Croisement génétique

Comment les gènes sont-ils transmis entre les générations ?

Les organismes qui se reproduisent sexuellement produisent des gamètes haploïdes; il s'agit de cellules sexuelles spéciales qui ne contiennent que la moitié de leur matériel génétique. et sont produites par méiose.

Lors de la fécondation, les gamètes de deux parents de sexe biologique opposé (mâle et femelle) fusionnent et créent un zygote, une cellule diploïde qui contient deux jeux de chromosomes. En tant que tels, les organismes diploïdes tels que les humains portent deux allèles (variantes) par gène, chacun hérité de chaque parent. Lorsque les deux allèles sont identiques, l'organisme est homozygote. En revanche, l'organisme est hétérozygote lorsque les allèles sont différents.

Fig. 1 - Les différences entre homozygote et hétérozygote

Un génotype est la séquence unique d'ADN d'un organisme ou, plus précisément, les allèles qu'un organisme possède. Les caractéristiques identifiables ou observables du génotype de l'organisme sont appelées phénotype.

Tous les allèles n'ont pas le même poids ! Certains allèles sont dominants par rapport aux autres allèles récessifs, représentés respectivement par une lettre majuscule ou minuscule.

Fig. 2 - Les allèles sont des variations d'un gène. Ce schéma montre des exemples d'allèles différents pour la couleur des yeux et des cheveux

Qu'est-ce qu'un croisement génétique ?

Souvent, les chercheurs ont besoin de déterminer les génotypes et les modèles d'hérédité pour des caractéristiques qui ne sont pas encore totalement connues. Une solution à ce problème consiste à reproduire les organismes étudiés, puis à étudier les caractéristiques de leurs enfants. Les ratios de la progéniture peuvent donner des indices cruciaux que les chercheurs peuvent utiliser pour proposer une théorie qui explique comment les traits sont transmis des parents à la progéniture.

Après avoir compris comment les caractères sont hérités, nous pouvons prédire la probabilité des résultats des croisements génétiques qui impliquent ces caractères.

Laprobabilité décrit la chance qu'un résultat se produise dans le futur. Un exemple typique serait de tirer à pile ou face. Il y a 50 % de chances que la pièce donne pile lorsqu'elle tombe. Nous pouvons calculer la probabilité en fonction du nombre de résultats possibles.

Ainsi, lors d'un tirage à pile ou face, la probabilité d'obtenir pile est la suivante

\[P_{tails} = \frac{1 \text{ pile}}{(1 \text{ face } + 1\text{ pile})} = \frac{1}{2} \text{ ou } 50\%\]

Dans les croisements génétiques, nous souhaitons souvent connaître la probabilité d'un type particulier de progéniture. Nous pouvons utiliser la même formule pour calculer la probabilité des phénotypes et des génotypes.

Utilisations des croisements génétiques

Les croisements génétiques sont utilisés dans l'agriculture pour produire des cultures ayant de meilleurs rendements et du bétail ayant les caractéristiques souhaitées. On peut y parvenir en sélectionnant les meilleurs individus pour un trait particulier et en les croisant entre eux, afin d'augmenter les chances que la génération d'enfants qui en résultera ait ce même trait.

Enoutre, les gens peuvent être intéressés par les risques d'apparition de caractéristiques spécifiques chez leurs enfants, en particulier chez les personnes porteuses desallèles pour lesmaladies héréditaires . Grâce au profilage génétique, les médecins et les conseillers en génétique peuvent estimer les chances que leur enfant soit atteint d'un trouble particulier porté par la famille.

Types de croisements génétiques

En fonction du résultat souhaité ou de l'application, il existe différents types de croisements génétiques que les chercheurs peuvent utiliser.

1. Croisement monohybride: Un croisement monohybride est un type de croisement génétique où les organismes parents du croisement ne varient que d'une seule manière. Imagine deux chevaux qui ont été accouplés. L'un est noir et l'autre est blanc. Si l'étude porte sur l'héritage de la couleur de la peau chez leur progéniture, il s'agirait alors d'un croisement monohybride.

2. Croisement dihybride : Les parents d'un croisement dihybride diffèrent par deux caractères que l'on souhaite étudier. Le modèle d'hérédité est un peu plus compliqué dans ce cas. Suppose l'expérience précédente, mais cette fois, en plus de la couleur de la peau, les chevaux parents diffèrent également par la texture de leurs poils. L'un des chevaux a les cheveux bouclés, et l'autre a les cheveux raides. L'élevage de ces deux chevaux pour étudier le modèle d'héritage de ces traits (couleur et texture des poils) est un exemple de croisement dihybride.

Les carrés de Punnett pour les croisements génétiques

Lescarrés de Punnett sont une méthode visuellesimple pour prédire le résultat des croisements génétiques de base et les nouveaux génotypes en fonction des génotypes des parents. La création d'un carré de Punnett se fait en 5 étapes.

Carré de Punnett pour les croisements génétiques monohybrides

Passons en revue ces étapes avec un exemple de croisement monohybride dans lequel un mâle hétérozygote aux yeux bleu-brun est croisé avec une femelle homozygote aux yeux bleus.

• Étape 1 : nous devons écrire le génotype des parents. L'allèle de la couleur des yeux bruns est dominant ; nous l'indiquerons par "B". En revanche, l'allèle de la couleur des yeux bleus est récessif et sera représenté par 'b'. Ainsi, les génotypes des parents dans notre exemple seraient :

Parent mâle (Bb) x Parent femelle (bb).

• Étape 2 : Maintenant, nous devons écrire les gamètes possibles que chaque parent peut produire. Comme les gamètes sont descellules haploïdes et qu'ils ne portent que la moitié du matériel génétique du parent, ils ne possèdent qu'une seule copie de chaque gène :

Gamètes mâles : B ou b

Gamètes femelles : b ou b

• Étape 3 : Cette étape consiste à réaliser un tableau dans lequel le nombre de colonnes est égal au nombre de gamètes mâles, et le nombre de lignes est égal au nombre de gamètes femelles. Dans notre exemple, il y a deux gamètes de chaque parent, notre tableau aura donc deux colonnes et deux lignes.

• Étape 4 : Combine les allèles des gamètes dans les colonnes et les lignes pour remplir les cases vides avec les génotypes possibles des enfants.

• Étape 5 : Après avoir créé le tableau, nous pouvons maintenant l'utiliser pour déterminer le rapport relatif des génotypes et des phénotypes de la progéniture. Les génotypes sont obtenus directement à partir du carré de Punnet.

  • Dans notre exemple, lesgénotypes de la progéniture sont Bb et bb dans un rapport de 1:1.

  • Sachant que l'allèle des yeux bruns (B) est dominant par rapport à l'allèle des yeux bleus (b), nous pouvons également déterminer les phénotypes de la descendance potentielle.

  • Par conséquent, la moitié de la progéniture a les yeux bruns, tandis que l'autre moitié a les yeux bleus. La probabilité qu'un des enfants ait les yeux bleus est donc de 2/4, soit 50 %.

Carré de Punnett pour les croisements génétiques dihybrides

Nous pouvons suivre les cinq mêmes étapes que dans l'exemple précédent pour créer des carrés de Punnet pour les croisements dihybrides ou même trihybrides. Imagine que dans notre exemple précédent, les deux parents soient également hétérozygotes pour les fossettes, et que nous décidions d'étudier le modèle d'héritage des fossettes dans la progéniture.

Les fossettes étant considérées comme un trait dominant, nous indiquerons l'allèle des fossettes par "D", tandis que l'allèle de l'absence de fossettes sera indiqué par "d". Répétons les cinq mêmes étapes.

• Étape 1 : Nous connaissons le génotype des parents en ce qui concerne l'allèle de la couleur des yeux (voir ci-dessus). Nous savons que ce caractère est dominant pour les fossettes et que les parents sont hétérozygotes. Ils devraient donc avoir chacun un allèle D et un allèle d. Nous pouvons maintenant écrire le génotype des parents :

Parent mâle (BbDd) x Parent femelle (bbDd).

• Étape 2 : les gamètes des parents pourraient être :

Gamètes mâles : BD ou Bd ou bD ou bd

Gamètes femelles : bD ou bd ou bD ou bd

• Étape 3 : Pour cet exemple, nous échangeons les places des gamètes mâles et femelles sur notre tableau pour montrer qu'ils n'affectent pas le résultat . Nous plaçons donc les gamètes mâles dans les lignes et les gamètes femelles dans les colonnes :

• Étape 4 : Combinaison des allèles des gamètes mâles et femelles pour remplir les cases avec les génotypes potentiels de la progéniture.

La couleur de la boîte indique la couleur des yeux de la progéniture, et la présence d'une ligne sous les génotypes indique que la progéniture aura des fossettes.

• Étape 5 : calculons la probabilité d'avoir des yeux bleus et aucune fossette dans la descendance :

  • Le nombre total de phénotypes possibles est de 16 (puisqu'il y a 16 cases dans notre tableau).

  • Il n'y a que deux cases qui sont ombrées en bleu et qui ne sont pas soulignées.

  • La probabilité d'avoir les yeux bleus et aucune fossette est donc de 2/16 ou 1/8 ou 12,5 %.

Les carrés de Punnet sont un moyen rapide d'estimer les probabilités d'héritage lorsque seuls quelques allèles sont pris en compte. Cependant, le tableau peut très vite devenir très grand lorsque l'on commence à ajouter des caractères à étudier. Les carrés de Punnet peuvent également être utilisés pour estimer le génotype des parents si l'on connaît les caractères présentés par la génération des enfants.

Problèmes génétiques pour les croisements monohybrides

Dans la section précédente, nous avons appris à dessiner des carrés de Punnett et à calculer la probabilité d'apparition de génotypes ou de phénotypes particuliers dans la descendance. Nous allons nous exercer un peu plus en examinant quelques problèmes de croisements monohybrides.

Problème 1

Tige: Le caractère qui nous intéresse est la couleur de la laine (W), et nous savons que la laine noire est dominante par rapport à la laine blanche.

1. Quelle lettre représente l'allèle dominant ?

2. Quelle lettre représente l'allèle récessif ?

3. Quel serait le génotype hétérozygote ?

4. Quel serait le génotype dominant homozygote ?

5. Remplis le carré de punaise ci-dessous pour un croisement monohybride dans lequel la mère est hétérozygote et le père homozygote récessif.

   Gamètes

6. Écris le rapport entre le génotype et le phénotype.

Essaie de répondre aux questions ci-dessus sur une feuille séparée. Une fois que tu l'as fait, défile vers le bas pour vérifier tes réponses.

1. Quelle lettre représente l'allèle dominant ? W

2. Quelle lettre représente l'allèle récessif ? w

3. Quel serait le génotype hétérozygote ? Ww

4. Quel serait le génotype dominant homozygote ? WW

5. Remplis le carré ci-dessous pour un croisement monohybride dans lequel la mère est hétérozygote et le père homozygote récessif. Parent mâle : ww x Parent femelle : Ww

   Gamètes	w	w
   W	Ww	Ww
   w	ww	ww

   • Écris le rapport entre le génotype et le phénotype.

     • Rapport des génotypes dans la descendance : Ww et ww avec un rapport de 1:1.

     • Rapport des phénotypes dans la progéniture : La moitié de la progéniture a une laine noire, tandis que l'autre moitié a une laine blanche. Le rapport est donc de 1:1.

Problème 2

Tige: L'enroulement de la langue est un caractère dominant. L'allèle de l'enroulement de la langue est R, tandis que les personnes qui n'enroulent pas la langue ont l'allèle récessif r. En te basant sur ces informations, réponds aux questions ci-dessous.

1. Une personne peut rouler sa langue. Quel pourrait être son génotype ?

2. Une autre personne est incapable de rouler sa langue. Quel est le génotype de cette personne ?

3. Remplis le carré de punaises ci-dessous pour les enfants potentiels d'un couple qui sont tous deux hétérozygotes pour le gène du roulement de la langue.

   Gamètes

4. Quels génotypes peuvent avoir leurs enfants ?

5. Quelle est la probabilité que ce couple ait un enfant qui ne puisse pas rouler sa langue ?

6. Quel est le rapport entre les phénotypes des enfants ?

Essaie de répondre à ces questions par toi-même. Une fois que tu l'auras fait, fais défiler la page vers le bas pour obtenir les réponses.

1. Une personne peut rouler sa langue. Quel pourrait être son génotype ? Rr ou RR

2. Une autre personne est incapable de faire rouler sa langue. Quel est le génotype de cette personne ? rr

3. Remplis le carré de punaises ci-dessous pour les enfants potentiels d'un couple qui sont tous deux hétérozygotes pour le gène du roulement de la langue.

   Parent mâle : Rr x Parent féminin : Rr

   Gamètes	R	r
   R	RR	Rr
   r	Rr	rr

4. Quels génotypes leurs enfants peuvent-ils avoir ? RR, Rr ou rr

5. Quelle est la probabilité que ce couple ait un enfant qui ne puisse pas rouler sa langue ?\(\text{Probabilité} = \frac{\text{Nombre d'enfants homozygotes récessifs}}{\text{Nombre total d'enfants potentiels}} = \frac{1}{4} = 0.25 \text{ ou } 25\%\)

6. Quel est le rapport des phénotypes chez les enfants ?Trois des quatre enfants potentiels ont l'allèle dominant pour le roulement de la langue. Ils peuvent donc faire rouler leur langue. Un seul des enfants possibles est homozygote récessif pour ce gène et ne peut pas rouler sa langue. Par conséquent, le rapport entre ceux qui roulent la langue et ceux qui ne la roulent pas dans ce croisement est de 3:1.