obtenir des gamètes avec des phénotypes recombinés.

Voici une méiose avec un crossing over en prophase 1 (un crossing over ne peut avoir lieu qu’en prophase 1).

Dans cet exemple, nous obtenons 4 génotypes différents : (AB/), (Ab/), (aB/), (ab/).


N.B : Il semble évident que, plus les gènes 1 et 2 de notre exemple seront éloignés, plus il y aura de chance qu’un crossing over permette l’échange des allèles de ces gènes. De même, si ces gènes sont très rapprochés sur les chromosomes, il y a peu de chance qu’un crossing over « passe » juste entre ces deux gènes. Il existe une unité, le centiMorgan, qui traduit la distance entre deux gènes donnés sur un chromosome. Cette unité est associée au pourcentage de crossing over concernant les deux gènes dont on a établit la distance de telle sorte que :
1 centiMorgan = 1% crossing over (noté % C.O.)
le % C.O. est le pourcentage d’individus possédant un génome recombiné obtenu par crossing over entre les deux gènes étudiés.

Echiquier de croisement dans le cas d’une fécondation avec crossing over durant la méiose d’un seul des deux parents :

 


C. Cas de trois gènes dont deux sont liés.

 

 


D. Cas de gènes situés sur des chromosomes sexuels.

Rappelons que, selon que l’animal est du sexe masculin ou féminin, il ne possède pas le même nombre de chromosomes X (soit deux chromosomes X soit un X et un Y). Comme tous les autres chromosomes, les chromosomes X et Y possèdent des gènes. Pour comprendre les conséquences de ces génotypes différents selon le sexe, il faut avoir bien compris la relation entre le génotype et le phénotype. Il faut aussi avoir bien intégrer les notions d’allèles dominants et récessifs.

En effet, dans le cas d’un individu avec deux chromosomes X ou deux chromosomes Z, l’expression du phénotype sera régie par les mêmes règles que pour les autres chromosomes.
Mais, dans le cas d’un individu possédant un chromosome X et un Y (ou Z et W), les notions d’allèle dominant et d’allèle récessif n’ont plus vraiment de sens …

Généralement, les gènes qui nous intéressent sont situés sur le chromosome X. Je n’ai jamais vu de mutations influant sur le plumage/pelage situées sur le chromosome Y (même si cela est théoriquement possible) …

Nous parlerons ici d’un gène situé sur le chromosome X ou Z, ayant un allèle dominant A et un allèle récessif a.

# Individu XX ou ZZ :

Génotypes possibles :
_ (A//A) : l’allèle A s’exprime
_ (A//a) : l’allèle A s’exprime et l’individu est porteur a
_ (a//a) : l’allèle a s’exprime

# Individu XY ou ZW :

Génotypes possibles :
_ (A/) : l’allèle A s’exprime
_ (a/) : l’allèle a s’exprime

Et oui ! Comme vous le voyez un individu étant XY ou ZW ne possède qu’un seul allèle du gène A puisqu’il n’a qu’un seul chromosome X (ou Z). De fait, il est inutile de connaître le mode de transmission (dominant ou récessif) de l’allèle puisque dans tous les cas cet allèle sera le seul à produire la protéine qui nous intéresse, donc il s’exprimera toujours.

Lorsque l’on étudie des résultats de portées avec des gènes situés sur un chromosome sexuel, on met le nom de l’allèle en indice à côté de la lettre du chromosome. Par exemple, on dira qu’un individu a pour génotype (Xa//Y) au lieu de (a/) (cette notation étant plutôt réservée au génotype des gamètes).

Exemple : Prenons, chez un mammifère, un père de génotype (Xa//Y) et d’une mère (Xa//XA).

On aura donc :
_ 50 % de femelles [a] (les femelles (Xa//Xa)
_ 50 % de femelle [A] porteuses a (les femelles (XA//Xa)
_ 50% de mâles [a]
_ 50 % de mâle [A]

On peut aussi, dans certains cas, avoir des génotypes résultants de crossing over lors de la méiose du parent XX ou ZZ.

 


II. Allèles dominants, récéssifs et codominants de chaque espèce.

[à venir]