Génétique et hérédité

1Le vocabulaire de la génétique

Avant tout calcul, il faut poser un vocabulaire précis, car une seule confusion de mot fait rater tout un exercice. Un gène est une portion d'ADN qui code une information héréditaire — « couleur des yeux », « groupe sanguin ». C'est une recette écrite dans le chromosome. L'être humain possède environ 20 000 gènes répartis sur ses 23 paires de chromosomes.

Un même gène existe souvent sous plusieurs versions : ce sont les allèles. Le gène « couleur des yeux » a un allèle « bruns » et un allèle « bleus ». Comme nos chromosomes vont par paires (un du père, un de la mère), on possède toujours deux allèles par gène — parfois identiques, parfois différents. L'emplacement précis d'un gène sur son chromosome est son locus (pluriel : loci) : son adresse fixe, la même sur les deux chromosomes de la paire.

Quand les deux allèles diffèrent, ils ne s'expriment pas à égalité. Un allèle dominant (noté en majuscule, ex. A) impose son caractère dès qu'il est présent en un seul exemplaire. Un allèle récessif (noté en minuscule, ex. a) ne s'exprime que s'il est présent en double, sans dominant pour le masquer. C'est pourquoi deux parents aux yeux bruns peuvent avoir un enfant aux yeux bleus : chacun cachait un allèle récessif « bleu » derrière son allèle dominant « brun ».

2Génotype et phénotype

Voici la distinction la plus importante — et la plus piégeuse — du chapitre. Le génotype est l'ensemble des allèles d'un individu pour un gène : le texte écrit dans l'ADN, invisible à l'œil, qu'on note en lettres (BB, Bb ou bb). Le phénotype est le caractère observable qui en résulte : couleur réelle des yeux, taille, groupe sanguin — ce qu'on peut voir ou mesurer.

La subtilité est qu'un même phénotype peut cacher plusieurs génotypes. Un individu aux yeux bruns peut être BB ou Bb : dans les deux cas ses yeux sont bruns, mais ce qu'il transmet à ses enfants diffère. À l'inverse, le phénotype récessif ne cache qu'un seul génotype : des yeux bleus sont forcément bb, car la moindre présence de B les rendrait bruns. On résume par une flèche génotype → phénotype : le génotype est la cause, le phénotype la conséquence observable. Au concours, on reste sur le cas simple où le génotype détermine entièrement le phénotype.

3Homozygote et hétérozygote

Ces deux mots décrivent la composition du génotype pour un gène. Un individu est homozygote quand ses deux allèles sont identiques : BB (homozygote dominant) ou bb (homozygote récessif). Le préfixe « homo- » signifie « même ». Un homozygote transmet toujours le même allèle : un BB ne donne que des gamètes B.

Un individu est hétérozygote quand ses deux allèles sont différents : Bb. Il présente le phénotype dominant (B masque b), mais reste porteur de l'allèle récessif : il peut le transmettre sans le manifester. Cette notion de porteur sain explique la transmission silencieuse de nombreuses maladies récessives.

La différence est capitale pour prédire une descendance : un hétérozygote Bb produit deux types de gamètes à parts égales (50 % B, 50 % b), un homozygote un seul type. C'est de là que naît le hasard des croisements.

4Les lois de Mendel et l'échiquier de Punnett

Gregor Mendel, moine et botaniste du XIXᵉ siècle, a établi les lois de l'hérédité en croisant des milliers de pois. Sa première loi (ségrégation) énonce que les deux allèles d'un gène se séparent lors de la formation des gamètes : chaque gamète ne reçoit qu'un seul des deux allèles. C'est la conséquence directe de la méiose. Sa deuxième loi (assortiment indépendant) dit que les allèles de gènes différents se répartissent indépendamment.

À la fécondation, un gamète du père rencontre au hasard un gamète de la mère : les allèles se recombinent aléatoirement en une paire complète. Pour prédire tous les enfants possibles et leurs proportions, on utilise l'échiquier de Punnett : gamètes de la mère en colonnes, gamètes du père en lignes, chaque case donne un génotype possible de l'enfant, toutes équiprobables.

Prenons Bb × Bb. Chaque parent produit des gamètes B et b (50 %/50 %) :

On lit directement : 1 BB, 2 Bb, 1 bb, soit un rapport génotypique 1:2:1. Comme BB et Bb donnent tous deux le phénotype dominant, le rapport phénotypique est 3 dominants pour 1 récessif, le fameux 3:1. Manipule les gamètes des parents dans l'outil ci-dessous et observe l'échiquier se remplir :

5Croisements monohybrides

Un croisement monohybride suit un seul gène à la fois. Quelques configurations types reviennent au concours. Le cas emblématique est Aa × Aa (deux hétérozygotes) : rapport phénotypique 3:1, rapport génotypique 1:2:1. À connaître par cœur, car c'est exactement celui de deux parents porteurs sains d'une maladie récessive.

Deuxième cas fondamental : le test-cross (croisement-test). Il détermine si un individu de phénotype dominant est homozygote (AA) ou hétérozygote (Aa) — information invisible sur son seul phénotype. On le croise avec un homozygote récessif (aa), qui ne fournit que des gamètes a. Si l'individu est AA, toute la descendance est Aa (100 % dominant). S'il est Aa, on obtient 1/2 Aa et 1/2 aa, un rapport 1:1 où la moitié montre le caractère récessif. L'apparition du phénotype récessif trahit donc un parent hétérozygote.

Voici les trois croisements de référence, à mémoriser :

6L'hérédité du sexe

Sur nos 23 paires de chromosomes, 22 sont des autosomes (identiques chez les deux sexes) et une paire forme les chromosomes sexuels. La femme possède deux X (XX), l'homme un X et un Y (XY). C'est le père qui détermine le sexe : la mère ne donne qu'un X, tandis que le père donne un X (→ fille XX) ou un Y (→ garçon XY), à parts égales. D'où un rapport 1:1 de garçons et de filles, comme dans un test-cross.

Le chromosome X porte de nombreux gènes sans équivalent sur le petit chromosome Y : ils sont dits liés à l'X. Conséquence spectaculaire : chez un garçon (XY), un allèle récessif porté par son unique X s'exprime toujours, faute d'un second X pour le masquer. Les maladies récessives liées à l'X frappent donc bien plus souvent les garçons, les filles ayant besoin de deux allèles atteints (un par X) pour être malades.

Deux exemples classiques : le daltonisme (confusion des couleurs) et l'hémophilie (défaut de coagulation), tous deux récessifs liés à l'X. Une mère porteuse (X^A X^a, saine car son second X compense) transmet l'allèle atteint à la moitié de ses fils, qui seront malades, et à la moitié de ses filles, qui seront porteuses. C'est ce qui a fait de l'hémophilie la « maladie des familles royales », transmise par des reines porteuses.

7Mutations et maladies génétiques

Une mutation est une modification de la séquence de l'ADN — une « faute de frappe » dans le texte génétique. Elle peut toucher un seul nucléotide (mutation ponctuelle) ou des segments entiers de chromosome. Elles surviennent spontanément lors de la copie de l'ADN, ou sous l'effet d'agents mutagènes (UV, radiations, substances chimiques). Loin d'être toujours néfastes, elles sont le moteur de l'évolution : la plupart sont neutres, certaines délétères (elles causent une maladie), de rares avantageuses.

Quand une mutation touche un gène essentiel, elle peut engendrer une maladie génétique héréditaire, transmissible selon les lois de Mendel. La mucoviscidose résulte d'une mutation d'un gène autosomique récessif : deux porteurs sains (Mm) risquent 1/4 d'enfant malade. La drépanocytose provient d'une mutation ponctuelle d'un seul nucléotide dans le gène de l'hémoglobine, qui déforme les globules rouges en faucille — l'énorme conséquence d'une minuscule erreur.

Autre versant clinique : les groupes sanguins ABO, gouvernés par un gène à trois allèles (A, B, O). A et B sont codominants (exprimés ensemble → groupe AB), O est récessif vis-à-vis des deux. Ce système montre que la génétique réelle dépasse le simple couple dominant/récessif : un gène peut avoir plus de deux allèles, et deux allèles peuvent s'exprimer simultanément.