Sciences · Biologie
Le gène
Un gène est une portion d’ADN qui porte l’information nécessaire à la fabrication d’une molécule fonctionnelle, le plus souvent une protéine. Il est l’unité de base de l’hérédité.
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Les gènes sont les instructions héritées de nos parents. Chacun occupe une place précise, appelée locus, sur un chromosome. L’être humain possède environ 20 000 gènes codant des protéines, à peine plus qu’un ver nématode et moins que le riz. Ce qui fait la complexité d’un organisme n’est donc pas tant le nombre de ses gènes que la façon dont ils sont régulés et combinés.
Une notion née avant l’ADN
| Date | Étape |
|---|---|
| 1865 | Gregor Mendel postule des « facteurs » héréditaires transmis selon des règles simples (voir lois de Mendel) |
| 1909 | Le Danois Wilhelm Johannsen invente le mot « gène » et distingue génotype et phénotype |
| 1910-1915 | Thomas Hunt Morgan montre, chez la drosophile, que les gènes sont alignés sur les chromosomes |
| 1941 | Beadle et Tatum : « un gène, une enzyme » |
| 1953 | Watson et Crick, à partir des données de Rosalind Franklin, établissent la structure en double hélice de l’ADN |
| 1961-1966 | Le code génétique est déchiffré |
| 1977 | Découverte des gènes « morcelés » en exons et introns |
| 2003 | Fin du séquençage du génome humain |
De quoi est fait un gène ?
Un gène eucaryote typique comprend plusieurs régions :
| Région | Rôle |
|---|---|
| Promoteur | Zone d’accrochage de l’ARN polymérase, qui marque le début ; contrôle le moment et le niveau d’expression |
| Séquences régulatrices (amplificateurs, silencieux) | Parfois très éloignées, elles activent ou freinent le gène selon le tissu |
| Exons | Portions conservées dans l’ARN messager final, qui codent la protéine |
| Introns | Portions intercalées, retirées de l’ARN lors de l’épissage |
| Régions non traduites (UTR) | Aux extrémités de l’ARN, règlent sa stabilité et sa traduction |
La taille des gènes humains varie énormément : de quelques centaines de paires de bases à plus de 2 millions pour le gène de la dystrophine, le plus long connu. Les exons, qui codent réellement les protéines, ne représentent qu’environ 1 à 2 % du génome humain.
Comment un gène s’exprime
L’information passe de l’ADN à la protéine en deux étapes, décrites dans transcription et traduction :
- Transcription : dans le noyau, le gène est copié en ARN messager.
- Traduction : dans le cytoplasme, les ribosomes lisent l’ARN par groupes de trois lettres et assemblent la protéine.
Grâce à l'épissage alternatif, un même gène peut produire plusieurs protéines différentes en combinant ses exons de diverses façons ; c’est le cas de la majorité des gènes humains. Tous les gènes ne codent pas des protéines : des milliers produisent des ARN fonctionnels (ARN ribosomiques, ARN de transfert, microARN régulateurs).
Tous les gènes ne sont pas actifs partout
Chaque cellule du corps contient le même génome, mais n’utilise qu’une partie de ses gènes. Les cellules du foie expriment les gènes des enzymes de détoxication, les globules rouges en formation celui de l’hémoglobine. Cette sélection repose sur des facteurs de transcription et sur des marques chimiques déposées sur l’ADN et les histones, étudiées par l'épigénétique.
Certains gènes, dits de ménage, sont actifs dans toutes les cellules car ils assurent des fonctions de base (production d’énergie, fabrication des ribosomes).
Gènes, allèles et variations
Un même gène existe en plusieurs versions, les allèles, qui diffèrent par quelques lettres de leur séquence. Nous possédons deux exemplaires de chaque gène (sauf ceux des chromosomes sexuels chez l’homme), l’un hérité de la mère, l’autre du père. La combinaison d’allèles forme le génotype, dont l’expression produit des caractères observables, le phénotype (voir génotype et phénotype et allèle dominant et récessif). Les nouveaux allèles naissent de mutations.
Combien de gènes selon les espèces ?
| Organisme | Gènes codant des protéines (ordre de grandeur) |
|---|---|
| Mycoplasma genitalium (bactérie) | environ 500 |
| Escherichia coli | environ 4 300 |
| Levure de boulanger | environ 6 000 |
| Drosophile | environ 14 000 |
| Être humain | environ 20 000 |
| Souris | environ 20 000 à 22 000 |
| Riz | plus de 35 000 |
Un gène pour un caractère ?
L’expression « le gène de l’intelligence » ou « le gène de l’obésité » est trompeuse. Quelques caractères dépendent d’un seul gène (groupes sanguins ABO, mucoviscidose, drépanocytose) ; la plupart, comme la taille, la couleur de peau ou le risque de diabète, résultent de centaines de gènes aux effets modestes et de l’environnement. On parle de caractères polygéniques ou multifactoriels.
Questions fréquentes
Quelle différence entre gène, ADN et chromosome ?
L’ADN est la molécule ; un chromosome est une très longue molécule d’ADN enroulée autour de protéines ; un gène est un segment de ce chromosome portant une information précise. Un chromosome humain porte de quelques centaines à environ 2 000 gènes.
Les gènes déterminent-ils tout ?
Non. Ils fixent des possibilités et des prédispositions, mais l’alimentation, le mode de vie, l’environnement et le hasard du développement influencent fortement le résultat.
Peut-on modifier un gène ?
Oui, en laboratoire, avec des techniques comme CRISPR-Cas9. Chez l’être humain, la modification de gènes transmissible à la descendance est interdite dans la plupart des pays, dont la France.