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Les lois de Mendel
Les lois de Mendel décrivent comment les caractères héréditaires se transmettent des parents aux descendants : chaque individu reçoit deux versions de chaque gène, une de chaque parent.
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Avant Gregor Mendel, on pensait que les caractères des parents se « mélangeaient » chez l’enfant, comme deux couleurs de peinture. En croisant des petits pois pendant huit ans, ce moine de Brno a montré que l’hérédité repose au contraire sur des unités distinctes, transmises intactes d’une génération à l’autre : ce qu’on appelle aujourd’hui les gènes. Ses résultats, publiés en 1866, ont fondé la génétique.
Gregor Mendel et les petits pois
Johann Gregor Mendel (1822-1884) est un moine augustin de l’abbaye Saint-Thomas de Brünn (aujourd’hui Brno, en République tchèque). Entre 1856 et 1863, il cultive et croise des dizaines de milliers de plants de pois (Pisum sativum) dans le jardin du monastère. Il présente ses résultats en 1865 à la Société d’histoire naturelle de Brünn et les publie en 1866 sous le titre Recherches sur des hybrides végétaux.
Le pois était un choix judicieux : il pousse vite, s’autoféconde naturellement (on obtient facilement des lignées pures) mais peut aussi être croisé à la main. Mendel a étudié sept caractères présents sous deux formes nettement distinctes : forme de la graine (lisse ou ridée), couleur de la graine (jaune ou verte), couleur de la fleur, forme et couleur de la gousse, position des fleurs, longueur de la tige. Sa grande innovation fut de compter les descendants et d’analyser les proportions.
Ses travaux sont restés ignorés jusqu’en 1900, quand trois botanistes, Hugo de Vries, Carl Correns et Erich von Tschermak, les redécouvrent indépendamment.
Le vocabulaire de la génétique
| Terme | Définition | Exemple |
|---|---|---|
| Gène | Unité d’information héréditaire, située à un endroit précis d’un chromosome | Gène de la couleur de la graine |
| Allèle | Version d’un gène | Allèle « jaune », allèle « vert » |
| Dominant | Allèle qui s’exprime dès qu’il est présent en un exemplaire (noté en majuscule) | J (jaune) |
| Récessif | Allèle qui ne s’exprime que présent en deux exemplaires (noté en minuscule) | j (vert) |
| Homozygote | Individu portant deux allèles identiques d’un gène | JJ ou jj |
| Hétérozygote | Individu portant deux allèles différents | Jj |
| Génotype | Ensemble des allèles d’un individu | Jj |
| Phénotype | Caractère observable | Graine jaune |
Les mots gène (Wilhelm Johannsen, 1909) et génétique (William Bateson, 1905) sont postérieurs à Mendel, qui parlait d'« éléments » ou de « facteurs ».
Première loi : uniformité des hybrides de première génération
Quand on croise deux lignées pures qui diffèrent par un caractère, tous les descendants de première génération (F1) sont identiques.
Exemple : pois à graines jaunes (JJ) × pois à graines vertes (jj) → 100 % de pois à graines jaunes (Jj). L’allèle vert n’a pas disparu : il est masqué par l’allèle dominant jaune.
Deuxième loi : ségrégation des allèles
Chaque individu possède deux allèles pour un gène, mais chaque gamète (ovule ou grain de pollen, spermatozoïde chez l’animal) n’en reçoit qu’un seul, au hasard. Les deux allèles se séparent lors de la formation des gamètes.
En croisant entre eux les hybrides F1 (Jj × Jj), on obtient en deuxième génération (F2) :
| Gamètes | J | j |
|---|---|---|
| J | JJ (jaune) | Jj (jaune) |
| j | Jj (jaune) | jj (vert) |
Ce tableau est un échiquier de croisement (ou carré de Punnett, du nom du généticien Reginald Punnett). Résultat : 3/4 de graines jaunes et 1/4 de graines vertes, soit la proportion 3:1. Mendel avait obtenu 6 022 graines jaunes pour 2 001 vertes, un rapport de 3,01 pour 1.
Troisième loi : indépendance des caractères
Lorsqu’on suit deux caractères à la fois, leurs allèles se répartissent indépendamment l’un de l’autre dans les gamètes. En croisant des hybrides pour la couleur et la forme de la graine (JjLl × JjLl), on obtient en F2 quatre phénotypes dans la proportion 9:3:3:1 :
- 9/16 jaunes et lisses ;
- 3/16 jaunes et ridées ;
- 3/16 vertes et lisses ;
- 1/16 vertes et ridées.
Cette loi n’est vraie que pour des gènes situés sur des chromosomes différents ou très éloignés sur le même chromosome.
Pourquoi les lois de Mendel fonctionnent
L’explication est venue après Mendel. Les gènes sont des segments d'ADN portés par les chromosomes, présents par paires dans les cellules. Lors de la méiose, division qui produit les gamètes, les chromosomes de chaque paire se séparent : chaque gamète n’en reçoit qu’un (deuxième loi), et la répartition des différentes paires se fait au hasard (troisième loi). La fécondation réunit ensuite un chromosome de chaque parent. Walter Sutton et Theodor Boveri ont formulé cette théorie chromosomique de l’hérédité en 1902-1903.
Les exceptions aux lois de Mendel
| Exception | Principe | Exemple |
|---|---|---|
| Dominance incomplète | L’hétérozygote a un phénotype intermédiaire | Belle-de-nuit : rouge × blanche → rose |
| Codominance | Les deux allèles s’expriment pleinement | Groupe sanguin AB |
| Gènes liés | Deux gènes proches sur un chromosome sont transmis ensemble, sauf crossing-over | Travaux de Thomas Morgan sur la drosophile (années 1910) |
| Hérédité liée au sexe | Gène porté par le chromosome X | Hémophilie, daltonisme, plus fréquents chez les garçons |
| Hérédité polygénique | Caractère dépendant de nombreux gènes et de l’environnement | Taille, couleur de peau |
| Hérédité mitochondriale | ADN des mitochondries transmis par la mère seule | Certaines maladies mitochondriales |
Un exemple humain : les groupes sanguins ABO
Le gène du groupe sanguin a trois allèles : A et B, codominants, et O, récessif.
| Génotype | Groupe sanguin |
|---|---|
| AA ou AO | A |
| BB ou BO | B |
| AB | AB |
| OO | O |
Ainsi, deux parents de groupe A, s’ils sont tous deux AO, peuvent avoir un enfant de groupe O (une chance sur quatre). En revanche, un parent AB ne peut pas avoir d’enfant de groupe O.
Questions fréquentes
Un caractère dominant est-il plus fréquent ?
Non. Dominant signifie seulement qu’un exemplaire de l’allèle suffit à son expression. La polydactylie (doigts surnuméraires) est due à un allèle dominant mais reste rare ; les yeux bleus, récessifs, sont majoritaires dans certaines régions d’Europe du Nord.
Deux parents aux yeux bleus peuvent-ils avoir un enfant aux yeux marron ?
C’est rare mais possible : la couleur des yeux dépend de plusieurs gènes et ne suit pas un modèle mendélien simple, contrairement à ce qu’enseignaient autrefois les manuels.
Pourquoi les travaux de Mendel sont-ils restés ignorés ?
Ils étaient publiés dans une revue locale peu lue, reposaient sur une approche statistique inhabituelle pour les biologistes de l’époque, et on ne connaissait pas encore les chromosomes qui permettent de les expliquer.
Les lois de Mendel s’appliquent-elles à l’être humain ?
Oui, pour les caractères dépendant d’un seul gène : groupes sanguins, mucoviscidose (récessive), maladie de Huntington (dominante). La plupart des caractères humains sont toutefois polygéniques et influencés par l’environnement.