La génétique pour les nuls

[Invité Toumaï]

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Bonjour,

 

je vous propose une petite introduction à la génétique, un sujet souvent complexe à appréhender pour les débutants. L’objectif est de permettre à la communauté de ce site d’acquérir un certain nombre de notions de base et un vocabulaire scientifique rigoureux et exact, ainsi qu'une meilleure connaissance des constituants et des mécanismes fondamentaux du vivant.

 

Point important:

 

Ce tutoriel s’adresse à des personnes n’ayant pas de pré-requis scientifiques particuliers : j’ai fait en sorte qu’il soit compréhensible par tous, en pratiquant régulièrement des comparaisons et en restreignant le vocabulaire technique et scientifique.

 

- La première partie présente rapidement la cellule, unité de base du vivant : sa structure, ses compartiments principaux, sa diversité.

 

- La seconde partie donne quelques éléments de génétique fondamentale : les chromosomes, les gènes, les allèles. Et pour ceux qui voudraient approfondir leur connaissance sur le mécanisme d’expression des gènes : un paragraphe sur le code génétique, basé sur la comparaison avec le DVD ROM.

 

- La troisième partie aborde la relation entre génotype et phénotype : définition d’un génotype, d’un phénotype, d’un caractère, et pour ceux qui veulent aller un peu plus loin, l’expression des gènes, la correspondance gène-protéine.

 

Le tout agrémenté d’illustrations

 

N’hésitez pas à me faire part de toute suggestion ou critique et à poser des questions si quelque chose vous paraît difficile à comprendre.

 

En espérant que ça vous sera utile !

[Invité Toumaï]

I. LA CELLULE

 

 

Tout organisme vivant est formé de cellules : prenez un fragment de votre peau, de votre cerveau, de votre foie… ou bien prélevez une fine lamelle d’une feuille de plante et observez cet échantillon au microscope : vous pourrez voir les cellules qui constituent le tissu que vous observez. C’est un peu comme pour une maison : la maison, c’est nous, et les briques, ce sont les cellules qui nous constituent. Tout comme la maison est formée d’un empilement de briques, nous sommes – nous et les autres êtres vivants – un empilement de cellules.

 

Les cellules ont toutes une organisation commune mais diffèrent selon qu’elles proviennent d’un animal ou d’un végétal. Ainsi, une cellule de foie humain (cellule hépatique) sera différente d’une cellule d’épiderme végétal. Mais une cellule de votre intestin grêle ou de votre système nerveux (cellule nerveuse = neurone) seront aussi un poil différentes !

Si nécessaire, je reviendrai un peu plus tard sur l'organisation de la cellule végétale et ses spécificités( chloroplastes...)

 

 

Toutes les cellules animales et végétales possèdent:

 

- Une membrane dite plasmique, qui isole la cellule du milieu où elle se trouve (séparations des milieux intra et extracellulaires)

 

- Le cytoplasme : c’est l’intérieur de la cellule, il contient un liquide (le cytosol) composé principalement d’eau et de diverses substances dissoutes (minéraux, acides aminés, glucides…)

 

- De l’ADN (acide désoxyribonucléique) contenu dans un noyau[/b]

 

 

 

Schématisation d’une cellule animale

(fausses couleurs)

[Invité Toumaï]

II. LE MATÉRIEL GÉNÉTIQUE

 

 

Chez les animaux et les végétaux, il est localisé dans le noyau de la cellule.

Les chromosomes, principalement composés d’ADN, sont le support de l’information génétique.

 

 

Représentation d’un chromosome (fausses couleurs).

Notez la présence de la molécule d’ADN, en forme de double hélice, dans le chromosome.

 

 

On a ensuite le gène : un gène est un fragment, une portion de chromosome. Pour faire très simple, le chromosome, c’est le gâteau. Le gène, c’est une part du gâteau, mais pas n’importe quelle part : c’est une part ayant une taille bien définie et qui se trouve à un endroit précis du chromosome appelé locus.

 

Il y a aussi les allèles. La définition de l’allèle est « une version ou une variation d’un gène ».

 

► Un allèle est une forme, une variation que peut prendre un gène et qui se manifeste de façon visible sous la forme d'un phénotype.

 

 

Les gènes peuvent en fait exister sous plusieurs versions différentes, de la même manière qu’un même modèle de voiture peut se présenter selon des versions différentes : couleur de la peinture, jantes en acier ou en alu, phares halogènes ou au xénon, etc… C’est le même modèle de voiture, mais dans une autre version (comportant donc quelques petites différences).

 

Pour schématiser au plus simple, le gène, c’est le modèle de voiture. L’allèle, c’est la version du modèle : rouge, noir, avec ou sans jantes en alu, etc…

 

 

 

Paire de chromosomes ou chromosomes homologues.

Chaque chromosome homologue constitue une paire de chromosomes, un provenant du père et l'autre de la mère

 

 

Viennent enfin les caractères qui sont également appelés caractères phénotypiques.

 

► Un caractère est un élément d’un organisme que vous pouvez mesurer ou observer.

 

►Un trait de caractère ou trait phénotypique, correspond à une version du caractère phénotypique.

 

 

Par exemple, pour chez l'homme: «présence de deux yeux», «présence de 2 mains», «température corporelle» sont des caractères.

 

Mais «yeux bleus», «mains à 5 doigts» , «température corporelle à 37°C» sont des traits de caractères.

 

 

Résumé:

En gros, le trait de caractère est au caractère phénotypique ce que l’allèle est au gène : c’est une version de celui-ci

[Invité Toumaï]

III. GÉNOTYPE et PHÉNOTYPE

 

 

►Le génotype est l’ensemble des allèles d’un individu. Toutes les cellules d’un individu ont donc le même génotype (excepté les cellules reproductrices, mais n’entrons pas tout de suite dans les détails).

 

►Le phénotype est l’ensemble des caractères d’un individu. Mais il arrive parfois que l’on restreigne le phénotype à un seul caractère, il correspond alors davantage au trait de caractère.

 

Il existe en quelque sorte une relation de cause à effet entre le génotype et le phénotype:

 

Le phénotype résulte de la combinaison de deux éléments : l'expression du génotype et l’influence de l’environnement

 

 

A retenir:

Phénotype = expression du génotype et influence de l’environnement.

 

 

Exemple d'expression phénotypique : La couleur de la peau est gouvernée par plusieurs gènes, les allèles « clairs » ont été sélectionnés assez récemment (10 à 20 000 ans) parce qu’ils permettent une meilleure synthèse de la vitamine D dans des conditions d’éclairement faible et évitent ainsi le rachitisme.

 

Le génotype s'est exprimé (pour optimiser la synthèse de la vitamine D et éviter le rachitisme) sous l'influence de l'environnement (luminosité et ensoleillement faible des pays du nord) donnant à la longue un phénotype à peau claire beaucoup plus adapté aux conditions environnementales.

Modifié février 19, 2013 par Toumaï

[Invité Toumaï]

Si vous avez bien assimilé les 3 chapitre précédents et que vous désirez aller un peu plus loin, nous allons aborder l’information génétique.

 

L'information génétique est l'information portée par le génome d'un organisme, contenu dans chaque cellule sous forme d'ADN. Portée par les chromosomes, elle est localisée à l'intérieur du noyau chez les eucaryotes (animaux et plantes)

 

Imaginez un DVD : c’est le matériel, le support. Il contient une information codée. Cette information est lue et décodée par un lecteur DVD et affichée sous la forme d’une succession d’images qui donne un film.

 

Vous arrivez à comprendre ? Dans ce cas bravo, car vous avez presque assimilé ce qu’est l’information génétique !

 

Maintenant, il ne reste plus qu’à établir la correspondance entre DVD, lecteur DVD, images et film avec les mots ADN, acides aminés et protéines.

 

Pour bien comprendre, reprenons étape par étape l’analogie du film : quelles sont les étapes pour voir un film ?

 

1. Le film n’est ni plus ni moins qu’une information codée. Un film est codé sur le DVD sous la forme de gravures nanométriques (des sortes de petits trous gravés à la surface du DVD et qui sont détectées par le dispositif laser du lecteur DVD).

 

2. Cette information (les « petits trous ») nécessite un support : le DVD

 

3. Un lecteur : le lecteur DVD décode les informations contenues dans le DVD

 

4. On obtient finalement des images

 

5. L’enchainement de ces images donne le film

 

Maintenant on fait la correspondance entre les mots ci-dessus et les mots propres au matériel génétique et on suit les mêmes étapes qu’avec la lecture du film :

 

1. L’information génétique correspond à l’enchaînement des nucléotides qui correspond elle-même à l’ordre des gravures nanométriques sur la surface du DVD

 

2. Elle a un support : la molécule d’ADN

 

3. Il y a 2 lecteurs : une enzyme (l’ARN polymérase) et des ribosomes

 

4. La lecture conduit à former des acides aminés = les images du film

 

5. L’enchaînement des acides aminés donne une protéine = le film

 

 

Pour résumer et en condensant au maximum :

 

- DVD-Rom = ADN

- images = acides aminés

- film = protéine

- gravures nanométriques = nucléotides

- information génétique = ordre d’enchainement des nucléotides équivalent à l'ordre d’enchainement des gravures nanométriques

[Invité Toumaï]

Dans cette deuxième partie nous allons nous intéresser aux éléments suivants:

 

I.Le caryotype

II.La polyploïdie

III.Les gamètes (cellules reproductrices)

IV.L’homozygotie et l’hétérozygotie

V. Expressions phénotypiques : dominance, codominance, dominance incomplète et récessivité

 

► J'attire votre attention sur le fait que cette partie n'est compréhensible que si la partie 1 est acquise.

Surtout n'hésitez pas à poser des questions si vous bloquez sur certaines notions, que ce soit sur ce cours ou sur le précédent !

 

 

I. LE CARYOTYPE

 

Le caryotype est une « photographie » de l’ensemble des chromosomes d’une cellule, classés et ordonnés par taille décroissante et par paires.

 

Dans la pratique, on parle de caryotype pour désigner l'ensemble des chromosomes d'un cellule, d'un individu, d'un organisme et parfois même d'une espèce entière.

 

Voici ci-dessous le caryotype humain (masculin et féminin)

 

 

Les numéros visibles sous les chromosomes indiquent le numéro de la paire.

 

 

En résumé:

 

Caryotype = ensemble des chromosomes (après les avoir ordonné) d'une cellule, d'un organisme ou d'une espèce

Modifié février 7, 2013 par Toumaï

[Invité Toumaï]

II. LA POLYPLOÏDIE

 

 

Très souvent, les chromosomes ont des "frères jumeaux". Lorsqu'on établit le caryotype d'une cellule, on range alors les "chromosomes jumeaux" côte à côte. Ces "chromosomes jumeaux" sont qualifiés de chromosomes homologues.

 

Mais il s'agit en fait de " faux jumeaux " : des chromosomes homologues portent les mêmes gènes, mais pas forcément les mêmes allèles ! D'où la possibilité d'avoir des homozygoties et/ou des hétérozygoties .

 

Et contrairement à ce que peut laisser penser le terme "homologue", ils ne sont pas identiques.

 

 

► On indique l'existence d'une polyploïdie ainsi que son degré par la notation suivante : un nombre suivi de la lettre n. Le nombre indique le degré de la polyploïdie.

 

Le tout est suivi du signe égal ( = ). A droite du égal, le nombre de chromosomes total dans la cellule.

 

On aura ainsi :

 

- l’haploïdie : n =... (on n'écrit pas "1n" mais "n" histoire d'alléger l'écriture)

 

- la diploïdie : 2n = …

 

- la triploïdie : 3n = …

 

- la tetraploïdie: 4n=

 

etc.

 

Remarquons que l'haploïdie correspond en fait à l'absence de polyploïdie (pas de chromosomes homologues).

 

 

■ Prenons un exemple concret pour illustrer tout cela:

 

L'être humain a 46 chromosomes par cellule (on exclut dans cette exemple les cellules reproductrices, que nous verrons plus loin). On sait par ailleurs qu'il existe des chromosomes homologues chez l'humain : il y a donc polyploïdie (puisque par définition polyploïdie = existence de chromosomes homologues).

 

Il se trouve que ces chromosomes homologues peuvent se classer 2 par 2 : l'être humain est donc un organisme diploïde : il y a, à chaque fois, 2 chromosomes homologues (2 = diploïde)

 

On note donc, pour l'être humain : 2n = 46

 

(46 car le nombre de chromosomes total est 46, et 2n parce qu'il y a, à chaque fois, 2 chromosomes homologues)

 

Le cannabis possède des chromosomes homologues, il est également diploïde : 2n=20

Cependant, l'utilisation de colchicine dans les programme de breeding a provoqué de la tetraploïdie.

 

 

On peut donc définir la polyploïdie comme étant l'existence de chromosomes homologues.

 

 

 

A retenir:

 

♦ Chromosomes homologues = mêmes gènes mais pas forcément mêmes allèles

 

♦ Polyploïdie = existence de chromosomes homologues

Modifié février 7, 2013 par Toumaï

[Invité Toumaï]

III. LES GAMÈTES

 

 

Les gamètes sont les cellules reproductrices d’un organisme. Dans le règne animal, on distingue les gamètes mâles (spermatozoïdes ) des gamètes femelles (ovules).

 

Dans le règne végétal, les gamètes mâles correspondent au pollen, et les gamètes femelles à l'oosphère

 

Le pollen n'est pas un gamète dans le sens strict du terme, car il n'est pas constitué d'une seule cellule. Or un gamète, par définition, est une cellule unique, qui va subir la fécondation.

 

Le grain de pollen est généralement constitué de 3 cellules. Toutes trois sont haploïdes. L'une n'a pas de rôle direct dans la fécondation, et les deux autres sont des spermatozoïdes. L'un des deux va féconder l'oosphère.

 

Le grain de pollen est en fait un organisme à part entière, de taille très réduite. Comme il forme les spermatozoïdes (gamètes mâles), on l'appelle le gamétophyte mâle.

 

 

 

Spermatozoïdes tentant de féconder un ovule (imagerie par microscopie électronique à balayage, en fausses couleurs)

 

 

La particularité des gamètes réside à la fois dans leur caryotype et dans leur fonction :

 

- elles sont haploïdes (pas de chromosomes homologues dans ces cellules)

 

- elles ont pour fonction la reproduction et ont donc pour mission de perpétuer l’espèce dans le temps

 

Cette dernière composante (perpétuer l'espèce) justifie le caractère haploïde des gamètes : cela permet d’engendrer un nouvel individu ayant un nouveau génotype susceptible de présenter des variations de caractères favorables dans un environnement donné et ainsi d’assurer à son tour la survie de son espèce.

 

La rencontre d’un gamète mâle et d’un gamète femelle et la fusion de leur matériel génétique s’appelle la fécondation. La nouvelle cellule issue de la fusion de ces deux autres s’appelle la cellule-œuf (ou zygote)

Modifié février 7, 2013 par Toumaï

[Invité Toumaï]

IV. HOMOZYGOTIE et HÉTÉROZYGOTIE

 

 

Comme nous venons de le voir au paragraphe 2 ci-dessus consacré à la polyploïdie, il existe plusieurs types de polyploïdies, caractérisées par le nombre de chromosomes homologues par lot . Dans chaque lot, chacun des chromosomes homologues porte les mêmes gènes que ses jumeaux, mais également des allèles éventuellement différents.

 

 

a. chromosomes homologues hétérozygotes (allèles bleu et brun)

b. chromosomes homologues homozygotes (allèles brun-brun)

c. chromosomes homologues homozygotes (allèles bleu-bleu)

 

 

 

 

A retenir

 

Allèles identiques => individu homozygote pour ce gène

 

Allèles différents => individu hétérozygote pour ce gène

Modifié février 7, 2013 par Toumaï

[Invité Toumaï]

V. ExpressionS PHÉNOTYPIQUES: dominance, codominance, dominance incomplète et récessivité.

 

 

Comme nous l'avons vu dans le premier cours, le phénotype résulte de la combinaison de 2 composantes : l'expression du génotype dans un premier temps puis l'action de l'environnement dans un second temps.

 

Nous allons ici nous intéresser à l'expression du génotype, le premier élément qui façonne le phénotype.

 

La complexité du mécanisme d'expression génotypique s'amplifiant à mesure que la polyploïdie est élevée, nous nous restreindrons au cas de la diploïdie (forme de la polyploïdie la plus commune dans le monde vivant).

 

Chez les diploïdes, chaque gène est double et chacun peut se présenter sous une forme différente : nous l'avons vu, cela détermine si l'organisme sera homozygote ou hétérozygote pour le gène considéré. Ceci a des conséquences sur le phénotype:

 

Si l'individu est homozygote pour le gène considéré, pas de problème : le phénotype résultant est celui qui correspond à l'allèle présent (en double exemplaire donc).

 

En revanche, si l'individu est hétérozygote pour le gène, 4 cas de figures sont possibles :

 

► 1 - Un allèle s'exprime mais pas l'autre:

 

- de ces deux allèles, celui qui s'exprime est l'allèle dominant.

 

- l'autre allèle, qui ne s'exprime pas, est l'allèle récessif.

 

l'association de ces deux allèles, dominant + récessif, aboutit à un phénotype dominant.

 

 

► 2 - Le phénotype que l'on obtiendrait si les deux allèles récessifs étaient présents est le phénotype récessif.

 

L'association de deux allèle récessifs aboutit à un phénotype récessif

Ce phénomène se produit dans un individu homozygote

 

 

► 3 - Les deux allèles s'expriment tous les deux à parts égales. On parle de codominance des allèles.

 

Il arrive dans certains cas que les deux allèles d’un gène se manifestent complètement et de manière indépendante dans le phénotype d' un individu hétérozygote. On dit alors que ces deux allèles sont codominants.

 

 

► 4 - Un seul allèle s'exprime mais le phénotype obtenu est intermédiaire entre le phénotype récessif et le phénotype dominant : il y a dominance incomplète.

 

Lorsque les hybrides de la génération F1 ont un phénotype intermédiaire par rapport à la génération parentale P1, on dit qu'il y a dominance incomplète . Ce phénomène se produit chez les individus hétérozygotes.

 

 

 

EN IMAGES:

 

 

 

Dominance complète l'association d'un allèle dominant avec un autre récessif donne un phénotype dominant.

 

 

 

Codominance les deux allèles s'expriment tous les deux à parts égales. On parle alors de codominance des allèles.

 

 

Dominance incomplète un seul allèle s'exprime, mais le phénotype obtenu est intermédiaire entre le phénotype récessif et le phénotype dominant

 

 

 

Exemple d'expression du phénotype dominant "cheveux foncés"

 

 

Exemple d'expression du phénotype récessif "cheveux clairs"

 

 

 

 

 

En résumé

 

A - Individu homozygote (même allèle) pour le gène considéré =>le phénotype obtenu est le phénotype associé à cet allèle (doublement présent)

 

B - Individu hétérozygote (allèles différents) :

 

♦ dominance d'un allèle sur l'autre(phénotype dominant) et donc récessivité de l'autre allèle (l'allèle récessif qui ne s'exprime pas) --> allèle dominant + allèle récessif= phénotype dominant

 

♦ codominance des allèles (expression des allèles à parts égales)

 

♦ dominance incomplète

 

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[Invité Toumaï]

ECRITURE DES ALLELES ET DES CARACTERES

 

- Un allèle est représenté par 1 lettre ex. A

- Un gène est représenté par 2 lettres. ex. Aa

 

Les lettres qui représentent les gènes (ou allèles) se mettent entre parenthèses --> (Aa)

 

On distingue l'allèle à caractère dominant et l'allèle à caractère récessif.

- Dominant = lettre majuscule A

- Récessif = lettre minuscule a

 

Les lettres qui représentent les caractères se mettent entre balises --> [Aa]

 

 

Les allèles marchant toujours par 2, on retrouve 3 possibilités de combinaison :

 

Seul l'allèle dominant s'exprime. En sa présence, l'allèle récessif devient muet:

• AA

• Aa ou aA

 

L'allèle récessif ne s'exprime qu'en présence du 2ème allèle récessif:

• aa

 

 

 

 

PS: j'attire l'attention sur le fait qu'il est nécessaire avoir assimilé toute l'information contenue dans ce tutoriel pour passer au sujet de Gregor Mendel et ses lois. S'il y a certains points que vous ne comprenez pas n'hésitez pas à poser des questions

Modifié février 7, 2013 par Toumaï

[Invité Toumaï]

@ la team: il serait dommage qu'avec le temps, ce topic se perde peu à peu dans les méandres du forum Variétés. Il a exigé beaucoup de travail et de rigueur tout en essayant de le rendre attractif aux néophytes. J'ai voulu le partager sur Cannaweed pour que les cultivateurs soucieux d'apprendre les bases de la génétique profitent d'une documentation agréable à lire et simplifiée au maximum

 

Cordialement

[LikelyWeed 8]

C'est vrai que c'est un exposé très complet, qui est du niveau Terminale Scientifique avec même quelques notions en plus. Il peut constituer de véritables bases pour ceux qui s'intéressent un peu à la génétique. Pourquoi ne pas l'épingler, ou le mettre en avant dans les guides/tutos ?

[Ferr0 18]

Vraiment du super taf Toumaï !

 

+1000 Pour l'épinglage de ce topic ou pour le mettre en tuto / guide !

 

Merci beaucoup !

Modifié février 9, 2013 par Ferr0

[Invité Toumaï]

Salut,

 

merci à tous les deux

 

@ Likelyweed: c'est exact, c'est du niveau Terminale scientifique. Ce guide a été conçu avec l'aide de mon fils, étudiant en médecine. Malgré tout, il nous a été difficile de simplifier encore plus sans perdre des notions indispensables. C'est pourquoi je me propose de répondre individuellement à chaque membre qui le sollicitera

 

J'ai aussi créé un topic qui englobe les origines de la sélection par l'homme jusqu'à Gregor Mendel et ses lois, dont on confond couramment les termes utilisés (lignée pure, F1, etc...) avec ceux repris par les breeders de cannabis. Toujours dans un souci de clarté, de rigueur et, surtout, de simplicité.

 

 

 

 

[grandchene 175]

Salut

Merci au nom de tout les nuls qui songent à breedouiller avec leurs plantes.

Effectivement ce serait bien que tes 2 sujets soient épinglés

a plus

[pichounet 282]

Yo

 

Merci c'est super bien fait. Un plaisir de te lire mec comme d'hab!

Bonne journée les weedeurs.

[Invité one.two]

yep

 

un grand merci Toumai pour ce topic que je n'avais pas vu et qui est un sujet auquel je m'intéresse tout particulièreement ces tempc ci.

 

allez hop direct en signature

 

Merci

 

++

[Invité Toumaï]

Salut ,

 

merci à vous

 

Je sais que ce n'est pas toujours évident de tout assimiler d'un seul coup. N'hésitez pas à me solliciter si vous avez besoin de précisions ou si un passage en particulier vous pose des problèmes. Bien intégrer ce tuto vous permettra de mieux comprendre les principes des lois de Mendel. D'ailleurs, je dois encore envoyer un topic sur les termes -lignée pure, F1- qui sont parfois mal interprétés dans les forums, ce qui donne souvent lieu à des confusions.

 

 

 

Cordialement

[Hofm4nn 320]

Super boulot !

Je suis bien nul & j'ai tout compris.

 

A bientôt