Les travaux de Mendel D après B.Féry modifié par D.Siffray Introduction Les travaux de génétique de Mendel : préambule Le croisement monohybride de Mendel et ses déductions Notation de Mendel et vocabulaire génétique Le croisement dihybride de Mendel et sa déduction
1. Introduction Deux définitions Hérédité Transmission des caractères héréditaires (héritage génétique) Génétique Science qui étudie l'hérédité (étudie la transmission des caractères héréditaires) Deux concepts de l'hérédité HÉRÉDITÉ PAR MÉLANGE Avant l'époque de Mendel Les parents apportent du matériel génétique qui se mélange ; ceci donne des résultats intermédiaires qu on ne peut plus séparer par la suite (comme deux pots de peinture qui se mélangent). HÉRÉDITÉ PARTICULAIRE À partir de Mendel Les parents transmettent des unités héréditaires distinctes qui restent distinctes chez les descendants (comme les billes que l'on retire de deux seaux et que l'on place dans un troisième seau). Mendel ne parlait pas de gènes mais d'unités héréditaires ou facteurs héréditaires.
2. Les travaux de génétique de Mendel : préambule L homme : Johann Gregor Mendel (biographie) Botaniste autrichien (1822-1884) Élabore une théorie particulaire de l'hérédité. Basée sur des expériences menées sur des pois, à partir de 1857, sur une dizaine d années. 1865. Présente ses résultats à la Société d histoire naturelle de Brno mais sans beaucoup de succès. Publie un article l année suivante. Peu de gens le lise et encore moins le comprenne. Cesse graduellement ses recherches. Devient occupé par ses fonctions administratives. Ses résultats seront redécouverts, quelques années plus tard, vers 1900, par 3 chercheurs de 3 pays différents. Campbell (3 e éd.) Figure 14.1 : 271
Le matériel de Mendel : des pois de lignées pures Pourquoi des pois? Le pois a des caractères faciles à observer : couleur des fleurs, longueur de la tige, forme des graines Chaque caractère n a que deux formes «deux variations» : fleurs blanches ou violettes, tiges longues ou courtes La fleur est fermée (à l abri de la pollinisation extérieure) ce qui permet le contrôle possible de la fécondation Pourquoi des pois de lignée pure? Afin d évaluer le résultat des manipulations qu'il prévoyait faire sur ces lignées lors de leur reproduction. Comment a-t-il obtenu ses pois de lignées pures? Il a cultivé des pois durant plusieurs générations et a sélectionné les lignées dont les pois produisaient toujours des plants semblables à eux-mêmes. (Fleurs violettes donnant toujours fleurs violettes, graines jaunes donnant toujours graines jaunes )
Les sept caractères du pois Fleur violette ou blanche Fleur axiale ou terminale Graine jaune ou verte Graine ronde ou ridée Gousse gonflée ou monoliforme Gousse verte ou jaune Tige longue ou naine Campbell (3 e éd.) Tableau 14.1 : 271
La méthode de Mendel GÉNÉRATION PARENTALE (P1) Il pollinise, lui-même, deux variétés pures de pois différant par : (1) caractère : croisement monohybride (2)caractères : croisement dihybride Il récolte les graines puis les sème. Il observe la génération fille F1 et note les résultats. Campbell (3 e éd.) Figure 14.2 : 272
GÉNÉRATION PARENTALE (F1 P2) Il laisse les plants s autopolliniser puis s autoféconder (pas d intervention). Il récolte les graines puis les sème. Il observe la génération fille F2 et note les résultats. A fait de nombreux croisements du même type afin d'obtenir un vaste échantillon.
Mendel a donc étudié les caractères génétiques sur trois générations! Génération P (parents de lignée pure) Génération F1 (hybrides) Génération F2 Fécondation croisée Autofécondation Campbell (3 e éd.) Figure 14.3 : 273
Le cycle sexué des plantes à fleurs (un aperçu) LIRE Le sporophyte : la plante Zygote (2n) Fécondation Une des quatre spores se développe (par mitose) en un gamétophyte femelle : le sac embryonnaire n. Il contient le gamète femelle. Cellule des gamètes La méiose, dans le carpelle, produit les spores femelles. (n) Source Chaque spore se développe (par mitose) en un gamétophyte mâle : le grain de pollen n. Il contient la cellule qui donnera (2) gamètes mâles. La méiose, dans l étamine, produit les spores mâles. (n)
3. Le croisement monohybride de Mendel et ses déductions A- Son croisement Croisement de 2 parents de lignée pure pour le caractère «couleur de la fleur». Génération P (parents de lignée pure) Fécondation croisée En F1, il observe la disparition d un des deux caractères parentaux. En F2, il observe la réapparition du caractère parental disparu chez 25% des descendants. Il obtient le même rapport pour tous ses croisements monohybrides. Génération F1 (hybrides) Génération F2 Autofécondation Campbell (3 e éd.) Figure 14.3 : 273 Proportion 3 : 1 plants : 224 plants
B- Les résultats des croisements monohybrides de Mendel Les proportions sont de 3 pour 1 dans tous les cas. (approximativement) 705 : 224 882 : 299 651: 207 428 : 152 6 022 : 2 001 5 474 : 1 850 787 : 277 Campbell (3 e éd.) Tableau 14.1 : 271
C- Ses (4) hypothèses explicatives de ces résultats Un caractère peut présenter deux formes différentes (deux variations). Un organisme hérite de deux facteurs pour chaque caractère. Le facteur dominant masque le facteur récessif. Les deux facteurs se séparent durant la formation des gamètes. Les variations des caractères héréditaires s'expliquent par les formes différentes que peuvent avoir les facteurs héréditaires (par exemple, fleur violette ou fleur blanche). Les facteurs de Mendel sont les gènes. Les formes différentes de Mendel sont les allèles c est-à-dire les gènes situés sur les chromosomes homologues. Pour chaque caractère, tout organisme hérite de deux facteurs (deux unités héréditaires), un de chaque parent ; un caractère particulier est donc contrôlé par deux facteurs. Aspect particulaire de l'hérédité. Si les deux facteurs diffèrent, le facteur dominant s'exprime pleinement dans l'apparence de l'organisme ; l'autre, le facteur récessif, n'a pas d'effet notable sur l'apparence. L'allèle dominant «notation majuscule» masque l'allèle récessif «notation minuscule». Il y a ségrégation des deux facteurs de chaque caractère au cours de la formation des gamètes. Ceci correspond à la séparation des paires de chromosomes homologues à la méiose ou LOI DE SÉGRÉGATION
D- Interprétation du croisement monohybride de Mendel à la lumière de ses hypothèses Génotypes et rapport génotypique F1 100% Vv Phénotypes et rapport phénotypique de la F1 100% de fleurs violettes Génotypes et rapport génotypique F2 1 VV : 2 Vv : 1 vv Phénotypes et rapport phénotypique de la F2 3 violettes : 1 blanche Génération P Phénotype : Génotype : Gamètes : Génération F1 Phénotype : Génotype : Génération F2 Gamètes femelles F1 1/2 1/2 Rapport phénotypique F2 3 : 1 Fleurs violettes VV V v V Fleurs violettes Vv Fleurs blanches vv v 1/2 V v 1/2 VV vv Vv vv Campbell (3 e éd.) Figure 14.5 : 275 3 4 1 4 Gamètes mâles F1
4. Notation de Mendel et représentation symbolique Notation de Mendel Elément support du trait dominant A Elément support du trait récessif a Plante pure Hybride Caractère différentiel Anthère F1 Ovaire F1 Croisement F1 X F1 Représentation symbolique Individu dont les traits sont transmis sans changement sur plusieurs générations A ou a Individu qui possède les 2 traits notation Aa Apparence de l'individu (fleurs violettes ou blanches) A ou a A ou a Proportion de chacun des des traits ; en % ou en chiffre. 75% violettes : 25% blanches ou 3 violettes : 1 blanche Proportion des descendants des hybrides F1. 50% Aa : 25% A : 25% a ou 2 Aa + A + a
5. Le croisement dihybride de Mendel et sa déduction A- Son croisement Croisement de 2 parents de lignée pure pour les caractères «couleur et forme de la graine». En F1, il observe la disparition de deux caractères parentaux. En F2, il observe la réapparition «simultanée» des caractères disparus chez 6,25% des descendants. Il obtient le même rapport pour tous ses croisements dihybrides (ou presque). Génération P Fécondation croisée Génération F1 Génération F2 Autofécondation des plants de la F1 315 556 Graines jaunes et rondes 108 556 X Proportion 9 : 3 : 3 : 1 Graines vertes et ridées Toutes, jaunes et rondes 101 556 Campbell (3 e éd.) Figure 14.8 : 277 32 556
B- Son hypothèse Les paires de facteurs se séparent, indépendamment des autres paires, lors de la formation des gamètes. LOI DE SÉGRÉGATION INDÉPENDANTE C- Interprétation du croisement Génotypes et rapport génotypique F2 1JJRR : 2JJRr : Phénotypes et rapport phénotypique de la F2 9/16 jaunes et rondes : 3/16 vertes et rondes : 3/16 jaunes et ridées : 1/16 vertes et ridées : La loi de ségrégation indépendante correspond à l assortiment indépendant des chromosomes homologues en métaphase1. Génération F2 Hypothèse de l assortiment dépendant JR jr JR jr Rapport phénotypique F2 9 : 3 : 3 : 1 Génération P Génération F1 Gamètes femelles F1 J j R r JR Jr jr jr JJ RR Hypothèse de l assortiment indépendant 9 16 JR JR J j R r jr j j r r JjRr Jr jr jr JJRR JJRr JjRR JjRr JJrR JJrr JjrR Jjrr jjrr jjrr jjrr jjrr jjrr jjrr jjrr jjrr 3 16 Campbell (3 e éd.) Figure 14.8 : 273 3 16 1 16 Gamètes mâles F1