L'accumulation de variations au fil de la reproduction
Quand les êtres vivants se reproduisent, la copie de l'ADN n'est jamais parfaite, donc chaque nouvelle génération porte de petits changements. Dans la reproduction asexuée (comme une bactérie qui se divise), les différences sont minuscules. Dans la reproduction sexuée, la moitié des gènes vient de chaque parent et ils se mélangent en de nouvelles combinaisons : la variation est donc bien plus grande.
Ces variations s'accumulent de génération en génération. Toutes ne sont pas utiles, mais certaines donnent plus de chances de survivre quand le milieu change. C'est pourquoi la variation est la matière première de l'évolution.
L'hérédité et les caractères héréditaires
L'hérédité est la transmission des caractères (des traits) des parents aux descendants. Un caractère est toute particularité que l'on peut voir ou mesurer : la taille, la couleur des yeux, le groupe sanguin, la forme des lobes d'oreille. Les enfants reçoivent de leurs parents le plan de base du corps, plus de petites variations.
Un caractère héréditaire est contrôlé par les gènes et passe à la génération suivante. Un caractère acquis au cours de ta vie (une cicatrice, des muscles gagnés par le sport) est dit acquis et n'est pas transmis.
L'apport de Mendel : les règles de l'hérédité
Gregor Johann Mendel, un moine, a étudié les petits pois de jardin dans les années 1860. Les pois étaient un choix malin : ils poussent vite, donnent beaucoup de graines, peuvent s'autoféconder ou être croisés à la main, et présentent des caractères opposés bien nets (grand/petit, graine lisse/ridée, graine jaune/verte, fleur violette/blanche).
Il appelait ces unités cachées des facteurs ; aujourd'hui, on les appelle des gènes. Les différentes versions d'un gène sont des allèles (T et t). Une plante qui a deux allèles identiques (TT ou tt) est de lignée pure / homozygote ; avec deux allèles différents (Tt), elle est hybride / hétérozygote.
Caractères dominants et récessifs
Le caractère qui s'exprime chez l'hybride est dominant (grand, T). Celui qui reste caché est récessif (petit, t). Un caractère récessif ne s'exprime que si les deux copies sont récessives (tt). La composition en gènes (TT, Tt, tt) est le génotype ; ce que l'on voit (grand ou petit) est le phénotype.
Croisement monohybride : un caractère, 3:1
Parents (P) : grand pur TT × petit pur tt. Gamètes : T et t. F1 : tous Tt, tous grands. On autoféconde la F1 (Tt × Tt) : chaque côté donne les gamètes T et t.
| T | t | |
|---|---|---|
| T | TT | Tt |
| t | Tt | tt |
Rapport des phénotypes en F2 : 3 grands : 1 petit. Rapport des génotypes : 1 TT : 2 Tt : 1 tt. Le caractère petit a disparu en F1 mais est revenu en F2, ce qui prouve que le facteur n'avait jamais été perdu ni mélangé. C'est la loi de dominance et la loi de ségrégation : les deux copies se séparent lors de la formation des gamètes.
Croisement dihybride : deux caractères, 9:3:3:1
Parents : lisse jaune (RRYY) × ridé vert (rryy). F1 : tous RrYy, lisses et jaunes (lisse et jaune sont dominants). F1 × F1 : chaque plante fabrique quatre sortes de gamètes (RY, Ry, rY, ry), donc l'échiquier de Punnett a 4 × 4 = 16 cases.
F2 : 9 lisses jaunes : 3 lisses verts : 3 ridés jaunes : 1 ridé vert. Deux mélanges tout nouveaux apparaissent (lisse vert et ridé jaune) : la forme et la couleur de la graine sont donc transmises indépendamment l'une de l'autre, c'est la loi d'assortiment indépendant. Vérification : chaque caractère pris seul donne toujours 12:4 = 3:1.
Comment les caractères s'expriment-ils ? Gènes, ADN et protéines
Dans le noyau, l'ADN est enroulé en chromosomes. Un gène est un morceau d'ADN qui contient les instructions pour fabriquer une protéine. Les protéines font le travail qui construit un caractère.
Exemple : la taille d'une plante dépend d'une hormone de croissance. Un gène fabrique une enzyme (une protéine) qui produit cette hormone. Si la copie du gène fonctionne bien, il y a beaucoup d'enzyme, beaucoup d'hormone, et la plante grandit. Si la copie est moins efficace, il y a moins d'hormone et la plante reste petite. Donc : gène → protéine (enzyme) → hormone → caractère.
Chaque cellule du corps a deux copies de chaque chromosome, une de chaque parent. Les gamètes n'ont qu'un seul lot : quand l'ovule et le spermatozoïde fusionnent, la paire est reconstituée et le nombre de chromosomes reste le même de génération en génération.
À retenir pour l'examen
- 1 point : définir dominant/récessif, génotype/phénotype ; les rapports en F2.
- 3 points : dessiner un croisement monohybride avec un échiquier de Punnett ; montrer que les caractères sont transmis indépendamment.
- 5 points : croisement dihybride avec rapport et conclusion ; comment les gènes contrôlent les caractères.
La détermination du sexe fait aussi partie de ce chapitre : voir La détermination du sexe chez l'humain.
Formules et définitions clés
- Gène : un morceau d'ADN qui code pour une protéine
- Allèle : une version d'un gène (T ou t)
- Génotype : composition en gènes (TT, Tt, tt) ; Phénotype : ce que l'on voit (grand/petit)
- Homozygote : TT ou tt ; Hétérozygote (hybride) : Tt
- F2 monohybride : phénotype 3 : 1, génotype 1 : 2 : 1
- F2 dihybride : 9 : 3 : 3 : 1 (16 combinaisons)
- Nombre de types de gamètes = 2^n (n = nombre de paires de gènes hybrides)
Exemples résolus
1. Un pois pur à fleurs violettes (VV) est croisé avec un pois pur à fleurs blanches (vv). À quoi ressemblera la F1 ?
Gamètes : V d'un parent, v de l'autre. F1 = Vv. Le violet est dominant, donc toutes les plantes F1 ont des fleurs violettes.
2. Deux plants de pois Tt sont croisés et 400 graines sont semées. Environ combien seront petits ?
Échiquier de Punnett : TT, Tt, Tt, tt. Petit = tt = 1 case sur 4. 400 × 1/4 = 100 plants petits (et 300 grands).
3. Un plant grand de génotype inconnu est croisé avec un plant petit (tt). La moitié des enfants sont petits. Quel était le génotype du parent grand ?
Les enfants petits sont tt, donc chacun a reçu un t du parent grand. Le parent grand doit être Tt. (S'il était TT, tous les enfants seraient Tt, donc grands.) C'est ce qu'on appelle un croisement-test.
4. Dans un croisement dihybride RrYy × RrYy, 160 graines sont produites. Combien devraient être ridées et vertes ?
Ridé vert = rryy = 1 case sur 16. 160 × 1/16 = 10 graines.
5. Explique pourquoi le caractère petit disparaît en F1 mais réapparaît en F2.
La F1 est Tt. T est dominant et cache t, donc tous paraissent grands. En F2, deux plants Tt peuvent chacun donner t, et 1 enfant sur 4 reçoit t + t = tt, donc petit. Le facteur t était caché, jamais perdu.
Erreurs fréquentes
- Confondre génotype et phénotype : Tt est un génotype ; « grand » est le phénotype.
- Croire que le caractère récessif est plus faible ou plus rare. Récessif veut seulement dire qu'il reste caché quand une copie dominante est présente.
- Écrire des gamètes à deux lettres dans un croisement monohybride. Un gamète ne porte qu'une copie : T ou t, pas Tt.
- Donner 1:2:1 comme rapport des phénotypes. 1:2:1 est le rapport des génotypes ; le rapport des phénotypes est 3:1.